neraca massa pabrik metanol dari gas alam

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Metode perhitungan neraca massa dilakukan menggunakan sistem maju. Dari

trial and error didapat jumlah bahan baku gas alam sebesar 52.211,2073 kg/jam

untuk mencapai produksi 400.000 ton/tahun. Jumlah metanol yang dihasilkan setiap

jam didapat melalui konversi berikut.

400,000 Ton

Tahun x

1000 Kg1 Ton

x 1Tahun

330 Hari x

1 Hari24 Jam

= 50505,0505 kg/jam

Seluruh perhitungan ini dilakukan dengan asumsi bahwa tidak ada akumulasi

massa pada setiap peralatan. Dan kesetimbangan fasa dari masing-masing komponen

dihitung dengan anggapan bahwa campuran bersifat ideal.

A.1 Komposisi Gas Alam

Tabel A.1 Perkiraan komposisi gas alam keluaran K.O Drum TangguhKomponen Persen Mol

CH4 85

C2H6 1,8

C3H8 0,4

C4H10 0,16

C5H12 0,03

C6H14 0,1

N2 0,6

CO2 11,6

O2 0,003

H2S 8 ppm

Komposisi gas alam yang digunakan diketahui dalam persen mol, Untuk

menentukan komposisi gas alam dalam persen berat, dilakukan perhitungan sebagai

berikut. Misalkan dalam 1000 kmol gas, maka berat masing-masing komponen :

CH4 : 0,85 x 1000 x 16 = 13.636,2440 kg

C2H6 : 0,018 x 1000 x 30 = 541,2427 kg

C3H8 : 0,004 x 1000 x 44 = 176,3825 kg

C4H10 : 0,0016 x 1000 x 58 = 92,9955 kg

C5H12 : 0,0003 x 1000 x 72 = 21,6446 kg

C6H14 : 0,001 x 1000 x 86 = 86,1754 kg

N2 : 0,006 x 1000 x 28 = 168,0806 kg

CO2 : 0,116 x 1000 x 44 = 5.105,1182 kg

O2 : 0,00003 x 1000 x 32 = 0,9600 kg

H2S : 0,000008 x 1000 x 34 = 0,2726 kg

19.829,1162 kg

Komposisi dalam persen berat :

CH4 : 13.636,2440 / 19.829,1162 x 100% = 68,7688 %

C2H6 : 541,2427 / 19.829,1162 x 100% = 2,7295 %

C3H8 : 176,3825 / 19.829,1162 x 100% = 0,8895 %

C4H10 : 92,9955 / 19.829,1162 x 100% = 0,4690 %

C5H12 : 21,6446 / 19.829,1162 x 100% = 0,1092 %

C6H14 : 86,1754 / 19.829,1162 x 100% = 0,4346 %

N2 : 168,0806 / 19.829,1162 x 100% = 0,8476 %

CO2 : 5.105,1182 / 19.829,1162 x 100% = 25,7456 %

O2 : 0,9600 / 19.829,1162 x 100% = 0,0048 %

H2S : 0,2726 / 19.829,1162 x 100% = 0,0014 %

100 %

Dari trial and error didapat basis perhitungan gas alam per jam sebesar 52.211,2073

kg/jam, maka berat masing-masing komponen :

CH4 : 68,7688 % x 52.211,2073 = 37.968,0811 kg

C2H6 : 2,7295 % x 52.211,2073 = 1.507,0094 kg

C3H8 : 0,8895 % x 52.211,2073 = 491,1106 kg

C4H10 : 0,4690 % x 52.211,2073 = 258,9321 kg

C5H12 : 0,1092 % x 52.211,2073 = 60,2662 kg

C6H14 : 0,4346 % x 52.211,2073 = 239,9428 kg

N2 : 0,8476 % x 52.211,2073 = 467,9954 kg

CO2 : 25,7456 % x 52.211,2073 = 14.214,4379 kg

O2 : 0,0048 % x 52.211,2073 = 2,6730 kg

H2S : 0,0014 % x 52.211,2073 = 0,7581 kg

52.211,2073 kg

A,2 Desulfurizer

Fungsi : Menjerap H2S pada gas alam

Gambar A.1 Neraca massa pada desulfurizer (C-101)

F1

Natural Gas kadar H2S tinggi

F2

Natural Gas kadar H2S rendah

F2

Natural Gas COH2

F5

F4F3

Pure O2 Steam

Reaksi : ZnO + H2S ↔ ZnS + H2O

Konversi reaksi pengikatan H2S adalah 95% ( data dari PT Pupuk Kujang ), asumsi

gas H2S terserap semua, sehingga didapat :

Tabel A.2 Rangkuman neraca massa pada desulfurizer (C-101)

KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

F1 F2 F3

CH4 37.968,0811 37.968,0811

C2H6 1.507,0094 1.507,0094

C3H8 491,1106 491,1106

C4H10 258,9321 258,9321

C5H12 60,2662 60,2662

C6H14 + 239,9424 239,9424

N2 467,9954 467,9954

CO2 14.214,4379 14.214,4379

O2 2,6730 2,6730

H2S 0,7591 0,7591

Total 52.211,2073 52.211,2073

A.3 Autothermal Reforming

Fungsi : Mengubah natural gas menjadi synthesis gas

Gambar A.2 Neraca massa pada Autothermal Reforming (R-101)

Proses ini terbagi dua, yaitu reaksi yang terbentuk pada combustion zone dan

reaksi pada catalytic zone.

A.3.1 Combustion Zone

Reaksi – reaksi yang terlibat dalam proses pembakaran adalah :

CH4 + 1½ O2 CO + 2H2O

C2H6 + 2½ O2 2CO + 3H2O

C3H8 + 3½ O2 3CO + 4H2O

C4H10 + 4½ O2 4CO + 5H2O

C5H12 + 5½ O2 5CO + 6H2O

C6H14 + 6½ O2 6CO + 7H2O

Kebutuhan oksigen sebesar 80% dari jumlah karbon, karena pembakaran

terjadi secara parsial. Maka jumlah oksigen sebagai berikut :

Kebutuhan oksigen = 80% x 2442,4917

= 1953,9934 kmol/jam

Total komponen O2 dalam system adalah

= mol oksigen pada gas + mol oksigen pembakaran

= 0,0835 kmol + 1953,9934 kmol

= 1954,0769 kmol

= 62.530,4612 kg

Kebutuhan steam sebesar 60% dari total karbon, karena S/C rasio pada

autothermal reforming 0,6 (Sarah Lögdberg, 2007). Maka jumlah steam sebagai

berikut :

Kebutuhan steam = 60 % x 2442,4917

= 1465,4960 kmol/jam

= 26.378,9106 kg/jam

Tabel A.3 Tingkat reaksi pada tiap komponenKomponen Masukan (kmol) Keluaran (kmol)

CH4 2373,0051 2373,0051 – ξ1

C2H6 50,2336 50,2336 – ξ2

C3H8 11,1616 11,1616 – ξ3

C4H10 4,4643 4,4643 – ξ4

C5H12 0,8370 0,8370 – ξ5

C6H14 2,7901 2,7901 – ξ6

O2 1954,07691954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 - 4½

ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ6

CO ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6

H2O 2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6

Total4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 +

3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6

Reaksi pembakaran CH4

Nilai K diidapat dari persamaan berikut:

K = exp (-∆Go/RT ) (J.m Smith, 2005) (Pers. A.1)

Dari subtitusi nilai gibbs komponen pada temperature 12000C didapat nilai K = 1.

Selanjutnya hubungan kesetimbangan dengan fraksi komponen pada reaksi :

K = yCO + yH2O (J.m Smith, 2005) (Pers. A.2)

yCH4 + yO2

Dimana : y = fraksi komponen

K = konstanta kesetimbangan

yCO = ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6

4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6

yH2O = 2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6

4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6

yCH4 = 2.373,0051 – ξ1

4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6

yO2 = 1954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 - 4½ ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ6

4.396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6

Subtitusikan ke persamaan A.2, maka diperoleh :

K = 2ξ12 + 7ξ1ξ2 + 10ξ1ξ3 + 13ξ1ξ4 + 16ξ1ξ5 + 19ξ1ξ6 + 6 ξ12 + 17ξ2ξ3 +

22ξ2ξ4 + 27 ξ2ξ5 + 32ξ2ξ6 + 12ξ32 + 31ξ3ξ4 + 38ξ3ξ5 + 44ξ3ξ6 + 20ξ42 +

49ξ4ξ5 + 54ξ4ξ6 + 30ξ52 + 71ξ5ξ6 + 42ξ62

4.637.034,45 – 5.514,18ξ1 – 5.932,51ξ2 – 8.305,52ξ3 – 10.678,52ξ4 –

13.051,53ξ5 – 15.424,53ξ6 + 1½ξ12 +2½ξ1ξ2 + 3½ξ1ξ3 + 4½ξ1ξ4 +

5½ξ1ξ5 + 6½ξ1ξ6

Dengan perhitungan yang sama, didapat persamaan kesetimbangan untuk semua

reaksi pembakaran karbon. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-

solve dalam program Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, ξ3, ξ4, ξ5, dan ξ6. Adapun nilai

keenam xi tersebut sebagai berikut:

Tabel A.4 Nilai xi dari setiap reaksiξ1 1236,3356 ξ4 2,1227

ξ2 21,8516 ξ5 0,4197

ξ3 4,4478 ξ6 1,5442

Kemudian nilai xi dari setiap reaksi disubtitusi dalam persamaan kesetimbangan

masing - masing, sehingga didapat mol keluaran combustion zone sebagai berikut.

Tabel A.5 Keluaran combustion zoneKomponen Persamaan Keluaran (kmol)

CH4 2373,0051 – ξ1 1.137,67

C2H6 50,2336 – ξ2 28,38

C3H811,1616 – ξ3 6,71

C4H104,4643 – ξ4 2,34

C5H120,8370 – ξ5 0,42

C6H142,7901 – ξ6 1,25

O2

1954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 -

4½ ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ67,48

CO ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6 1.313,24

H2O 2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6 4.045,46

A.3.2 Catalytic Zone

Reaksi – reaksi yang terlibat dalam proses katalitik adalah :

CH4 + H2O CO + 3H2

C2H6 + 2H2O 2CO + 5H2

C3H8 + 3H2O 3CO + 7H2

C4H10 + 4H2O 4CO + 9H2

C5H12 + 5H2O 5CO + 11H2

C6H14 + 6H2O 6CO + 13H2

CO + H2O CO2 + H2


CH4 1.137,67 1.137,67 – ξ1C2H6 28,38 28,38 – ξ2C3H8 6,71 6,71 – ξ3C4H10 2,34 2,34 – ξ4C5H12 0,42 0,42 – ξ5C6H14 1,25 1,25 – ξ6CO 1.313,24 1.313,24 + ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 +

6ξ6 - 7ξ7

H2O 4.045,464.045,46 - ξ1 - 2ξ2 - 3ξ3 - 4ξ4 - 5ξ5 - 6ξ6

- ξ7

H23ξ1 + 5ξ2 + 7ξ3 + 9ξ4 + 11ξ5 + 13ξ6 +

ξ7CO2 323,06 323,06 + ξ7

Total6857.52 + 2ξ1 + 5ξ2 + 6ξ3 + 8ξ4 + 10ξ5 +

12ξ6 - 6ξ7

Subtitusi ke pers. A.2, maka diperoleh persamaan kesetimbangan untuk ketujuh

reaksi. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-solve dalam program

Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, ξ3, ξ4, ξ5, ξ6, dan ξ7. Adapun nilai ketujuh xi tersebut

sebagai berikut:

Tabel A.7 Nilai xi dari setiap reaksiξ1 556,52 ξ5 0,34

ξ2 24,05 ξ6 1,10

ξ3 5,81 ξ7 667,97

ξ4 1,95

Subtitusi dalam reaksi kesetimbangan masing - masing, sehingga didapat mol

keluaran catalytic zone sebagai berikut.

Tabel A.8 Keluaran catalytic zoneKomponen Persamaan Keluaran (kmol)

CH4 1.137,67 – ξ1 140.15

C2H6 28,38 – ξ2 4.33

C3H8 6,71 – ξ3 0.91

C4H10 2,34 – ξ4 0.39

C5H12 0,42 – ξ5 0.08

C6H14 1,25 – ξ6 0.14

CO 1.313,24 + ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6 - 7ξ7

1,713.46

H2O4.045,46 - ξ1 - 2ξ2 - 3ξ3 - 4ξ4 - 5ξ5

- 6ξ6 - ξ72,289.30

H23ξ1 + 5ξ2 + 7ξ3 + 9ξ4 + 11ξ5 +

13ξ6 + ξ73864.123148

CO2 323,06 + ξ7 1,001.02

Tabel A.9 Komposisi massa pada keluaran catalytic zoneKomponen BM Keluaran (kmol) Keluaran (kg)

CH4 16 140,15 2.242,42

C2H6 30 4,33 129,85

C3H8 44 0,91 39,82

C4H10 58 0,39 22,75

C5H12 72 0,08 5,45

C6H14 86 0,14 12,08

CO 28 1.713,46 47.976,80

H2O 18 2.289,30 41.207,35

H2 2 3.864,1232 7.728,25

CO2 44 1.001,02 44.045,10

Tabel A.10 Rangkuman neraca massa pada autothermal reforming (R-101)


F2 F4 F5 F6

CH4 37.968,0811 2.242,4214

C2H6 1.507,0094 129,8477

C3H8 491,1106 39,8203

C4H10 258,9321 22,7482

C5H12 60,2662 5,4467

C6H14 + 239,9424 12,0847

N2 467,9954 467,9954

CO2 14.214,4379 44.045,0958

O2 2,6730 62.527,7882 239,2820

H2O 26.378,9106 41.207,3538

CO 47.976,8045

H2 7.728,2463Total 144.117,1469 144.117,1469

A.4 Reaktor Metanol

Fungsi : Mengubah syngas menjadi methanol

Gambar A.3 Neraca massa pada reaktor metanol (R-102)

Reaksi pada pembentukan metanol :

CO + 2H2 CH3OH ΔHR,298K = -90.8 kJ/mol

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O ΔHR,298K = -49.6 kJ/mol

CO + H2O CO2 + H2 ΔHR,298K = -41 kJ/mol


CO 1.713,4573 1.713,4573 - ξ1 – ξ3

F6 F7

COH2

CH3OHH2OCO2

H2

H2 3.864,1231 3.864,1231 - 2ξ1 -3ξ2 + ξ3

CO2 1.001,0249 1.001,0249 – ξ2 + ξ3

H2O 2.289,2974 2.289,2974 + ξ2 – ξ3

CH3OH ξ1 + ξ2

Total 8.867,9028 - 2ξ1 - 2ξ2

Subtitusikan ke pers. A.2, maka diperoleh persamaan kesetimbangan untuk ketiga

reaksi. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-solve dalam program

Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, dan ξ3. Adapun nilai ketiga xi tersebut sebagai berikut:

Tabel A.12 Nilai xi dari setiap reaksiξ1 944,9717

ξ2 634,1493

ξ3 514,0372

Subtitusi dalam reaksi kesetimbangan masing - masing, sehingga didapat mol

keluaran reaktor metanol sebagai berikut.

Tabel A.13 Keluaran reaktor metanolKomponen Persamaan Keluaran (kmol)

CO 1.713,4573 - ξ1 – ξ3 254,4484

H2 3.864,1231 - 2ξ1 -3ξ2 + ξ3 585,7691

CO21.001,0249 – ξ2 + ξ3 880,9128

H2O 2.289,2974 + ξ2 – ξ3 2.409,4095

CH3OH ξ1 + ξ2 1.579,1210

Tabel A.14 Komposisi massa pada keluaran reaktor metanolKomponen BM Keluaran (kmol) Keluaran (kg)

CO 28 254,4484 7.124,5555

H2 2 585,7691 1.171,5382

CO2 44 880,9128 38.760,1640H2O 18 2.409,4095 43.369,3713

CH3OH 32 1.579,1210 50.531,8714

Tabel A.15 Rangkuman neraca massa pada reaktor metanol (R-102)


F6 F7

CH4 2.242,4214 2.242,4214

C2H6 129,8477 129,8477

C3H8 39,8203 39,8203

C4H10 22,7482 22,7482

C5H12 5,4467 5,4467

C6H14 + 12,0847 12,0847

N2 467,9954 467,9954

CO2 44.045,0958 38.760,1640

O2 239,2820 239,2820

H2O 41.207,3538 43.369,3713

CO 47.976,8045 7.124,5555

H2 7.728,2463 1.171,5382

CH3OH 50.531,8714

Total 144.117,1469 144.117,1469

A.5 High Presssure Separator

Fungsi : Memisahkan gas dengan kondensat metanol dan air

CxHy

CO2

H2

N2

O2

CO

Gambar A.4 Neraca massa pada high pressure separator (V-101)

Gas keluaran reaktor didinginkan dengan sebuah cooler sehingga terjadi

pengembunan parsial. Pendinginan dilakukan hingga pada temperatur 60 0C, sehingga

hanya H2O dan CH3OH yang mengalami kondensasi. Asumsi dua komponen tersebut

terkondensasi sempurna, sehingga keluaran separator sebagai berikut:

Tabel A.16 Rangkuman neraca massa pada high pressure separator (V-101)


F7 F8 F9

CH4 2.242,4214 2.242,4214

C2H6 129,8477 129,8477

C3H8 39,8203 39,8203

C4H10 22,7482 22,7482

C5H12 5,4467 5,4467

C6H14 + 12,0847 12,0847

N2 467,9954 467,9954

CO2 38.760,1640 38.760,1640

O2 239,2820 239,2820

H2O 43.369,3713 43.369,3713

CO 7.124,5555 7.124,5555

F7

F8

F9

CH3OHH2OCO2

H2

CH3OHH2O

F9 F10

F11

CH3OHH2O

CH3OH 99,85 %H2O 0,15 %

CH3OH 0,3 %H2O 99,7 %

H2 1.171,5382 1.171,5382

CH3OH 50.531,8714 50.531,8714

Total 144.117,1469 144.117,1469

Gas yang terpisah ditangani dengan proses shift gas converter dan CO2

absorber agar limbah gas lebih ramah lingkungan dan dapat digunakan sebagai bahan

bakar. Sedangkan cairan metanol yang telah terkondensat dipisahkan dengan kolom

distilasi untuk mendapatkan metanol dengan grade AAA (99,85 wt%).

A.5 Kolom Distilasi Metanol

Fungsi: Memisahkan metanol dengan air hingga didapat metanol murni

Gambar A.5 Neraca massa pada kolom distilasi metanol (C-102)

Diharapkan pada hasil puncak akan diperoleh metanol dengan kemurnian 99,85 wt %.

Komponen masuk kolom:

CH3OH = 50.531,8714 kg/jam

H2O = 43.369,3713 kg/jam

93.901,2427 kg/jam

Fraksi massa komponen:

CH3OH = 54 %

H2O = 46 %

Neraca bahan total:

F = D + W

93.201,2427 = 50.505,0505 + W

W = 43.396,1922

Neraca bahan komponen metanol:

F XF = D XD + W XW

(93.201,2427) (0.54) = (50.505,0505) (0.9985) + (43.396,1922) (XW)

50.531,8714 = 50.429,2929 + 43.396,1922 XW

XW = 0,0024

Hasil Puncak:

CH3OH = 0,9985 (50.505,0505) = 50.429,2929

H2O = 0.0015 (50.505,0505) = 75,7576

Hasil Dasar

CH3OH = 0,0024 (43.396,1922) = 102,5785

H2O = 0,9976 (43.396,1922) = 43.293,6138

Tabel A.17 Rangkuman neraca massa pada kolom distilasi metanol (C-102)


F9 F10 F11

CH3OH 50.531,8714 50.429,2929 102,5785

H2O 43.369,3713 75,7576 43.293,6138

Total 93.901,2427 93.901,2427

A.6 High Temperature Shift Reactor

Fungsi: Mengubah CO menjadi CO2 dan H2 pada temperature 450 0C dan tekanan 50

cm2/kg dengan keluaran CO sebesar 4% (Byron Smith, 2010)

Gambar A.6 Neraca massa pada high temperature shift reactor (R-201)

Reaksi yang terjadi: CO + H2O CO2 + H2

Dengan mengetahui keluaran CO sebesar 4%, tingkat reaksi dapat ditentukan

menggunakan persamaan:

r = Nin – Nout ( Octave Levenspiel, 2002) (Pers. A.3)

±v

Dimana :

v = Koefisien reaksi. Jika reaktan bertanda negatif (-), dan jika produk

bertanda positif (+)

F8 F13

F12

CxHy

CO2

H2

N2

O2

CO

CxHy

CO2

H2

N2

O2

COH2O

H2O

r = Laju reaksi

Fin CO = 7.124,5555 kg/jam Fout CO = 4% x Fin CO

= 254,4484 kmol/jam = 4% x 245,4484 kmol/jam

= 10,1779 kmol/jam

= 284,9822 kg/jam

Sehingga nilai ξ sebesar :

r = 254,4484 kmol/jam - 10,1779 kmol/jam

1

r = 244,2705 kmol/jam

Komponen – komponen yang bereaksi dalam HTS ini adalah CO, H2O, CO2, dan H2.

Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :

Komponen H2O

Kebutuhan steam ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga

kebutuhan steam sebesar 254,4484 kmol/jam

Fin H2O = 254,4484 kmol/jam

= 4.580,0714 kg/jam

Fout H2O = Nin - r ξ

= 254,4484 kmol/jam - 244,2705 kmol/jam

= 10,1779 kmol/jam

= 183,2029 kg/jam

Komponen CO2

Fin CO2 = 38.760,1640 kg/jam

= 880,9128 kmol/jam

Fout CO2 = Nin + r ξ

= 880,9128 kmol/jam + 244,2705 kmol/jam

= 1.125,1823 kmol/jam

= 49.508,0649 kg/jam

Komponen H2

Fin H2 = 1.171,5382 kg/jam

= 585,7691 kmol/jam

Fout H2 = Nin + r ξ

= 585,7691 kmol/jam + 244,2705 kmol/jam

= 830,0396 kmol/jam

= 1.660,0791 kg/jam

Tabel A.18 Rangkuman neraca massa pada high temperature shift reactor (C-201)


F8 F12 F13

CH4 2.242,4214 2.242,4214

C2H6 129,8477 129,8477

C3H8 39,8203 39,8203

C4H10 22,7482 22,7482

C5H12 5,4467 5,4467

C6H14 + 12,0847 12,0847

N2 467,9954 467,9954

CO2 38.760,1640 49.508,0649

O2 239,2820 239,2820

CO 7.124,5555 284,9822

H2 1.171,5382 1.660,0791

H2O 4.580,0714 183,2029

Total 54.795,9756 54.795,9756

A.7 Low Temperature Shift Reactor

Fungsi: Mengubah CO menjadi CO2 dan H2 pada temperature 200 0C dan tekanan 50

cm2/kg dengan keluaran CO sebesar 0,3% (Byron Smith, 2010)

Gambar A.7 Neraca massa pada low temperature shift reactor (R-202)

Reaksi yang terjadi: CO + H2O CO2 + H2

Dengan mengetahui keluaran CO sebesar 0,3%, tingkat reaksi dapat ditentukan

menggunakan persamaan A.3, sehingga didapat :

Fin CO = 284,9822 kg/jam Fout CO = 0,3% x Fin CO

= 10,1779 kmol/jam = 0,3% x 10,1779 kmol/jam

= 0,0305 kmol/jam

= 0,8549 kg/jam


r = 10,1779 kmol/jam - 0,0305 kmol/jam

1

F13 F14

CxHy

CO2

H2

N2

O2

COH2O

CxHy

CO2

H2

N2

O2

COH2O

r = 10,1474 kmol/jam

Komponen – komponen yang bereaksi dalam LTS ini adalah CO, H2O, CO2, dan H2.

Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :

Komponen H2O

Kebutuhan steam ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga

kebutuhan steam sebesar 10,1779 kmol/jam


= 183,2029 kg/jam


= 10,1779 kmol/jam - 10,1474 kmol/jam

= 0,0305 kmol/jam

= 0,5496 kg/jam

Komponen CO2

Fin CO2 = 49.508,0649 kg/jam

= 1.125,1833 kmol/jam

Fout CO2 = Nin + r ξ

= 1.125,1833 kmol/jam + 10,1474 kmol/jam

= 1.135,3307 kmol/jam

= 49.954,5506 kg/jam

Komponen H2

Fin H2 = 1.660,0791 kg/jam

= 830,0396 kmol/jam

Fout H2 = Nin + r ξ

F14 F16

F17 CO2 98%

= 830,0396 kmol/jam + 10,1474 kmol/jam

= 840,1870 kmol/jam

= 1.680,3740 kg/jam

Tabel A.19 Rangkuman neraca massa pada high temperature shift reactor (C-201)


F13 F14

CH4 2.242,4214 2.242,4214

C2H6 129,8477 129,8477

C3H8 39,8203 39,8203

C4H10 22,7482 22,7482

C5H12 5,4467 5,4467

C6H14 + 12,0847 12,0847

N2 467,9954 467,9954

CO2 49.508,0649 49.954,5506

O2 239,2820 239,2820

CO 284,9822 0,8549

H2 1.660,0791 1.680,3740

H2O 183,2029 0,5496

Total 54.795,9756 54.795,9756

A.8 Absorber Column

Fungsi : Memisahkan CO2 dari gas yang akan dibakar menggunakan larutan K2CO3

dengan konversi 98% (operating manual PT Arun NGL).

Gambar A.8 Neraca massa pada kolom absorber column (C-203)

Reaksi yang terjadi : K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3

Dengan mengetahui konversi CO2 sebesar 98%, maka tingkat reaksi dapat ditentukan

dengan pers. A.3. Sehingga didapat :

Fin CO2 = 49.954,5506 kg/jam Fout CO2 = (100 – 98)% x Fin CO2

= 1.135,3307 kmol/jam = (100 - 98)% x 1.135,3307 kmol/jam

= 20,7066 kmol/jam

= 999,0910 kg/jam


r = 1.135,3307 kmol/jam - 20,7066 kmol/jam

1

r = 1.112,6241 kmol/jam

Komponen – komponen yang bereaksi dalam kolom ini adalah K2CO3, H2O, CO2, dan

2KHCO3. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :

Komponen K2CO3

Kebutuhan K2CO3 ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga

kebutuhan K2CO3 sebesar 1.135,3307 kmol/jam

Fin K2CO3 = 1.135,3307 kmol/jam

= 156.675,6359 kg/jam

Fout K2CO3 = Nin - r ξ

= 1.135,3307 kmol/jam - 1.112,6241 kmol/jam

= 22,7066 kmol/jam

= 3.133,5127 kg/jam

Komponen H2O

Kebutuhan H2O ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga

kebutuhan H2O sebesar 1.135,3307 kmol/jam. H2O yang ditambahkan merupakan air

yang terdapat pada absorben, sehingga asumsi tidak mempengaruhi kadar air

(moisture) yang terdapat pada gas.

Fin H2O = 1.135,3307 kmol/jam

= 20.435,9525 kg/jam


= 1.135,3307 kmol/jam - 1.112,6241 kmol/jam

= 22,7066 kmol/jam

= 408,7191 kg/jam

Komponen KHCO3

Fin KHCO3 = 0 kmol/jam

Fout KHCO3 = Fin KHCO3 + 2 ξ

= 2 x 1.112,6241 kmol/jam

= 2.225,2482 kmol/jam

F17 F18

F19

KHCO3H2OK2CO3

H2OK2CO3

CO2

= 222.524,8162 kg/jam

Tabel A.20 Rangkuman neraca massa pada Absober Column (C-203)


F14 F16 F17

CH4 2.242,4214 2.242,4214

C2H6 129,8477 129,8477

C3H8 39,8203 39,8203

C4H10 22,7482 22,7482

C5H12 5,4467 5,4467

C6H14 + 12,0847 12,0847

N2 467,9954 467,9954

CO2 49.954,5506 999,0910 48.955,4596

O2 239,2820 239,2820

CO 0,8549 0,8549

H2 1.680,3740 1.680,3740

H2O 0,5496 0,5496

Total 54.795,9756 54.795,9756

A.9 Stripping Column

Fungsi : Memisahkan CO2 dari larutan absorben K2CO3.

Gambar A.9 Neraca massa pada kolom stripping column (C-204)

Reaksi yang terjadi : 2KHCO3 K2CO3 + CO2 + H2O

Pada temperature 150 0C dan tekanan 30 kg/cm2, KHCO3 akan terdesorpsi sempurna

menjadi K2CO3, CO2, dan H2O (operating manual PT Arun NGL). Maka tingkat

reaksi dapat ditentukan dengan pers. A.3. Sehingga didapat :

Fin KHCO3 = 222.524,8162 kg/jam Fout KHCO3 = 0 kmol/jam

= 2.225,2482 kmol/jam

Maka nilai ξ sebesar :

r = 2.225,2482 kmol/jam - 0 kmol/jam

2

r = 1.112,6241 kmol/jam

Komponen – komponen yang bereaksi dalam kolom ini adalah K2CO3, H2O, CO2, dan

2KHCO3. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :

Komponen H2O:


= 408,7191 kg/jam

Fout H2O = 22,7066 kmol/jam + 1.112,6241 kmol/jam

= 1.135,3307 kmol/jam

= 20.435,9525 kg/jam

Komponen CO2

Fin CO2 = 0 kmol/jam

Fout CO2 = 0 + 1.112,6241 kmol/jam

= 1.112,6241 kmol/jam

= 48.955,4596 kg/jam

Komponen K2CO3

Fin K2CO3 = 22,7066 kmol/jam

= 3.133,5127 kg/jam

Fout K2CO3 = 22,7066 kmol/jam + 1.112,6241 kmol/jam

= 1.135,3307 kmol/jam

= 48.955,4596 kg/jam

= 156.675,6359 kg/jam

Tabel A.21 Rangkuman neraca massa pada Stripping Column (C-203)


F17 F18 F19

KHCO3 222.524,8162

H2O 408,7191 20.435,9525

K2CO3 3.133,5127 156.675,6359

CO2 48.955,4596

Total 226.067,0480 226.067,0480

neraca massa pabrik metanol dari gas alam

Documents

Transcript of neraca massa pabrik metanol dari gas alam