1. Menghitung Neraca Massa Pembakaran Batu BaraTabel 1.1 Data Komposisi Batu Bara Bituminous (Polandia)UnsurProsentase Massa

C82,8

H5,1

O10,1

N1,4

S0,6

Sumber : http://rahmanta13.wordpress.com/2014/06/17/gasifikasi-batubara/

Perhitungan :

F3F2M1 = 100 kg/jamCO2 H2O SO2 N2 O2 = 21% molN2 = 79% molC = 0,828H = 0,051O = 0,101N = 0,014S = 0,006Pembakaran

Neraca massa atomC: = yCO2,3 . F3 = yCO2,3 . F3 6,9 = yCO2,3 . F3

H: = 2 . yH2O,3 . F3 = 2 . yH2O,3 . F3 2,55 = yH2O,3 . F3

S: = ySO2,3 . F3 = ySO2,3 . F3 0,0186 = ySO2,3 . F3

N: + 2. . F2 = 2. yN2,3 . F3 + 0,79 F2 = 2. yN2,3 . F3 0,0929 + 0,79 F2 = 2. yN2,3 . F3

O: + 2. . F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3 + 2. ySO2,3 . F3 + 2(0,21). F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3 + 2. ySO2,3 . F3 0,6313 + 0,42 F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3 + 2. ySO2,3 . F3 0,6313 + 0,42 F2 = 13,8 + 2,55 + 0,0372 F2 = = 37,5140 kmol/ jam udara stoikiometri

Setelah ada O2 content

M1 = 100 kg/jamO2 = 21% molN2 = 79% molC = 0,828H = 0,051O = 0,101N = 0,014S = 0,006PembakaranF3F2

CO2 H2O SO2 N2O2

Neraca atomO: + 2. . F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3 + 2. ySO2,3 . F3 + 2. . F3 + 2(0,21). F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3 + 2. ySO2,3 . F3+2(0,01) F3 0,6313 + 0,42 F2 = 2. yCO2,3 . F3 + yH2O,3 . F3 + 2. ySO2,3 . F3 + 0,02 F3 0,6313 + 0,42 F2 = 13,8 + 2,55 + 0,0372 + 0,02 F3 0,42 F2 = 15,7559 + 0,02 F3 0,42 F2 0,02 F3 = 15,7559N: + 2. . F2 = 2. yN2,3 . F3 + 0,79 F2 = 2. yN2,3 . F3 0,0929 + 0,79 F2 = 2. yN2,3 . F3 0,0929 + 0,79 F2 = 2 ( 1 0,01 - yCO2,3 yH2O,3 - ySO2,3 ). F3 0,0929 + 0,79 F2 = 1,98 F3 2. yCO2,3. F3 - 2. yH2O,3. F3 - 2. YSO2,3. F3 0,0929 + 0,79 F2 = 1,98 F3 13,8 5,1 0,0372 0,79 F2 - 1,98 F3 = 18,8443Eliminasi :0,42 F2 0,02 F3 = 15,7559 x 1,98 0,8316 F2 0,0396 F3 = 31,19670,79 F2 - 1,98 F3 = 18,8443 x 0,02 0,0158 F2 0,0396 F3 = 0,3769 - 0,8158 F2 = 30,8198 F2= 37,7786 kmol/ jam udara nyataExcess airExcess air : = = 0,7054 %

Fuel Air Ratio (FAR) + + + + = + + + + = 0,1274 = BM = 7,8493Maka : M1 = = 12,74 mol/jam = = 0,3396 FAR stoikiometri

= = 0,3372 FAR aktual

Dari hasil perhitungan tersebut, maka didapat hasil sebagai berikut dengan O2 content yang divariasikan.

Tabel 1.2 Jumlah Excess Air dan Rasio Fuel-Air pada O2 dengan Content tertentuO2 Content (%)Excess Air (%)Fuel / Air (mol/mol)

10,70540,3372

21,45380,3347

32,24930,3321

43,09670,3294

54,00120,3265

64,96860,3235

76,00580,3204

87,12080,3170

98,32240,3135

109,62130,3098

Sehingga diperoleh grafik sebagai berikut :

Gambar 1.2 Grafik O2 content terhadap Excess Air dan Rasio Fuel-Air

2. Menghitung Neraca Massa Pembakaran Gas (LNG)Tabel 2.1 Data Komposisi LNG produksi PT Arun Komposisi% Mol

CH492,5

C2H65,3

C3H81,7

C4H100,35

C5H120,05

N20,1

Sumber : Karya Ilmiah Novriliza Penentuan Komposisi Hidrokarbon pada LNG yang Terdapatdalam Berth II dan Berth III dengan Menggunakan Kromatografi Gas

Perhitungan :

CH4 = 92,5%C2H6 = 5,3%C3H8 = 1,7%C4H10 = 0,35%C5H12 = 0,05%N2 = 0,1%F1 = 100 mol/sCO2 H2O N2 F3PembakaranO2 = 21% molN2 = 79% molF2

CH4 = 92,5%C2H6 = 5,3%C3H8 = 1,7%C4H10 = 0,35%C5H12 = 0,05%N2 = 0,1%

Reaksi :1. CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O2. C2H6 + 7/2 O2 2CO2 + 3H2O3. C3H8 + 5O2 3C O2 + 4H2O4. C4H10 + 13/2 O2 4CO2 + 5H2O5. C5H12 + 13/2 O2 4CO2 + 5H2O

C4H10: yC4H10,1 . F1 r4 = 0 0,35 r4 =0 r4 = 0,35C5H12: y C5H12,1 . F1 r5 = 00,05 r5 = 0r5 = 0,05Neraca massa komponen :

CH4: yCH4,1 . F1 r1 = 0 92,5 r =0 r1 = 92,5C2H6: y C2H6,1 . F1 r2 = 05,3 r2 = 0r2 = 5,3C3H8: y C3H8,1 . F1 r3 = 01,7 r3 = 0r3 = 5,3

CO2: (r1) + 2(r2) + 3(r3) + 4( r4) + 5(r5) = yCO2,3.F3(92,5) + 2(5,3) + 3(1,7) + 4(0,35) + 5(0,05) = yCO2,3.F3109,85 = yCO2,3.F3

H2O: 2(r1) + 3(r2) + 4(r3) + 5( r4) + 6(r5) = y H2O,3.F32(92,5) + 3(5,3) + 4(1,7) + 5(0,35) + 6(0,05)= y H2O,3.F3209,75 = y H2O,3.F3

N2: yN2,1.F1 + yN2,2.F2 = yN2,3.F3 0,1 + 0,79 F2 = yN2,3.F3

O2: yO2,2.F2 - 2(r1) + 3,5(r2) + 5(r3) + 6,5( r4) + 8(r5) = 0 0,21 F2 - 2(92,5) + 3,5(5,3) + 5(1,7) + 6,5( 0,35) + 8(0,05) = 0F2 = = 1022, 5 mol/s udara stoikiometri

109,85 = yCO2,3.F3209,75 = y H2O,3.F30,1 + 0,79 F2 = yN2,3.F3 +319,7 + 0,79 F2 = F3 F3=1127,475 mol/s

CH4 = 92,5%C2H6 = 5,3%C3H8 = 1,7%C4H10 = 0,35%C5H12 = 0,05%N2 = 0,1%F3F1 = 100 mol/sCO2 H2O N2 O2 O2 = 21% molN2 = 79% molPembakaranF2Setelah ada O2 content

O2: yO2,2.F2 - 2(r1) + 3,5(r2) + 5(r3) + 6,5( r4) + 8(r5) = yO2,3.F3 0,21 F2 - 2(92,5) + 3,5(5,3) + 5(1,7) + 6,5( 0,35) + 8(0,05) = 0,01(F2 + 100) 0,21 F2 214,725 = 0,01 F2 + 1 0,2 F2 = 215,725F2 = = 1078, 625 mol/s udara nyata

Excess airExcess air : = x 100% = 5,4890 %

Fuel Air Ratio = = 0,0978 FAR stoikiometri = = 0,0927 FAR aktual

Dari hasil perhitungan tersebut, maka didapat hasil sebagai berikut dengan O2 content yang divariasikan.Tabel 2.2 Jumlah Excess Air dan Rasio Fuel-Air pada O2 dengan Content tertentuO2 Content (%)Excess Air (%)Fuel / Air (mol/mol)

1 5,48900,0927

211,55580,0877

318,29670,0827

425,83060,0777

534,30620,0728

643,91200,0680

754,89000,0631

867,55690,0584

982,33500,0536

1099,80000,0489

Sehingga diperoleh grafik sebagai berikut :

Gambar 2.2 Grafik O2 content terhadap Excess Air dan Rasio Fuel-Air

PembahasanNilai udara stoikiometri mendefinisikan suatu proses pembakaran yang sempurna dengan efisiensi 100%, sehingga tidak ada lagi udara yang terbuang. Pada kenyataannya untuk mencapai pembakaran yang sempurna, harus disediakan udara yang jauh lebih besar daripada kebutuhan stoikiometri. Udara perlu diberikan berlebih untuk memastikan terbakarnya seluruh bahan bakar secara sempurna. Kebutuhan udara berlebih tersebut disebut dengan excess air. Biasanya excess air disetting maksimum sebanyak 5% dari fuel (Apriyahanda,2014).Berdasarkan hasil perhitungan neraca massa pembakaran batubara, untuk O2 content 1-6 % pada laju alir fuel 100 kmol/jam , nilai excess air masih dalam keadaan normal (dibawah nilai maksimum). Sedangkan jika O2 content 7-10%, nilai excess air sudah melebihi batas nilai maksimum. Sedangkan pada perhitugan neraca massa pembakaran gas untuk laju alir fuel 100 mol/s, nilai excess air untuk O2 content 1-10% melebihi batas maksimum. Jika excess air melebihi batas maksimum, artinya terlalu banyak udara di dalam sistem. Akan tetapi penetapan batas maksimum excess air tergantung dari beberapa factor, salah satunya kondisi atau kapasitas dari bejana yang digunakan untuk pembakaran tersebut.Fuel Air Ratio (FAR) merupakan perbandingan antara bahan bakar dengan udara pada Sistem yang diukur di keluaran system. Jika nilai FAR actual lebih besar dari nilai FAR stoikiometri, artinya terdapat udara yang jumlahnya lebih banyak daripada yang dibutuhkan sistem dalam proses pembakaran. Sedangkan jika nilai FAR actual lebih kecil dari nilai FAR stoikiometri, maka udara yang terdapat dalam system tidak mencukupi untuk terjadinya reaksi pembakaran sempurna.Berdasarkan hasil perhitungan FAR untuk batubara, dengan laju alir fuel 100 kmol/jam dan O2 content 1-10% nilai FAR actual lebih kecil daripada FAR stoikiometri akan tetapi perbedaannya sangat kecil. Hal ini berarti jumlah udara dalam system tidak terlalu jauh dari jumlah udara yang dibutuhkan system. Sedangkan pada perhitungan FAR untuk LNG dengan laju alir 100 mol/s, jika diinginkan O2 content 2-10% nilai FAR actual jauh lebih besar daripada nilai FAR stoikiometri. Hal ini berarti udara yang terdapat dalam system jauh lebih banyak daripada yang dibutuhkan oleh system. Begitupun jika O2 content yang diinginkan 1%, nilai FAR actual lebih kecil dari FAR stoikiometri dengan perbedaan yang cukup jauh. Hal ini berarti udara yang terdapat dalam system belum mencukupi kebutuhan system.

Kesimpulan :Dari pembahasan dapat disimpulkan :1. Pada pembakaran batubara dengan laju alir 100 kmol/ jam, dengan O2 content yang diinginkan 1-10% sudah cukup efisien.2. Pada pembakaran LNG, pembakaran akan efisien jika O2 content berkisai 1-2%.

1