lampiran b eva_revienw

10
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 (25 o C) Tekanan referensi : 1 atm Proses : unsteady state Kapasitas bahan baku (kg/jam) : 100.000 ton 1 tahun × 1 tahun 330 hari × 1000 kg 1 ton × 1 hari 24 jam = 12626 kg/jam Notasi singkatan: Q : Jumlah energi dalam bahan (KJ/jam) _______________________________________________________ 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%

Upload: faris-junaidi

Post on 05-Feb-2016

42 views

Category:

Documents


11 download

DESCRIPTION

lampiran neraca energi prarancangan pabrik teknik kimia

TRANSCRIPT

Page 1: LAMPIRAN B Eva_revienw

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%

Page 2: LAMPIRAN B Eva_revienw

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

Page 3: LAMPIRAN B Eva_revienw

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

Page 4: LAMPIRAN B Eva_revienw

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

Page 5: LAMPIRAN B Eva_revienw

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

Page 6: LAMPIRAN B Eva_revienw

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

Page 7: LAMPIRAN B Eva_revienw

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

Page 8: LAMPIRAN B Eva_revienw

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