Perhitungan Neraca Massa

1

2

3

4 5

612

111

133

1610

7 14 15 18 19

200

8 9

SUSPENSION PREHEATER

(SP)

ROTARY KILN AIR QUENCHING

COOLER

17

T 24

Lampiran 1 Perhitungan Neraca massa

Diagram alir neraca massa keseluruhan

Keterangan aliran proses

No Aliran proses No Aliran proses

1 SP Feed 11 Bahan Bakar Kiln

2 Udara Pembawa Umpan 12 Udara Pendorong Bahan Bakar

Kiln

3 Bahan Bakar 13 Udara Sekunder

4 Udara Pendorong Bahan

Bakar

14 Udara primary Fan Kiln

5 Udara Primary Fan Alternatif

Fuel

15 Udara Nose Ring

6 Udara tersier 16 Cooler Feed

7 Gas Buang Kiln 17 Udara Pendingin

8 Dust Return 18 Udara Cooler Menuju EP

9 Gas Buang SP 19 Debu Terbuang

10 Kiln Feed 20 Klinker

Lampiran 1 Tugas Khusus (Perhitungan Neraca Massa)

1

2

3

4 5

6

10

78 9

SUSPENSION PREHEATER

(SP)

T 25

1. Perhitungan neraca massa di SP

(1) Umpan masuk SP = 268 000 kg

(CCR plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, ,18 maret 2011)

Kandungan H2O dalam SP feed = 1%. (CCR plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, ,18 maret 2011), sehingga

kandungan H2O dalam Sp = 0,01 x 268 000 kg

= 2.680 kg

Umpan SP kering = umpan masuk SP – kandungan H2O di Sp feed

= (268 000 -2 680)kg

= 265 320 kg

Tabel 1. komposisi umpan masuk SP

Komponen Fraksi massaSiO2 12,76Al2O3 3,89Fe2O3 1,92CaO 44,06MgO 0,7IL 36,67Total 1

( QC department plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011)

Di dalam SP, CaO dan MgO yang terkandung dalam material masih dalam bentuk CaCO3 dan MgCO3, sehingga :


T 26

%CaCO3 = BM CaCO 3

BM CaOx% CaO

= 100 kg . kmol56 kg /kmol

x 44,06%

= 78,68%

% MgCO3= BM MgCO 3

BM MgOx % MgO

= 84 kg . kmol40 kg /kmol

x 0,7%

= 1,47%

Sehingga komposisi umpan berubah tanpa IL tidak diikutsertakan menjadi :

SiO2 = % SiO 2%umpan tanpa IL

x100 %

= 12,76 %98,72 %

x100 %

= 12,93 %

Al2O3 = % Al2 O 3%umpan tanpa IL

x100 %

= 3,89 %

98,72 %x 100 %

= 3,95%

Fe2O3 = % Fe 2 O 3%umpan tanpa IL

x100 %

= 1,92% 298,72%

x100 %

= 1,94%

CaCO3 = %CaCO 3%umpan tanpa IL

x100 %

= 78,67 %98,72 %

x100 %

= 79,69%


T 27

MgCO3 = % MgCO 3%umpan tanpa IL

x100 %

= 1,47 %

98,72 %x 100 %

= 1,49%

Massa tiap komponen dalam umpan SP

SiO2 = 12,93% x 265 320 kg

= 34 305,87 kg

Al2O3 = 3,95% x 265 320 kg

= 10 480,14 kg

Fe2O3 = 1,94% x 265 320 kg

= 5 147,21 kg

CaCO3 = 79,69% x 265 320 kg

= 211 433,51 kg

MgCO3 = 1,49% x 265 320 kg

= 3 953,27 kg

Tabel 2. komposisi umpan SP yang bereaksi tanpa IL

Komponen Fraksi massa (%) Massa(kg)SiO2 12,93 34 305,87Al2O3 3,95 10 480,14Fe2O3 1,94 5 147,21CaCO3 79,69 211 433,51MgCO3 1,49 3 953,27Total 100 265 320,0

(8) Dust return atau debu terbang dari SP menuju ball mill

Rasio ideal SP feed terhadap klinker = 1,76

Kenyataan SP feed = 268 000 kg


T 28

Clinker = berat umpan

rasio

= 268.000 kg

1,76 = 152 272,72 kg

Clinker teoritis = massa umpan x (1-fraksi massa IL)

= 268 000 kg x( 1-0,3667)

= 169 724,40 kg

Dust return = (berat clinker teoritis−berat clinker nyata )

berat clinker teoritisx100 %

= (169724,40−152 272,72 )

169724,40x100 %

= 10,28%

Komposisi Dust Return

SiO2 = 10,28% x 34 305,87kg

= 3 526,64 kg

Al2O3 = 10,28% x 10 480,14kg

= 1 077,36 kg

Fe2O3 = 10,28% x 5 147,21kg

= 529,13 kg

CaCO3 = 10,28% x 211 433,51kg

= 21 735,36 kg

MgCO3 = 10,28% x 3 953,27 kg

= 406,39 kg

Tabel 3. komposisi dust return

Komponen Fraksi massa (%) Massa(kg)SiO2 12,93 3 526,64Al2O3 3,95 1 077,36Fe2O3 1,94 529,14CaCO3 79,69 21 735,36


T 29

MgCO3 1,49 406,39Total 100 27 274,89

SP feed yang menjadi clinker SiO2 = massa SiO2 dalam SP – massa dust return

= (34 305,87- 3 526,64)kg= 30 779,23kg

Al2O3 = massa Al2O3 dalam SP – massa dust return= (10 480,14- 1 077,36) kg= 9 402,78kg

Fe2O3 = massa Fe2O3 dalam SP – massa dust return= (5 147,21- 529,14) kg= 4 618,07kg

CaCO3 = massa CaCO3 dalam SP – massa dust return= (211 433,51- 21 735,36) kg= 189 698,2 kg

MgCO3 = massa MgCO3 dalam SP – massa dust return= (3 953,27- 406,39) kg= 3 546,88 kg

Tabel 4. komposisi SP feed yang menjadi clinker

Komponen Fraksi massa (%) Massa(kg)SiO2 13,26 30 779,23Al2O3 3,93 9 402,78Fe2O3 1,92 4 618,07CaCO3 79,40 189 698,2MgCO3 1,49 3 546,88Total 100 238 045,1

Reaksi kalsinasi di SP berlangsung dengan derajat kalsinasi 91,2%. (QCD plant 9. PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011). Komponen yang mengalami kalsinasi yaitu CaCO3 dan MgCO3.Reaksi 1:CaCO3 → CaO + CO2

CaCO3 yang terkalsinasi = derajat kalsinasi x massa CaCO3 dalam umpan

= 0.912 x 189 698,2kg

= 173 004,76 kg


T 30

CaO yang terbentuk = BM CaO

BM CaCO 3xmassaCaCO3 yang terkalsinasi

= 56

100 x 173 004,76 kg

= 96 882,66 kg

CO2 yang terbentuk = BM CO2

BM CaCo 3xmassaCaCO3 yang terkalsinasi

= 44

100 x 173 004,76 kg

= 76 122,09 kg

CaCO3 sisa = massa CaCO3 – massa CaO

= 189 698,2 kg - 173 004,76 kg

= 16 693,44 kg

Reaksi 2 :

MgCO3 → MgO + CO2

MgCO3 yang terkalsinasi = derajat kalsinasi x massaMgCO3 dalam umpan

= 0.912 x 3 546,88 kg

= 3 234,75 kg

MgO yang terbentuk = BM MgO

BM MgCO 3x massa MgCO3 yang

terkalsinasi

= 4084 x 3 234,75 kg

= 1 540,36 kg

CO2 = BM CO2

BM CaCo 3xmassa MgCO3 yang terkalsinasi


T 31

= 4484

x 3 234,75 kg

= 1 694,39 kg

MgCO3 sisa = massa MgCO3 – massa MgO

= (3 546,88- 3 234,75)kg

= 312,13 kg

CO2 hasil kalsinasi = CO2 dari reaksi 1 + CO2 dari reaksi 2

= ( 76 122,09 + 1 694,39 ) kg

= 77 816,48 kg

(3) Bahan bakar SP

Batubara Umpan batubara masuk SP = 9 100 kg( CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011)Kandungan air = 7,08 % ( QC department Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)Sehingga massa air dalam batubara = 7,08% x 9100 kg = 644,28 kgJadi umpan batubara kering = (9 100 – 644,28)kg = 8455,72 kg

Tabel 5. komposisi umpan batubara

Komponen Fraksi massa (%)C 66,31H 4,19N 0,87S 0,15O 19,53Ash 8,95Total 100

(CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011)

Massa umpan batubara SP :

C = 66,31% x 8 455,72 kg = 5 606,99 kg

H = 4,19% x 8 455,72 kg = 354,29 kg

N = 0,87% x 8 455,72 kg = 73,56 kg

S = 0,15% x 8 455,72 kg = 12,68 kg


T 32

O =19,53% x 8 455,72 kg = 1 651,41 kg

Ash = 8,95% x 8 455,72 kg = 756,79 kg

Tabel 6. komposisi umpan batubara SP

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)C 66,31 5 606,98 H 4,19 354,29 N 0,87 73,56S 0,15 12,68O 19,53 1 651,41Ash 8,95 756,79Total 100 8 453,17

Tabel 7. komposisi abu batubara SP

Komponen Fraksi massa (%)SiO2 28,68Al2O3 14,53Fe2O3 4,93CaO 33,58MgO 1,31SO3 4,52IL 12,45Total 100

(QCD Pant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011)

Karena komponen IL tidak ikut bereaksi, maka komposisi baru abu batubara yaitu:

SiO2 = fraksi SiO 2

fraksi umpantanpa IL x 100%

= 28,68 %87,55 %

x 100% = 32,76%

Al2O3 = fraksi Al2 O3


= 14,53 %87,55 %

x 100% = 16,59%

Fe2O3 = fraksi Fe 2O3


= 4,93 %

87,55 % x 100% = 5,63%

CaO = fraksiCaO



T 33

= 33,58 %87,55 %

x 100% = 38,35 %

MgO = fraksi MgO


= 1,31 %

87,55 % x 100% = 1,51%

SO3 = fraksi SO 3


= 4,52 %

87,55 % x 100% = 5,16%

Massa abu batubara di SP

SiO2 = 32,76% x 756,59 kg= 247,86 kg Al2O3 = 16,59% x 756,59 kg= 125,52 kg Fe2O3 = 5,63% x 756,59 kg = 42,60 kg CaO = 38,35 % x 756,59 kg= 290,15 kg MgO = 1,51% x 756,59 kg = 11,42 kg SO3 = 5,16% x 756,59 kg = 39,04 kg

Tabel 8. Komposisi Abu Batubara Tanpa IL

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)SiO2 32,76 247,86Al2O3 16,59 125,52Fe2O3 5,63 42,60CaO 38,35 290,15MgO 1,51 11,42SO3 5,16 39,04Total 100 756,59

Sekam

Umpan sekam masuk SP = 6 600 kg dengan kandungan air 27,44% (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011), sehingga umpan kering sekam SP adalah 4 788,96 kg

Tabel 9. Komposisi Umpan Sekam SP

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)C 49,30 2 360,96H 5,90 282,55N 0,50 23,94S 0,14 6,70O 44,10 2 111,93


T 34

Ash 0,06 2,88Total 100 4 788,96

(QCD Pant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011)

Reaksi pembakaran sekam yang terjadi :

a) C + O2 → CO2 Jumlah C yang bereaksi = 2 360,96kg

CO2 yang terbentuk = BM CO 2

BM C x massa C

= 44 gr / grmol12 gr /grmol

x 2 360,96kg = 8 656,85 kg

O2 yang diperlukan =BM O 2BM C

x massa C

= 32 gr / grmol12 gr / grmol

x 2 360,96kg = 6 295,89 kg

b) S + O2 → SO2

Jumlah S yang bereaksi = 6,70 kg

SO2 yang terbentuk = BM SO 2

BM S x massa S


x 6,70 kg = 13,4 kg

O2 yang diperlukan =BM O 2BM S

x massa S


x 6,70 kg = 6,70 kg

c) H2O(l) → H2O(g)

H2O yang terbentuk = 27,44% x 6 600 kg = 1811,04 kgd) H2 + ½ O2 → H2O

Jumlah H yang bereaksi = 282,55 kg

H2O yng terbentuk = BM H 2 OBM H 2 x massa H2

= 18 gr /grmol2gr / grmol

x 282,55 kg = 2 542,95 kg

O2 yang diperlukan =BM O 2BM H 2

x massa H2

= 32 gr / grmol2gr / grmol

x 282,55 kg = 4 520,80 kg

e) N + O2 → NO2

Jumlah N yang bereaksi = 23,94 kg


T 35

NO2 yang terbentuk =BM NO 2

BM N x massa N


x 23,94kg = 78,66 kg

O2 yang diperlukan =BM O 2BM N

x massa N

= = 32 gr /grmol14 gr /grmol

x 23,94kg = 54,72 kg

Kebutuhan O2 total untuk membakar sekam padi secara teoritis :

(6 295,89 + 6,70 + 4 520,80 + 54,72 ) kg = 10 878,11 kg

Bahan Bakar GasUmpan gas masuk = 1 476 Nm3

Berat jenis (ρ) gas rata-rata = 0,99245 kg/m3 ( departemen Produksi Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, 18 maret 2011)Massa gas masuk = 1 476 Nm3 x 0,99245 kg/m3 = 1 464, 85 kg

Tabel 10. komposisi bahan bakar gas

Komponen Fraksi massa Massa (kg)N2 2,80 41,02CO2 33,75 494,39CH4 53,19 779,15C2H6 4,53 66,36C3H8 3,11 45,56C4H10 1,46 21,38C5H12 0,59 8,64C6H14 0,57 8,35Total 100 1 464, 85

(Departemen Produksi Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)

Reaksi pembakaran gas yang terjadi :

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Mol CH4 = massa CH 4

BM CH 4

= 779,15 kg

16 kg /kgmol = 48,7 kmol

Mol O2 = 2 x mol CH4

= 2 x 48,7 kmol = 97,39 kmolMassa O2 = mol O2 x Mr O2

= 97,39 kmol x 32 = 3 116,6 kg


T 36

Mol CO2 = 1 x mol CH4

= 1 x 48,70 kmol = 48,70 kmolMassa CO2= mol CO2 x MR CO2

= 48,70 kmol x 44 kg/kmol = 2 142,80 kgMol H2O = 2 x mol CH4

= 2 x 48,7 = 97,39 kmolMassa H2O = mol H2O x MR H2O

= 97,39 kmol x 18 kg/kgmol = 1 753,02 kg C2H6 + 7/2 O2 → 2CO2 + 3H2O

Mol C2H6 = massa C 2 H 6

BM C 2 H 6

= 66,36 kg

30 kg/kgmol = 2,21 kmol

Mol O2 = 7/2 x mol C2H6

= 7/2 x 2,21 kmol = 7,73 kmolMassa O2 = mol O2 x Mr O2

= 7,73 kmol x 32 kg/kgmol = 247,36 kgMol CO2 = 2 x mol C2H6


= 4,42 kmol x 44 kg.kmol = 194,48 kgMol H2O = 3 x mol C2H6

= 3 x 2,21 kmol = 6,63 kmolMassa H2O = mol H2O x MR H2O

= 6,63 kmol x 18 kg/kgmol = 119,34 kg C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O


BM C 3 H 8

= 45,56 kg


Mol O2 = 5 x mol C3H8

= 5 x 1,03 kmol = 5,15 kmolMassa O2 = mol O2 x Mr O2



= 3,09 kmol x 44 kg/kgmol = 135,96 kgMol H2O = 4 x mol C3H8

= 4 x 1,03 kmol = 4,12 kmolMassa H2O = mol H2O x MR H2O


T 37

= 4,12 kmol x 18 kg/kgmol = 74,16 kg

C4H10 + 13/2O2 → 4CO2 + 5H2O


BM C 4 H 10

= 21,38 kg







= 5 x 0,37 kmol = 1,85 kmolMassa H2O= mol H2O x MR H2O

= 1,85 kmol x 18 kg/kgmol = 33,3 kg

C5H12 + 8O2 → 5CO2 + 6H2O


BM C 5 H 12

= 8,64kg


Mol O2 = 8 x mol C5H12

= 8 x 0,12kmol = 0,96 kmolMassa O2 = mol O2 x Mr O2





= 0,72 kmol x 18 kg/kgmol = 12,96 kg

C6H14 + 19/2O2 → 6CO2 +7H2O


BM C 6 H 14


T 38

= 8,35 kg

86 kg /kgmol = 0,097 kmol







= 0,68 kmol x 18 kg/kgmol = 12,24 kg

Massa O2 yang diperlukan total :

(3 116,6 + 247,36 + 164,80 + 77,12 + 30,72 + 29,47) kg = 3 666,07 kg

Massa CO2 yang terbentuk :

(2 142,80 + 194,48 + 135,96 + 65,12 + 26,4 + 25,52)kg = 2 590,28 kg

Massa H2O yang terbentuk :

(1 753,02 + 119,34 + 74,16 + 33,3 + 12,96 + 12,24)kg = 2 005,02 kg

(10) Perhitungan Massa pada Kiln Feed

SiO2 = SiO2 dari SP feed kiln + SiO2 pada abu batubara SP

= (30 779,23 + 247,86)kg = 31 027,29 kg

Al2O3 = (9 402,78 + 125,52 )kg = 9 528,3 kg

Fe2O3 = (4 618,07 + 42,60) kg = 4 660,67 kg

CaCO3sisa = 16 693,44 kg

MgCO3sisa = 312,13 kg

CaO = CaO yang terkalsinasi + CaO di batubara SP

= (96 882,66 + 290,15) kg = 97 172,81 kg


T 39

MgO = (1 540,36 + 11,42) kg = 1 551,78 kg

SO3 = 39,04 kg

Tabel 11.komposisi massa Kiln Feed

Komponen Fraksi Massa (%) Massa (kg)SiO2 19,27 31 027,29Al2O3 5,92 9 528,3Fe2O3 2,89 4 660,67CaCO3 10,38 16 693,44MgCO3 0,19 312,13CaO 60,37 97 172,81MgO 0,96 1 551,78SO3 0,02 39,04Total 100 160 985,46

Reaksi Pembakaran batubara di SPa) C + 1/2O2 → CO

Missal : C yang bereaksi = R kg, maka

CO yang terbentuk = BM COBM C

x R kg

= 28 gr /grmol12 gr / grmol

x R kg= 2,33R kg

O2 yang diperlukan = BM O 2BM C

x R kg x ½


R kg x ½ = 1,33R kg

b) C + O2 → CO2

C yang bereaksi = (C umpan batubara –R) kg

= (5 606,98 – R)kg

CO2 yang terbentuk = BM CO 2

BM C (5 606,98 – R)kg


(5 606,98 – R)kg

= (20 558,93- 3,67R)kg

O2 yang diperlukan = BM O 2BM C

x (5 606,98 – R)kg


T 40


x (5 606,98 – R)kg

= (14 970,64 -2,67R)kg

c) S + O2 → SO2

S yang bereaksi = S umpan batubara = 12,68 kg

SO2 yang terbentuk = BM SO 2

BM S x 12,68 kg


x 12,68 kg = 25,36 kg

O2 yang diperlukan = BM O 2BM S

x 12,68 kg


x 12,68 kg = 12,68 kg

d) H2O(l) → H2O(g)

H2O(g) yang terbentuk = kandungan air dalam batubara = 644,28 kge) H2 + 1/2O2 → H2O(g)

H2 yang bereaksi = H umpan dalam batubara = 354,29 kg

H2O(g) yang terbentuk = BM H 2 OBM H 2

x massa H2

= 18 gr /grmol2gr / grmol

x 354,29 kg = 3 188,61 kg

O2 yang diperlukan = BM O 2BM H 2

x ½ massa H2

= 32 gr / grmol2gr / grmol

x ½ x 354,29 kg = 2 834,32 kg

f) N + O2 → NO2

N yang bereaksi = N umpan dalam batubara = 73,56 kg

NO2 yang terbentuk = BM NO 2

BM N x massa N


x 73,56 kg = 241,70 kg

O2 yang diperlukan = BM O 2BM H 2

x massa N

= 32 gr /grmol14 gr /grmol

x 73,56 kg = 168,14 kg


T 41

Sehingga kebutuhan udara teoritis pasa kiln feed :(1,33R + (14 970,64 -2,67R) + 12,68 + 2 834,32 + 168,14 )kg = (17 985,78 -1,34R) kg

Data :

Temperature = 27 ºC

Kelembaban = 80%

Tekanan = 1 atm

Dari Psychometric chart (perry. Gambar 3-4)

Humidity = 0,022 kg H2O/kg udara kering

Udara kering = 21% O2 dan 79%N2

BM udara = (0,21 x 32 kg/kmol) + (0,79 x 28 kg/kmol) = 28,84 kg/kmol

ρ udara = 1,16 kg/m3

udara kering = 1

(1−humidity) kg

= 1

(1+0,022) kg = 0,978 kg

komposisi udara :

H2O = (1- 0,978) = 0,022 kg

O2 = 0,21 x massa udarakering

BM udara x BM O2

= 0,21 x0,978 kg28,84 kg /kgmol

x 32 kg/kgmol = 0,228 kg

N2 = 0,79 xmassa udarakering

BM udara x BM N2

= 0,79 x 0,978 kg28,84 kg /kgmol

x 28 kg/kgmol = 0,75 kg

(A5) Udara Tersier dari Cooler menuju SP


T 42

Misal, udara tersier = T kg

Udara kering = 1

(1−0,022) T kg = 0,978T kg

H2O = (T- 0,978T)kg = 0,022T kg

O2 = 0,21 x massa udarakering

BM udara x BM O2

= 0,21 x 0,978 T kg28,84 kg/ kgmol

x 32 kg/kgmol = 0,228T kg

N2 = 0,79 xmassa udarakering

BM udara x BM N2

= 0,79 x0,978 T kg28,84 kg /kgmol

x 28 kg/kgmol = 0,75T kg

(A7) Udara Primary fan SP

Kapasitas = 9 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)

ρ Udara = 1,16 kg/m3

massa udara = 9 000 m3/jam x 1,16 kg/m3 = 10 440 kg/jam

massa udara kering = 1

(1+0,022) x 10 440 kg = 10 215 kg

mol udara kering = 10 215 kg

28,84 kg /kgmol = 354,2 kmol

massa H2O = 10 440 kg kg - 10 215 kg = 225 kg

Massa O2 = 0,21 x mol udara kering x BM O2

= 0,21 x 354,2 kmol x 32 kg/kgmol = 2 380 kg

Massa N2 = 0,79 x mol udara kering x BM N2


Tabel 24. komposisi udara primary fan SP

Komponen Fraksi Massa Massa (kg)H2O 2,16 225


T 43

O2 22,80 2 380N2 75,04 7 835Total 1 10 440

(2). Udara Pembawa Umpan

Kapasitas = 3000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)


massa udara = 3000 m3/jam x 1,16 kg/m3 = 3 480 kg


(1+humidity ) x massa udara

= 1

(1+0,022)x 3 480 kg = 3 405 kg

mol udara kering = 3405 kg

28,84 kg /kgmol = 118,06 kmol

massa H2O = 3 480 kg – 3 405 kg = 75 kg

Massa O2 = 0,21 x 118,06 kmol x 32 kg/kgmol

= 793,41 kg

Massa N2 = 0,79 x 118,06 kmol x 28 kg/kgmol

= 2 611,59 kg

Tabel 13. Komposisi udara pembawa umpan SP

Komponen Fraksi Massa (%) Massa (kg)H2O 2,16 75O2 22,80 793,41N2 75,04 793,41Total 100 3 480

(4) Udara Pembawa Bahan Bakar


T 44

Kapasitas = 3850 m3/jam (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)




(1+0,022) x 4 466 kg = 4 369,86 kg

mol udara kering = 4 369,86

28,84 kg /kgmol = 151,52 kmol

massa H2O = 4 466 kg – 4 369,86 kg = 96,14 kg

Massa O2 = 0,21 x = 151,52 kmol x 32 kg/kgmol = 1 018,21 kg

Massa N2 = 0,79 x 151,52 kmol x 28 kg/kgmol = 3 351 kg

Tabel 14. komposisi Udara pembawa bahan bakar

Komponen Fraksi Massa (%) Massa (kg)H2O 2,16 96,14O2 22,80 1 018,21N2 75,04 3 351Total 100 4 466

(7) Gas Buang Kiln

Komposisi gas buang kiln diperoleh dari perhitungan gas buang di kiln.

Tabel 15. komposisi gas buang kiln

Komponen Fraksi Massa (%) Massa (kg)H2O 5,37 6 590,69O2 3,57 4 368,15N2 66,45 81 568,50CO2 24,52 30 100,85SO2 0,02 27,88NO2 0,07 92,38Total 100 122 748,45

(9) Gas Buang SP

Komposisi gas buang SP :


T 45

CO = 2,33R kg

CO2 = 77 816,48 kg + 8 656,85 kg + 2 590,28 kg + (5 606,98 – R)kg +

30 100,85 kg = 124 771,44 -R

SO2 = 13,4 kg + 25,36 kg + 27,88 kg = 66,64 kg

NO2 = 78,66 kg + 241,70 kg + 92,38 kg = 412,74 kg

H2O = 4 353,99 + 2 005,02 kg + 3 832,89 + 0,022T kg + 225 kg + 75 kg + 96,14 kg + 6 590,69 kg

= (17 178,73 + 0,022T) kg

N2 = 0,75T kg + 7 835 kg + 2 611,59 kg + 3 351 kg + 81 568,50 kg

= (95 366,09 +0,75T) kg

O2 =0,228T kg + 2 380 kg + 793,41 kg + 1 018,21 kg + 4 368,15kg - 10 878,11 kg - 3 666,07 kg – (17 985,78 -1,34R) kg

= -23 970,19 + 0,228T + 1,34R

Total Gas buang SP :

= 2,33R + 1,34R – R + 0,228T +0,75T +0,022T + 94 670,59 + 38,76 + 320,36 + 10 588,04 - 28 338,34 + 122 748,45

= (2,67 R + T + 200 027,86) kg

Diketahui kadar CO = 0,04%

0,0004 = totalCO

Total gasbuang =

2,33 R(2,67 R+T +200 027,86)kg

0,001068 R + 0,0004T + 80,01 = 2,33R

-2,3289R + 0,0004T = -80,01………………………………………(1)

Diketahui kadar O2 = 4,05%

0,0405= totalO 2

Total gasbuang =

−23 970,19+0,228 T+1,34 R(2,67 R+T +200 027,86)kg

0,108R + 0,0405T + 8 101.13 = -23 970,19 + 0,228T + 1,34R

1,232R + 0,1875T = 32 071,32………………………………(2)


T 46

Eliminasi persamaan (1) dan (2) untuk mencari R dan T

2,3289R - 0,0004T = 80,01 x 0,1875

1,232R + 0,1875T = 32 071,32 x 0,0004

0,43667R – 0,000075 = 15,002

0,0004928R + 0,000075= 12,83 +

0,43716R = 27,83

R = 63,671 kg (C yang bereaksi menjadi CO)

Substitusi R ke persamaan (1)

2,3289(63,671 ) - 0,0004T = 80,91

T = 168 433,48 kg (udara tersier)

Jadi komposisi udara tersier :

Udara tersier = 168 433,48 kg

Udara kering = %udara kering x massa udara tersier

= 0,978 x 168 433,48 kg

= 164 727,94 kg

Tabel 16. komposisi udara tersier

Komponen Fraksi Massa (%) Massa (kg)H2O 2,20 3 705,54O2 22,80 38 402,83N2 75,00 126 325,11Total 100 168 433,48

Tabel 17. komposisi total gas buang SP

Komponen Fraksi Massa (%) Massa (kg)H2O 5,46 20 884,26O2 3,79 14 517,96N2 57,97 221 691,20CO 0,04 148,35CO2 32, 60 124 707,77


12

111

133

1610

7 14 15

ROTARY KILN

T 47

SO2 0,02 66,64NO2 0,12 412,74Total 100 382 429,12

Tabel 18. Neraca Massa di SP

Input Output

Keterangan Massa (kg) KeteranganMassa (kg)

Produk HilangUmpan masuk SP 268 000 Gas buang SP - 382 429,12

Umpan bahan bakar total

18 064,85Material dari SP menuju rotary kiln

160 985,46 -

Udara primary SP fan

10 440 Dust return - 27 274,89

Udara pendorong bahan bakar

4 466

Massa yang terakumulasi

24 943,31Udara pembawa umpan

3 480

Udara tersier 168 433,48Gas buang kiln

122 748,45

Jumlah 595 632,78 Jumlah 185 928,77 409 704,01Total bahan masuk

595 632,78Total bahan keluar

595 632,78

2. Perhitungan Neraca Massa di Rotary Kiln

Diagram alir massa di rotary kiln


T 48

(10)Umpan masuk Kiln = 160 985,46 kg

Di dalam kiln akan terjadi kalsinasi lanjutan dari komponen CaCO3 dan MgCO3 yang belum terkalsinasi sempurna di SP.

Reaksi 1:

CaCO3 → CaO + CO2

CaCO3 yang bereaksi =

CaO yang terbentuk = BM CaO

BM CaO 3 x CaCO3 yang bereaksi

= 56 gr /grmol

100 gr /grmol x 16 693,44 kg

= 9 348,33 kg


BM CaO 3 x CaCO3 yang bereaksi

= 44 gr /grmol

100 gr /grmol x 16 693,44 kg

= 7 345,11 kg

Reaksi 2.

MgCO3 → MgO + CO2

MgCO3 yang bereaksi = 312,13 kg

MgO yang terbentuk = BM MgO

BM MgCO 3 x MgCO3 yang bereaksi

= 40 gr / grmol84 gr / grmol x 312,13 kg

= 148,63 kg


BM MgCO 3 x MgCO3 yang bereaksi


T 49


x312,13 kg

= 163,50 kg

(11) Bahan Bakar Kiln

umpan batubara dalam rotary kiln

Jumlah batubara masuk rotary kiln = 10 000 kg (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)Kandungan air = 7,08 %Massa air = 708 kgUmpan batubara kering = 9 292 kg

Tabel 19. komposisi batubara masuk rotary kiln

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)C 66,31 6 161,52 H 4,19 389,33N 0,87 80,84S 0,15 13,94O 19,53 1 814,73Ash 8,95 831,64Total 100 9 292

(QCD Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)

Perhitungan Komposisi Abu Batubara

Tabel 20. komposisi abu batubara

Komponen Fraksi massaSiO2 28,68Al2O3 14,53Fe2O3 4,93CaO 33,58MgO 1,31SO3 4,52IL 12,45Total 100

( QC department plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)

Karena IL tidak ikut beraksi maka dicari komposisi baru dari abu batubara tanpa IL yaitu :

SiO2 = fraksi SiO 2



T 50

= 28,68 %87,55 %

x 100% = 32,76%

Al2O3 = fraksi Al2 O3


= 14,53 %87,55 %

x 100% = 16,59%

Fe2O3 = fraksi Fe 2 O3


= 4,93 %

87,55 % x 100% = 5,63%

CaO = fraksiCaO


= 33,58 %87,55 %

x 100% = 38,35 %

MgO = fraksi MgO


= 1,31 %

87,55 % x 100% = 1,51%

SO3 = fraksi SO 3


= 4,52 %

87,55 % x 100% = 5,16%

Tabel 21. komposisi massa abu batubara yang bereaksi

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)SiO2 32,76 272,45Al2O3 16,59 137,96Fe2O3 5,63 46,82CaO 38,35 318,93MgO 1,51 12,57

SO3 5,16 42,91Total 100 831,64

(13) Udara Sekunder

Missal udara sekunder= B kg

Asumsi pada suhu 27 ºC, kelembaban 80%

Humidity = 0,022 kg H2O/kg udara kering (psychometric chart, perry gambar 3-4)

Udara kering = 1

(1+0,022) x B kg = 0,978B kg

H2O = massa udara sekunder – massa udara sekunder kering


T 51

= ( B - 0,978B kg) = 0,022B kg

O2 = 0,21 x masaudara kering

BM udara x BM O2

= 0,21 x 0,978 kg

28,84 kg /kgmol x 32 kg/kgmol

= 0,228B kg

N2 = 0,79 x masaudara kering

BM udara x BM N2

= 0,79 x 0,978 kg

28,84 kg /kgmol x 28 kg/kgmol

= 0,75B kg

(12) Udara Pendorong Bahan Bakar (batubara ) kiln

Kapasitas udara = 3000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)




(1+0,022) x 3 480 kg = 3405 kg

mol udara kering = 3405 kg

28,84 kg /kgmol = 118,06 kmol

massa H2O = 3 480 kg – 3405 kg = 75 kg

Massa O2 = 0,21 x 118,06 kmol x 32 kg/kgmol = 793 kg


Tabel 22. komposisi udara pendorong bahan bakar kiln

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)H2O 2,16 75O2 22,79 793N2 75,05 2 612Jumlah 100 3 480


T 52

(14) Udara Primer ( primary air kiln fan)

Kapasitas udara = 14 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)




(1+0,022) x 16 240 kg = 15 890 kg


28,84 kg /kgmol = 550,97 kmol

massa H2O = 16 240 kg – 15 890 kg =350 kg

Massa O2 = 0,21 x 550,97 kmol x 32 kg/kgmol = 3 702 kg


Tabel 23. komposisi udara pendorong bahan bakar kiln

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)H2O 2,16 350O2 22,80 3 702N2 75,04 12 188Jumlah 100 16 240

(15) Udara Nose Ring

Kapasitas = 9 000 m3/jam (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)




(1+0,022) x 10 440 kg = 10 215 kg


28,84 kg /kgmol = 354,2 kmol

massa H2O = 10 440 kg kg - 10 215 kg = 225 kg


T 53

Massa O2 = 0,21 x mol udara kering x BM O2


Massa N2 = 0,79 x mol udara kering x BM N2


Tabel 24. Komposisi Udara nose ring

Komponen Fraksi Massa Massa (kg)H2O 2,16 225O2 22,80 2 380N2 75,04 7 835Total 1 10 440

Sehingga komposisi keseluruhan bahan bakar kiln adalah seperti pada tabel 25.

Tabel 25. komposisi bahan bakar kiln

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)C 66,31 6 161,52 H 4,19 389,33N 0,87 80,84S 0,15 13,94O 19,53 1 814,73SiO2 2,93 272,45Al2O3 1,48 137,96Fe2O3 0,50 46,82CaO 3,43 318,93MgO 0,13 12,57SO3 0,46 42,91Jumlah 100 9 292

Reaksi pembakaran di Kiln :

Reaksi Pembakaran di SP1) C + 1/2O2 → CO

Di dalam kiln tidak dihasilkan gas CO ( CO =0%)2) C + O2 → CO2

C yang bereaksi = 6 161,52 kg

CO2 yang terbentuk = 44 kgkg /kgmol

12 kg/kgmol x 6 161,52 kg = 22 592,24 kg


T 54

O2 yang diperlukan = 32 kg/kgmol

BM C 12 kg/kgmol x 6 161,52 kg = 16 480,72 kg

3) S + O2 → SO2

S yang bereaksi = 13,94 kg

SO2 yang terbentuk = 64 kg /kgmol32 kg /kgmol

x 13,94 kg = 27,88 kg

O2 yang diperlukan = 32 kg/kgmol32 kg/kgmol

x13,94 kg = 13,94 kg

4) H2O(l) → H2O(g)

H2O(g) yang terbentuk = kandungan air dalam batubara = 708 kg5) H2 + 1/2O2 → H2O(g)

H2 yang bereaksi = 389,33 kg

H2O(g) yang terbentuk = 18 kg/kgmol2 kg/kgmol

x 389,33 kg = 3 503,97 kg

O2 yang diperlukan = 32 kg/kgmol2 kg/kgmol

x 389,33 kg x ½ = 3 114,64 kg

6) N + O2 → NO2

N yang bereaksi = 80,84 kg

NO2 yang terbentuk = 46 kg /kgmol14 kg /kgmol

x 80,84 kg = 92,38 kg

O2 yang diperlukan = 32 kg/ kgmol14 kg /kgmol

x 80,84 kg = 184, 78 kg

Sehingga kebutuhan O2 teoritis di kiln :(16 480,72 kg + 13,94 kg + 3 114,64 kg + 184, 78 kg ) = 19 794,08 kg

(18) Gas buang hasil pembakaran kiln

CO2 = (163,50 kg + 7 345,11 kg + 22 592,24 kg ) = 30 100,85 kg

SO2 = 27,88 kg

NO2 = 92,38 kg

H2O = (0,022B kg) + 75 kg + 350 kg + 225 kg + 708 kg + 3 503,97 kg)

= (0,022B + 4 861,97) kg

N2 = (0,75B kg + 2 612 kg + 12 188 kg + 7 835 kg )

= (0,75B + 22 635) kg

O2 = (0,228B kg + 793 kg + 3 702 kg + 2 380 kg) - 19 794,08 kg


T 55

= (0,228B-12 919,08) kg

Total gas buang kiln = ( 44 799 + B ) kg

Diketahui :

Dari CCR O2 kiln outlet = 4,05 %

Sehingga, O2 kiln outlet = totalO 2

total gasbuang kiln

0,0405 = (0,228 B−12 919,08)kg

(44 799+B)kg

B (udara sekunder) = 78 578,34 kg

Tabel 26. komposisi gas buang kiln

Komponen Fraksi Massa (%) Massa (kg)CO 0,00 0H2O 5,37 6 590,69O2 3,57 4 368,15N2 66,45 81 568,50CO2 24,52 30 100,85SO2 0,02 27,88NO2 0,07 92,38Total 100 122 748,45

Sehingga komposisi dari udara sekunder

Tabel 27. komposisi udara sekunder

Komponen Fraksi massa (%) Massa (kg)H2O 2,20 1 728,72O2 22,80 17 915,86N2 75 58 933,76Jumlah 100 78 578,34

Tabel 28. neraca massa di rotary kiln

Input OutputKeterangan Massa (kg) Keterangan Massa (kg)

Produk HilangUmpan masuk Kiln Gas buang

Kiln 122 748,45

SiO2 31 027,29 Material dari rotary kiln menuju

156 975,35Al2O3 9 528,3Fe2O3 4 660,67


133

16

18 19

200

AIR QUENCHING

COOLER

176

T 56

Clinker coolerCaCO3 16 693,44MgCO3 312,13CaO 97 172,81MgO 1 551,78SO3 39,04Umpan batubara 10 000Udara pendorong bahan bakar

3 480

Udara primer 16 240Udara nose ring 10 440 Udara sekunder 78 578,34 Jumlah 279 723,80 Jumlah 156 975,35 122 748,45Total bahan masuk 279 723,80 Total bahan

keluar279 723,80

3. Perhitungan Neraca Massa di Clinker CoolerDiagram alir massa di clinker cooler

(16) umpan masuk cooler = 156 975,35kg

(17) udara masuk cooler :

Kapasitas fan pada cooler = 4 044 m3/menit (CCR plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)

Kapasitas fan selama satu jam = 4 044 m3/menit x 60 menit/jam


T 57

= 242 640 m3/jam

Berat jenis udara pada suhu 30 ⁰C = 1,16 Kg/m3 (R.H. Perry, 3-30)

Berat pendingin tiap jam = 1,16 Kg/m3 x 242 640 m3/jam

= 281 462,4 kg

Udara panas menuju Rotary Dryer dan Ball Mill= udara pendingin – (udara tersier + udara sekunder)= 281 462,4 kg –( 168 433,48+ 78 578,34 )= 34 450,58 kg

(C4) Kebutuhan udara panas untuk Rotary Dryer sebesar 10% dari udara panas total dari Cooler = 10% x 34 450,58 kg = 3445,06 kg

Kebutuhan udara untuk ball mill = massa udara panas total – massa udara panas untuk rotary dryer

= 34 450,58 kg – 3445,06 kg = 31 005,52 kg

Debu yang ditarik fan ke EP sebesar 2 % dari umpan masuk (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)Debu yang ditarik EP = 0,02 x jumlah clinker panas

= 0,02 x 156 975,35 kg = 3 139,51 kg

Efisiensi 99% (CCR Plant 9 PT. Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk, maret 2011)Klinker tersirkulasi = 0,99 x debu yang tertarik

= 0,99 x 3 139,51 kg = 3 108,11 kg

(C2) Debu yang terbuang = Debu yang ditarik EP – klinker tersirkulasi

= 3 139,51 kg - 3 108,11 kg

= 31,4 kg

(C3) klinker dingin = umpan masuk cooler – debu yang terbuang

= 156 975,35 kg - 31,4 kg

= 156 943,95 kg

Tabel 29. neraca massa di clinker cooler

Input Output Keterangan Massa (kg) Keterangan Massa


T 58

Produk Hilang Umpan masuk cooler

156 975,35 Udara tersier 168 433,48

Udara pendingin

281 462,4 Udara sekunder

78 578,34

Debu terbuang

31,4

Udara panas menuju EP

34 450,58

Material menuju cement mill

156 943,95

Jumlah 438 437,75 Jumlah 156 943,95 281 493,8Total bahan masuk

438 437,75 Total bahan keluar

438 437,75


Perhitungan Neraca Massa

Documents

Transcript of Perhitungan Neraca Massa