lampiran b eva_revienw
DESCRIPTION
lampiran neraca energi prarancangan pabrik teknik kimiaTRANSCRIPT
LAMPIRAN B – Perhitungan Neraca Energi_______________________________________________________
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Perhitungan neraca energi pada prarancangan pabrik metanol dari gas
alam seperti dibawah ini:
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Satuan : KJ/jam
Waktu operasi : 330 hari/tahun
Temperatur referensi : 298 K (25oC)
Tekanan referensi : 1 atm
Proses : unsteady state
Kapasitas bahan baku (kg/jam) :100.000 ton
1ta h un×
1ta hun330 h ari
×1000 kg
1 ton×
1 h ari24 jam
= 12626 kg/jam
Notasi singkatan:
Q : Jumlah energi dalam bahan (KJ/jam)
Cp : Kapasitas panas bahan (KJ/Kg. oK)
H : Enthalpi (KJ/kg)
_______________________________________________________
Pra rancangan Pabrik Bioetanol dari Pelepah Sawit dengan Kapasitas Produksi 30.500 ton/tahun
B-1
Kapasitas produksi : 100.000 ton/tahun
Masa aktif produksi : 330 hari/tahun
Bahan Baku : Gas Alam (Natural Gas)
Produk : Metanol 99%
1
0
T
T
B.1 Persamaan-persamaan yang digunakan
1. Entalpi (H)
(Perry, 1999)
Dimana : m :massa (kg)
To :Suhu referensi, 298oK (0oC)
T :Suhu operasi
Cp :Kapasitas panas (kkal/kg.oC)
H :Besar entalpi (kkal)
2. Panas laten
3. Perubahan panas
- Panas sistem tanpa proses reaksi kimia
- Panas sistem dengan adanya reaksi kimia
Dimana : ΔH f
o25o C
:Panas pembentukan pada suhu 0oC
ΔHP :Panas produk
ΔHR :Panas reaktan
Q = m . λ
∆H = Q= Qout Qin
∆H = Q = ΔH f
o25o C
ΔHP ΔHR
B-2
Tabel B.1 Data Cp Untuk Setiap Komponen
Komponen Cp (KJ/Kg.0K)
H2 0.02
CO 0.03
CO2 0.05
CH4 0.05
C2H4 0.09
C3H6 0.14
H2S 0.03
Hg 0.97
C4H10 0.16
C5H12 0.19C6H14 0.20H2O 0.04N2 0.03O2 0.05
B-3
B.2 Contoh Perhitungan Neraca Energi
B.2.1 Desulfurizer (R-101)
Fungsi: pengurangan unsur impurity H2S yang terdapat pada gas alam.
Gas alam Gas alam
Q1 Q2
Gambar B.1. Alur neraca energi pada Desulfurrizer (R-101)
Tin = 303 K
dTin = 5 K
Tout = 593 K
dTout = 295 K
Qin CH4 = M CH 4 × CpCH 4 × ∆ T
= 9406.4 Kg /Jam× 0.05KJKg
. K × 5 K
= 2351.5925 KJ/Jam
Dengan menggunakan persamaan untuk mencari Q pada aliran masuk dan keluar
maka didapat:
Neraca Energi Masuk Sistem
Q1 C2H6 = 302.07705 kJ/jam
Q1 C3H8 = 220.955 kJ/jam
Q1 C4H10 = 101.008 kJ/jam
Q1 C5H12 = 43.913228 kJ/jam
Q1 C6H14 = 29.999376 kJ/jam
Q1 CO2 = 426.1275 kJ/jam
Q1N2 = 9.4695 kJ/jam
Q1 Hg = dianggap 0 karena komponen trace
B-4
Q1 H2S = 0.78337 kJ/Jam
Q1 H2O= 7.8880935 kJ/jam
Neraca Energi Keluar Sistem
Q2 CH4= 138743.9575 kJ/jam
Q2 C2H6 = 17822.54595 kJ/jam
Q2 C3H8 = 13036.345 kJ/jam
Q2 C4H10 = 5959.472 kJ/jam
Q2 C5H12 = 2590.880452 kJ/jam
Q2 C6H14 = 1769.963184 kJ/jam
Q2 CO2 = 25141.5225 kJ/jam
Q2 N2 = 9.4695 kJ/jam
Q2 Hg = 0
Q2 H2S = 0
Q2 H2O= 465.3975165 kJ/jam
Tabel B.2 Rangkuman Neraca Energi Pada Desulfurizer.
Komposisi Masuk (KJ/jam) Keluar (KJ/jam) Q1 Q2
CH4 2351.5925 138743.9575
C2H6 302.07705 17822.54595
C3H8 220.955 13036.345
C4H10 101.008 5959.472
C5H12 43.913228 2590.880452
C6H14 29.999376 1769.963184
CO2 426.1275 25141.5225
N2 9.4695 558.7005
H2S 0.78337 0
Hg 0 0
H2O 7.8880935 465.3975165
Total 3493.813618 206088.7846
Terdapat defisit panas sebesar = 206088.7846 – 3493.813618 =
B-5
202594.971 KJ/Jam
B.2.2 Prereformer (R-102)
Fungsi: Memberi perlakuan awal terhadap gas agar memudahkan reaksi pada
Aautothermal Reformer dan sekaligus menghilangkan sisa-sisa komponen
trace H2S.
Q2 Gas alam Q4 Gas alam
Q3 H2O (g)
Gambar B.1. Alur neraca energi pada Prereformer (R-102).
Neraca Energi Total:
Q2 + Q3 = Q4
Tabel B.3 Rangkuman Neraca Energi pada Prereformer.
Komposisi Masuk (KJ/jam) Keluar (KJ/jam)
Q2 Q3 Q4
CH4 138743.9575 221990.332
C2H6 17822.54595 28516.07352
C3H8 13036.345 20858.152
C4H10 5959.472 9535.1552
C5H12 2590.880452 4145.408723
C6H14 1769.963184 2831.941094
CO2 25141.5225 40226.436
N2 558.7005 893.9208
H2S 0 0
Hg 0 0
H2O 465.3975165 744.6360264
Steam 94078.58065 127600.8335
Total 300167.3653 457342.8889
B-6
Terdapat defisit panas sebesar = 157175.5236 KJ/JamB.2.3 Autothermal Reformer (ATR-101)
Fungsi: Merubah metana menjadi karbon monoksida dan hidrogen dengan
steam dan katalis, dengan reaksi pembakaran:
CH4 + 1½O2 = CO + 2H2O
Reaksi pada catalytic zones:
CH4 + H2O = CO + 3H2
CO + H2O = CO2 + H2
(Aasberg-Petersen et. al, 2006)
Q5
CH4 O2
CO2
Q4 H2O Q6
H2
CO
CO2
Gambar B.3. Alur neraca energi pada Autithermal Reformer (ATR-101).
Tabel B.4 Rangkuman Neraca Energi pada Autothermal Reformer.
komposisi Masuk (KJ/jam) Keluar (KJ/jam) Q4 Q5 Q6
CH4 221990.332
CO2 40226.436 777868.6163
H2O 374840.3496 561008.2527
O2 599373.92
CO 391116.792
H2 68096.23983Total 1236431.038 1798089.901
Terdapat defisit panas sebesar = 561658.8632 KJ/Jam
B-7
B.2.4 Reaktor Metanol (R-103)
Fungsi: Mengkonversi komposisi umpan pada syngas untuk menjadi metanol.
Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
CO2 + 3 H2 CH3OH + H2O CO + 2 H2 CH3OH
CO2 + H2 CO + H2O (Aasberg-Petersen et. al, 2006)
Q6 Q7
Gambar B.4. Alur neraca energi pada Reaktor Metanol (R-103).
Neraca Energi Total:
Q6 = Q7
Tabel B.5 Rangkuman Neraca Energi Pada Reaktor Metanol.
komposisi Masuk (KJ/jam) Keluar (KJ/jam)Q6 Q7
CO2 777868.6163
H2O 561008.2527 126652.4438
CO 391116.792 81555.12
H2 68096.23983
CH3OH 429949.35
Total 1798089.901 638156.9138
Terdapat kelebihan panas sebesar = 1159932.987 KJ/Jam
B-8