lampiran perhitungan
DESCRIPTION
perhitunganTRANSCRIPT
Lampiran I
PERHITUNGAN NERACA MASSA, NERACA ENERGI DAN EFFISIENSI PADA
PRIMAY REFORMER
1. Menghitung Neraca Massa Pada Primary Reformer
Diketahui :
Data aktual Natural Gas pada Primary Reformer hasil laboratorium pusat PT. PUSRI
Tanggal 23 Agustus 2012.
Basis perhitungan 1 jam operasi
a. Komposisi Natural Gas
Komponen Hasil
Satuan 11 Juni 2012
CO2 4,50 %mol
CH4 83,17 %mol
C2H6 5,86 %mol
C3H8 3,40 %mol
i-C4H10 0,59 %mol
n-C4H10 0,73 %mol
i-C5H12 0,32 %mol
n-C5H12 0,16 %mol
C6H14 0,21 %mol
Specific Gravity 0,6984
Gross Heating Value 1104,7417 Btu/Cuft
b. Flowrate natural gas masuk Primary reformer
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 2
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
Flow natural gas untuk Primary Reformer berdasarkan data actual tanggal 23
Agustus 2012 adalah 24.912,93 m3/hour
Asumsi: Natural Gas masuk Primary Reformer merupakan gas ideal
Mol natural gas = volume : 22.4 liter / mol
= 24.912,93 m3/hr : 0.0224 m
3/mol
= 1112184,375 mol/hr
c. Komposisi Natural Gas masuk
Basis 1 mol Fuel
Komponen Komposisi
(%) BM Mol (kmol) Massa (kg/hr) volume (m
3/hr)
CO2 4,5 44 4,5 198 112108,2
CH4 83,17 16 83,17 1330,72 2072008
C2H6 5,86 30 5,86 175,8 145989,8
C3H8 3,4 44 3,4 149,6 84703,96
i-C4H10 0,59 58 0,59 34,22 14698,63
n-C4H10 0,73 58 0,73 42,34 18186,44
i-C5H12 0,32 72 0,32 23,04 7972,138
n-C5H12 0,16 72 0,16 13,76 3986,069
C6H14 0,21 86 0,21 18,07 5231,715
TOTAL 98,94 2045,55 2464885
Asumsi : semua Hidrokarbon bereaksi sempurna (dalam kmol/h)
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
83,17 166,34 83,17 166,34
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 3
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
C2H6 + 3,5 O2 2 CO2 + 3 H2O
5,86 29,3 11,72 17,58
C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O
3,4 8,5 10,2 13,6
iso-C4H10 + 6,5 O2 4 CO2 + 5 H2O
0,59 3,84 2,36 2,95
nC4H10 + 6,5 O2 4 CO2 + 5 H2O
0,73 4,75 2,93 3,65
Iso-C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O
0,32 2,56 1,6 1,92
nC5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O
0,16 1,28 0,8 0,96
C6H14 + 9,5 O2 6 CO2 + 7 H2O
0,21 1,995 1,26 1,47
O2Stoikiometri
=( 166,34 + 29,3 + 8,5 + 3,84 + 4,75 + 2,56 + 1,28 +1,995 ) kmol/hr
= 218,565 kmol/hr
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 4
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
d. Analisa Exhaust Primary Reformer (dry basis)
Data diambil dari Laboratorium PUSRI III untuk tanggal 23 Agustus 2012
CO2 = 6,0 % = 0,06
O2 = 8,06 % = 0,0806
CO = 0,01 % = 0,0001
CO2 hasil pembakaran = (83,17 + 11,72 + 10,2 + 2,36 + 2,93 + 1,6 + 0,8 + 1,26 )
= 114,04 kmol/ hr
Massa CO2 = mol x BM CO2
= 114,04 kmol/hr x 44.01 kg/mol
= 5018,9004 kg/hr
Mol CO2 dalam NG = 4,5 kmol/hr
Mol total CO2 pada Primary Reformer
= 114,04 kmol/hr + 4,5 kmol/hr
= 118,54 kmol/hr
Massa CO2 total = 118,54 kmol/hr 44,01 kg/kmol
= 5216,9454 kg/hr
Mol Exhaust Primary Reformer (dry basic)
Mol Flue Gas (dry basis) = mol CO2 total : % CO2 outlet ke Primary Reformer
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 5
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
= 5216,9454 kmol/hr : 0,06
= 85449,09 kmol/hr
Mol CO2 = 6,0 % x 85449,09 kmol/hr = 5126,9454 kmol/hr
Massa CO2 = 5126,9454 kmol/hr x 44.01 kg/kmol= 225636,8671 kg/hr
Mol O2 = 8,06 % x 85449,09 kmol/hr = 6887,196654 kmol/hr
Massa O2 = 6887,196654 kmol/hr x 32 kg/kmol= 220663,73 kg/hr
Mol CO = 0,01 % x 85449,09 kmol/hr = 8,544909 kmol/hr
Massa CO = 8,544909 kmol/hr x 28 kg/kmol = 239,257452 kg/hr
e. Massa Balance O2 dan N2 (udara)
Mol O2 Input = O2 Stoikiometri + O2 exhaust Primary Reformer
= 218,565 kmol/h + 13107,89041kmol/h
= 13326,45541 kmol/h
Massa O2 Input = 13326,45541 kmol/h x 32 kg/kmol
= 426446,5731 kg/h
Mol N2 Input = (79/21) x 13326,45541kmol/hr
= 50132,85607 kmol/hr
Massa N2 Input = 50132,85607 kmol/hr x 28 kg/kmol
= 1403719,97 kg/hr
Excess Udara = (100/21) x 13326,45541 kmol/hr
= 63459,31148 kmol/hr
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 6
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
f. H2O hasil pembakaran (yang terbentuk di Primary Reformer)
Mol H2O terbentuk = ( 166,34 + 17,58 + 13,6 + 2,95 + 3,65 + 1,92 + 0,96 + 1,47 )kmol/hr
= 208,47 kmol/hr
Massa H2O terbentuk = 208,47 kmol/hr x 18 kg/kmol
= 3752,46 kg/hr
Mass Balance pada Primary Reformer
Komposisi Input (Kg/hr) Output (Kg/hr)
CO2 198 -
CH4 1330,72 -
C2H6 175,8 -
C3H8 149,6 -
i-C4H10 34,22 -
n-C4H10 42,34 -
i-C5H12 23,04 -
n-C5H12 13,76 -
C6H14 18,07 -
Udara
O2 426446,5731 -
N2 1403719,97 -
flue gas
CO2 - 225636,8671
CO - 239,257452
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 7
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
O2 - 220663,73
H2O - 3752,46
N2 -
1403719,97
TOTAL 1832152,093 1832137,318
2. Menghitung Neraca Massa Tail Gas pada Primary Reformer
Diketahui :
Data aktual Tail Gas pada Primary Reformer hasil laboratorium pusat PT. PUSRI
Tanggal 23 Agustus 2012.
Komponen Komposisi
(%)
BM Mol(kmol) Massa(kg/hr)
Ar 6,57 39,95 6,57 262,4715
N2 61,27 28 61,27 1715,56
CH4 22,69 16 22,69 363,04
H2 9,47 2 9,47 18,94
Total 100 2360,0115
a. Reaksi aktual
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O
22,69 45,38 22,69 45,38
H2 + 0,5 O2
H2O
9,47 4,735 9,47
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 8
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
O2 reaksi = ( 45,32 + 4,735 ) kmol/hr
= 50,055 kmol/hr
Massa O2 reaksi = 50,055kmol/hr x 32kg/kmol = 1601,76 kg/hr
b. Analisa pembakaran pada Primary Reformer
Mol O2 udara = 21/79 x 50,055 kmol/hr = 13,30576kmol/hr
Massa O2 udara = 13,30576kmol/hr x 32 kg/kmol=425,784kg/hr
Massa O2 total = ( 1601,76 + 425,784 )kg/hr = 2027,544 kg/hr
Mol N2 udara = 79/21 x 13,30576kmol/hr = 50,055kmol/hr
Massa N2 udara= 50,055 kmol/hr x 28 kg/kmol = 1401,54kg/hr
Mol N2 bahan bakar = 61,27kmol/hr
Massa N2 bahan bakar = 61,27kmol/hr x 28kg/kmol = 1715,56kg/hr
Mol CO2 pembakaran = 0,2269 kmol/hr
Massa CO2 pembakaran = 0,2269kmol/hr x 28kg/kmol = 6,3532kg/hr
c. H2O hasil dari pembakaran di Primary Reformer
Mol H2O pembakaran =( 45,38 + 9,47 )kmol/hr = 54,85 kmol/hr
Massa H2O pembakaran = 54,85kmol/hr x 18kg/kmol= 987,3 kg/hr
Massa Balance pada Primary Reformer
Komponen Input (kg/hr) Outpu (kg/hr)
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 9
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
Ar 262,4715
N2 1715,56 1715,56
CH4 363,04
H2 18,94
Udara 2027,544
N2 1401,54
CO2 6,3532
H2O 987,3
Total 4387,555 4110,753
3. Menghitung Neraca Energi
Udara
Primary
Reformer
Natural Gas
Tail Gas
Gas Proses
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 10
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
INPUT
1.Menghitung Panas Natural Gas
Panas dari natural gas :
T1 = 250
C = 298 K ( temperatur referen)
T2 = 290,30C = 563,3 K ( temperature Natural gas)
Komposisi A B 10-2
C 10-5
D 10-9
kg
CO2 5,316 1,428 -0,8362 1,784 198
CH4 4,75 1,200 0,3030 -2,63 1330,72
C2H6 1,648 4,124 -1,530 1,74 175,8
C3H8 -0,966 7,279 -3,755 7,58 149,6
i-C4H10 -1,89 9,936 -5,495 11,192 34,22
n-C4H10 0,94 8,873 -4,380 8,36 42,34
i-C5H12 1,618 10,85 -5,365 10,1 23,04
n-C5H12 2,464 4,5351 -1,4111 -0,8587 13,76
C6H14 3,025 5,3722 -1,6791 -1,157 18,07
Cp = (A (T2 T1))+(1/2 B (T2 T1)2)+(1/3 C (T2 T1)
3)+(1/4 D (T2 T1)
4)
Satuan Cp diatas yaitu Kkal/kg K.
Maka didapatlah :
Tabel Kapasitas Panas Natural Gas
Komposisi Cp (Kkal/kg K)
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 11
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
CO2 1863,039057
CH4 1698,081966
C2H6 1795,457506
C3H8 2081,014381
i-C4H10 2668,002005
n-C4H10 3109,701519
i-C5H12 3926,167252
n-C5H12 2160,799057
C6H14 2588,934006
Sehingga dapat dihitung Q (panas) dari komposisi Natural Gas, dengan rumus :
Q = m. Cp. Dt
a. CO2
Q = m. Cp. dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (198 kg/hr) x (1863,039057 Kkal/kg)
= 368881,7333 Kkal/hr
b. CH4
Q = m. Cp. dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (1330,72 kg/hr) x (1698,081966 Kkal/kg)
= 2259671,634Kkal/hr
c. C2H6
Q = m. Cp. dT
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 12
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (175,8 kg/hr) x (1795,457506 Kkal/kg)
= 315641,4296 Kkal/hr
d. C3H8
Q = m. Cp. dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (149,6 kg/hr) x (2081,014381 Kkal/kg)
= 311319,7514 Kkal/hr
e. i-C4H10
Q = m. Cp. dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (34,22 kg/hr) x (2668,002005 Kkal/kg)
= 91299,02861 Kkal/hr
f. n-C4H10
Q = m. Cp. dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (42,34 kg/hr) x (3109,701519 Kkal/kg)
=131664,7623 Kkal/hr
g. i-C5H12
Q = m. Cp. dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (23,04 kg/hr) x (3926,167252 Kkal/kg)
= 90458,89349 Kkal/hr
h. n-C5H12
Q = m. Cp. dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (13,76 kg/hr) x (2160,799057 Kkal/kg)
= 29732,595Kkal/hr
i. C6H14
Q = m. Cp. dT
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 13
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= (18,07 kg/hr) x (2588,934006 Kkal/kg)
= 46782,0375 Kkal/hr
Tabel Q total Natural Gas
Komposisi Q (Kkal)
CO2 368881,7333
CH4 2259671,634
C2H6 315641,4296
C3H8 311319,7514
i-C4H10 91299,02861
n-C4H10 131664,7623
i-C5H12 90458,89349
n-C5H12 29732,595
C6H14 46782,0375
TOTAL 3645452
2. Menghitung Panas Sensibel Udara
T1 = 250
C = 298 K ( temperatur referen)
T2 = 28 0C = 301 K ( temperatur udara masuk )
komposisi kmol A B 10-3
C 10-6
O2 248,5461 6,117 3,167 -1,005
N2 935,0068 6,457 1,389 -0,069
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 14
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
Cp = A + ½ B (T1+T2) + 1/3 C (T22+T1.T2+T1
2) ( Hougen, 1943 )
Satuan Cp diatas yaitu Kkal/kmol K.
a. O2
Cp udara = 6,117 + ½ (3,167x10-3
)( 301+298) + ⅓(-1,005x10-6
) (3012+ (298x301)
+2982)
= 6,975366995 Kkal/ kmol K
b. N2
Cp udara = 6,457 + ½ (1,389x10-3
)( 301+298) + ⅓(-0,069x10-6
) (3012+ (298x301)
+2982)
= 6,866816131 Kkal/ kmol K
Maka didapatlah :
Tabel Kapasitas Panas Udara
Komposisi Cp (Kkal/kmol K)
O2 6,975366995
N2 6,866816131
Sehingga panas sensibel udara dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
Q = n. Cp. dT
a. O2
Q = n. Cp. dt
= 248,5461 kmol x 6,975366995 kkal/kmol K x (301-298)K
= 5201,100788 kkal
b. N2
Q = n. Cp. dt
= 935,0068 kmol x 6,866816131 kkal/kmol K x (301-298)K
= 19261,55933 kkal
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 15
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
Tabel Q total Udara
Komposisi Q (Kkal)
O2 5201,100788
N2 19261,55933
TOTAL 24462,66012
3. Menghitung Panas Pembakaran Tail Gas
Komponen Massa (kg/hr) Cp(Kkal/kg K)
Ar 262,4715 11,02736
N2 1715,56 7,057
CH4 363,04 7,370
H2 18,94 87,01
Sehingga panas pembakaran tail gas yaitu :
Q= n x Cp x dT
Ar
Q = n . Cp .dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= 262,4715kg/hr x 66127.595 Kkal/kg
= 17356609,05 Kkal
N2
Q = n . Cp .dT
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 16
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= 1715,56 kg/hr x 5601,199 Kkal/kg
= 9609192,956 Kkal
CH4
Q = n . Cp .dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
=363,04 kg/hr x 20080,271 Kkal/kg
=7289941,584 Kkal
H2
Q = n . Cp .dT
= m x ((aT) + (bT2
x 10-2
/2) - (cT3x10
-5/3) + (dT
4x10
-9/4))
= 18,94kg/hr x 828,964 Kkal/kg
=15700,578Kkal
Tabel Qtotal Tail Gas
Komponen Q (Kkal)
Ar 17356609,05
N2 9609192,956
CH4 7289941,584
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 17
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
H2 15700,578
Total 3487319
Total QInput
Komponen Q (Kkal) (%)
Q Natural Ga 3645452 14,19313214
Q Udara Inlet 24462,66012 0,199204768
Q Tail Gas 3487319 85,60766309
TOTAL 7157233,66 100
OUTPUT
1. Menghitung panas Gas Proses
T1 = 790,5 0C
T2 = 190,5 0C
Komponen Massa(kg/hr) Cp (Kkal/kg K)
Ar 0,3995 87,01
N2 19,32 7,475
CH4 168,64 14,511
H2 137,64 7,087
CO2 572 11,986
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 18
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
CO 194,32 7,568
Sehingga panas gas proses,yaitu :
Q = m . Cp . dT
Ar
Q = m . Cp . dT
= 0,3995Kg/hr x 87,01Kkal/kg K x 600 K
= 20856,297Kkal
N2
Q = m . Cp . dT
= 19,32Kg/hr x 7,475Kkal/kg K x 600 K
= 86650,2Kkal
CH4
Q = m . Cp . dT
= 168,64Kg/hr x 14,511Kkal/kg K x 600 K
= 1468281,024Kkal
H2
Q = m . Cp . dT
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 19
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
= 137,64Kg/hr x 7,087Kkal/kg K x 600 K
= 585272,808Kkal
CO2
Q = m . Cp . dT
= 572Kg/hr x 11,986Kkal/kg K x 600 K
= 4113595,2Kkal
CO
Q = m . Cp . dT
= 194,32Kg/hr x 7,568Kkal/kg K x 600 K
= 882368,256Kkal
Tabek Q total Gas Proses
Komponen Q(Kkal)
Ar 20856,297
N2 86650,2
CH4 1468281,024
H2 585272,808
CO2 4113595,2
CO 882368,256
Laporan Kerja Praktek
PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang L I - 20
Jurusan Teknik Kimia
Program Studi Teknik Energi
Total 7017023,488
QInput = QOutput , dimana QOutput = QGas Proses
QNatural Gas + QUdara + QTail Gas = QGas Proses
( 3645452 + 24462,66012 + 3487319 ) Kkal = 7017023,488 Kkal
7157233,66 Kkal = 7017023,488 Kkal
Efisiensi panas pembakaran pada Primary Reformer
η = 100%
= 100 %
= 98,04 %