studi kinerja zona pembakaran

13
STUDI KINERJA ZONA PEMBAKARAN SECONDARY REFORMER PABRIK AMONIAK PUSRI II DENGAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD) HALAMAN JUDUL Ringkasan Tesis untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-2 Program Studi Teknik Kimia Kelompok Bidang Ilmu-ilmu Teknik Diajukan oleh ALFA WIDYAWAN 10 / 306086 / PTK / 06865 Kepada PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2012

Upload: danian-primasatrya

Post on 08-Nov-2015

23 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

Free

TRANSCRIPT

  • STUDI KINERJA ZONA PEMBAKARAN

    SECONDARY REFORMER PABRIK AMONIAK PUSRI II

    DENGAN COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS (CFD)

    HALAMAN JUDUL

    Ringkasan Tesis

    untuk memenuhi sebagian persyaratan

    mencapai derajat Sarjana S-2

    Program Studi Teknik Kimia

    Kelompok Bidang Ilmu-ilmu Teknik

    Diajukan oleh

    ALFA WIDYAWAN

    10 / 306086 / PTK / 06865

    Kepada

    PROGRAM PASCASARJANA

    UNIVERSITAS GADJAH MADA

    YOGYAKARTA

    2012

  • Ringkasan Tesis

    STUDI KINERJA ZONA PEMBAKARAN

    SECOI\IDARY REFORMERPABRIK AMOITIAK PUSRI II

    DENGAI\I COMPUTATIONAL FLTJID DYNAMICS (CTD)

    Diajukan olehAlfaWidyawan

    l0/306086/PTM865

    Telah disetujui oleh:Pembimbing Utama

    r*ggur.A. f-.....&-p.ro, .

    9o hI6,/ 9*otz-Tanggal.

    ( &.+/Muslikhin Hidayat, ST., MT., PhD

    Pembimbing Pendamping

    Indra Perdana, ST., MT., PhD

  • iii

    DAFTAR ISI

    HALAMAN JUDUL ................................................................................................................................. i

    HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................................................. ii

    DAFTAR ISI ........................................................................................................................................... iii

    I. PENDAHULUAN ....................................................................................................................... 1

    II. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................................. 1

    II.1. Secondary Reformer ................................................................................................................. 1

    II.2. Computational Fluid Dynamics ............................................................................................... 1

    II.3. Mixing ...................................................................................................................................... 2

    II.4. Model Matematis...................................................................................................................... 2

    III. METODOLOGI PENELITIAN .................................................................................................. 3

    III.1. Data Simulasi .............................................................................................................................. 3

    III.2. Kondisi Batas dan Variabel Simulasi .......................................................................................... 4

    III.3. Pemilihan, Validasi Model dan Cara Penelitian .......................................................................... 4

    IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................................................... 4

    IV.1. Gambaran Umum Hasil Simulasi ................................................................................................ 5

    IV.2. Pengaruh Perubahan Laju Alir Umpan ........................................................................................ 6

    IV.3. Pengaruh Perubahan Suhu Udara Umpan ................................................................................... 7

    IV.4. Pengaruh Perubahan Jarak Burner terhadap Outlet Zona Pembakaran ....................................... 8

    IV.5. Pengaruh Perubahan Sudut Burner Distribusi Fluida di Outlet Zona Pembakaran ..................... 9

    V. KESIMPULAN ......................................................................................................................... 10

    DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................................ 10

  • 1

    I. PENDAHULUAN

    PT. Pupuk Sriwidjaja Palembang (PT. Pusri) merupakan salah satu perusahaan yang

    bergerak di industri petrokimia yang memproduksi amoniak dan pupuk urea. Permasalahan

    terjadi di salah satu plant, yaitu pabrik Amoniak P-II dimana dalam waktu satu bulan setelah

    Turn Around tahun 2010, konsentrasi metana keluar secondary reformer menunjukkan

    peningkatan, padahal baru dilakukan penggantian katalis di secondary reformer tersebut.

    Kondisi internal secondary reformer terakhir diperiksa saat Turn Around Pabrik P-II

    bulan Juni 2012. Hexagonal bricks yang terpasang sebagai pelindung panas di inlet zona

    katalis ditemukan dalam kondisi pecah di sisi tengah dan katalis dalam keadaan menggumpal.

    Maka perlu dilakukan studi tentang distribusi aliran fluida di zona pembakaran secondary

    reformer pabrik Amoniak P-II. Asumsi yang digunakan dalam penelitian ini adalah burner

    dalam kondisi baik. Untuk keperluan itu, pada penelitian ini digunakan software simulator

    CFD, yaitu ANSYS 13.0 (Fluent).

    Tujuan penelitian ini adalah menghitung distribusi kecepatan, suhu dan konsentrasi fluida di

    zona pembakaran secondary reformer pabrik Amoniak P-II dengan menggunakan software

    simulator ANSYS 13.0 (Fluent), mempelajari pengaruh perubahan laju alir umpan dan

    temperatur udara umpan terhadap distribusi konsentrasi metana dan oksigen di outlet zona

    pembakaran. Tujuan lainnya adalah melakukan simulasi geometri berupa perubahan jarak

    burner dan sudut burner untuk mendapatkan distribusi konsentrasi spesies yang lebih merata

    di outlet zona pembakaran secondary reformer.

    II. TINJAUAN PUSTAKA

    II.1. Secondary Reformer

    Secondary reformer terdiri atas dua zona utama, yaitu zona pembakaran dan zona

    reforming. Pada zona pembakaran, fuel yang berasal dari keluaran primary reformer

    mengalami reaksi dengan udara proses. Panas reaksi yang timbul dari reaksi dalam zona

    pembakaran digunakan untuk memenuhi kebutuhan panas pada reaksi yang terjadi di zona

    reforming, dimana terjadi reaksi antara metana dan uap air membentuk hidrogen dengan

    bantuan katalis Ni. Kadar metana yang tersisa dari gas yang keluar dari secondary reformer

    diharapkan maksimal 0,3 % mol (PT. Pusri, 1973).

    II.2. Computational Fluid Dynamics

    Penyelesaian permasalahan aliran fluida dengan menggunakan CFD meliputi beberapa

    tahapan, pre processing (meliputi pembutan geometri dan mesh), processing (penyelesaian

  • 2

    numeris) dan post processing (analisis hasil). Persamaan yang diselesaikan dalam CFD

    merupakan persamaan kontinuitas, momentum dan energi.

    Salah satu unsur penting dalam penyelesaian persamaan dalam CFD adalah model

    turbulensi. Turbulensi dimodelkan menjadi beberapa tingkat pemodelan, yaitu zero equation

    model, one equation model, two equations model, Reynolds Stress Model, Large Eddy

    Simulation dan Direct Numerical Solution (Andersson et al, 2012).

    II.3. Mixing

    Proses reaksi yang berupa pembakaran khususnya gas combustion biasanya berlangsung

    dengan sangat cepat (very fast reaction) sehingga proses pencampuran (mixing) antara reaktan

    yang satu dengan reaktan yang lain menjadi penting.

    Mixing dapat ditinjau berdasarkan skala makro dan mikro. Macromixing adalah proses

    mixing dalam skala ukuran terbesar dalam suatu sistem. Sedangkan micromixing merupakan

    proses mixing dalam skala terkecil. Tools penting yang dipakai berupa probability density

    function (PDF) dari mixture fraction () yang melibatkan dua aliran, dimana bernilai satu

    untuk aliran yang satu dan bernilai nol untuk aliran yang lain.

    Mean mixture fraction, merepresentasikan macromixing. Sedangkan mixture fraction

    variance, merepresentasikan micromixing. Variance dapat dipahami sebagai intensitas

    fluktuasi dari mean mixture fraction. Variance yang besar mengindikasikan fluktuasi yang

    besar. Nilai variance menunjukkan homogenitas pencampuran antara dua fluida. Nilai

    variance yang rendah menunjukkan campuran yang semakin homogen.

    Presumed Beta-PDF banyak digunakan untuk aliran homogen dan bahkan non homogen.

    Keuntungan menggunakan Beta-PDF ini adalah karena fungsi yang digunakan untuk

    mendapatkan PDF hanyalah mean mixture fraction dan variance. Namun Beta-PDF ini akurat

    hanya ketika ada dua aliran umpan. Dalam aplikasinya, Beta-PDF banyak digunakan dalam

    kasus non premixed combustion.

    II.4. Model Matematis

    Fluida diasumsikan mengalir dalam koordinat rectangular (dua dimensi), merupakan

    fluida Newtonian dan kondisi steady state. Reaksi terjadi pada satu fasa (gas). Model

    reactive-mixing yang dilakukan dalam penelitian ini melibatkan pencampuran antara gas

    dengan udara dimana gas dan udara masuk ke dalam zona reaksi pada aliran yang berbeda.

    Model ini disebut dengan non-premixed combustion yang melibatkan penyelesaian persamaan

    transport untuk mixture fraction ( ). Dalam reaksi pembakaran yang merupakan reaksi sangat

    cepat, reaction source dieliminasi.

  • 3

    Persamaan kontinuitas yang digunakan yaitu Favre mean mixture fraction adalah (Fluent,

    2010) :

    (1)

    Persamaan yang melibatkan variance dijabarkan sebagai berikut:

    (2)

    dengan Cg, dan Cd adalah konstanta.

    Persamaan momentum dan energi yang digunakan pada simulasi ini masing-masing

    dinyatakan dalam persamaan (3) dan persamaan (4).

    (Bird et al, 2002) (3)

    (4)

    Model turbulensi yang akan digunakan adalah model realizable k-epsilon dengan

    pertimbangan keakuratan hasil yang cukup baik dan daya komputasi yang tidak terlalu tinggi

    dengan persamaan sebagai berikut :

    (5)

    dan

    (6)

    III. METODOLOGI PENELITIAN

    III.1. Data Simulasi

    Data aktual diperoleh dari data pencatatan kondisi operasi di logsheet pabrik dan hasil

    analisa laboratorium pabrik Amoniak P-II. Asumsi yang digunakan dalam penelitian ini

    adalah bagian dalam burner dalam kondisi baik, kondisi steady state,komposisi dan suhu gas

    keluaran primary reformer menuju secondary reformer tetap dan geometri 2 dimensi

    axisymmetric.

    Data yang digunakan adalah sebagai berikut :

    Gas proses dengan komposisi CH4 8,66 % , H2 40,09 %, CO2 9,30 %, CO 0,97 % dan H2O

    40,99 % mol dan temperatur 785 oC, tekanan 28,5 kg/cm

    2g serta laju alir 74560 kg/jam.

    Komposisi udara proses yaitu O2 14,06 %, N2 52,88 % dan H2O 33,06 % mol dan temperatur

    480 oC, tekanan 28,95 kg/cm

    2g serta laju alir 42228 kg/jam.

  • 4

    III.2. Kondisi Batas dan Variabel Simulasi

    Kondisi batas untuk masing-masing zona dalam geometri zona pembakaran adalah sebagai

    berikut :

    Tabel 1. Kondisi Batas Zona Pembakaran Secondary Reformer

    Boundary Mass Balance Heat Balance Momentum balance

    1: air inlet 9/8 flowrate = 0,245 kg/s, = 0 T = 753,15 K Tipe : mass flow inlet

    2 : air inlet 9/8_1 flowrate = 0,245 kg/s, = 0 T = 753,15 K Tipe : mass flow inlet

    3: air inlet 7/8 flowrate = 0,126 kg/s, = 0 T = 753,15 K Tipe : mass flow inlet

    4 : outlet (1-40) = 0 T = 1300 K Tipe : pressure outlet

    5 : gas inlet flowrate : 2,071 kg/s, = 1 T = 1062,15 K Tipe : mass flow inlet

    6 : symmetry - - -

    Bidang lain (Wall) - Heat flux : 0 W/m2 Tipe : stationary wall

    Keterangan :

    Posisi outlet 1 menunjukkan sisi tengah outlet zona pembakaran

    Posisi outlet 40 menunjukkan sisi tepi outlet zona pembakaran

    Asumsi :

    Tidak ada radiasi

    Variasi suhu udara umpan yang dilakukan adalah pada suhu 440, 460, 480 dan 500 oC.

    Sedangkan variasi perubahan laju alir gas yaitu 62.300, 66.000, 71.000 dan 75.000 kg/jam.

    Variasi lain yang dilakukan adalah perubahan geometri berupa perubahan jarak burner dengan

    sisi outlet zona pembakaran secondary reformer dan sudut burner.

    III.3. Pemilihan, Validasi Model dan Cara Penelitian

    Model yang digunakan dalam penelitian ini meliputi model turbulensi, yaitu realizable k-

    epsilon dan model species transport berupa non premix combustion. Penyelesaian numeris

    yang dipilih adalah penyelesaian numeris orde dua (2nd

    order upwind scheme). Kriteria

    konvergensi residual untuk setiap persamaan yang terlibat dalam perhitungan di ANSYS 13.0

    (Fluent) sebesar 1 x 103

    , kecuali untuk persamaan energi sebesar 1 x 106

    .

    Verifikasi data dilakukan dengan membandingkan hasil perhitungan pada berbagai

    jumlah mesh, hingga didapat mesh independency dimana perubahan mesh tidak

    mempengaruhi hasil simulasi.

    IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

    Penelitian ini secara umum mempelajari profil kecepatan, suhu dan konsentrasi fluida di

    zona pembakaran secondary reformer pabrik Amoniak P-II dengan menggunakan software

    ANSYS 13.0 (Fluent). Keakuratan perhitungan dapat dilihat dari konvergensi neraca massa

    total dengan selisih massa inlet dan outlet sebesar 4,315 x 107

    , yang menunjukkan bahwa

    perhitungan yang dilakukan sudah baik. Mesh independency diperoleh pada mesh yang

    berjumlah 21535 sel.

    (a) (b)

  • 5

    IV.1. Gambaran Umum Hasil Simulasi

    Dari hasil simulasi dengan menggunakan data kondisi operasi dan data laboratorium

    secondary reformer pabrik Amoniak P-II pada bulan Juli 2011, maka didapatkan profil

    kecepatan, suhu, fraksi mol metana dan fraksi mol oksigen.

    Gas dan udara dari sisi inlet mengalir ke dalam zona pembakaran. Dari Gambar 1(a)

    terlihat bahwa terjadi kontak pertama terjadi antara gas dan udara dari inlet bagian tengah dan

    luar. Kontak yang terjadi menyebabkan mixing antara gas dan udara, sehingga mulai terjadi

    reaksi antara metana dan oksigen. Hal ini ditandai dengan naiknya suhu seperti ditunjukkan

    pada Gambar 1(b). Konsentrasi metana (Gambar 1e) dan konsentrasi oksigen (Gambar 1f)

    mulai berkurang.

    Kecepatan linear fluida semakin menurun mendekati outlet zona pembakaran. Turunnya

    kecepatan menyebabkan waktu kontak antara gas dan udara menjadi semakin lama sehingga

    reaksi berjalan lebih sempurna dimana konsentrasi oksigen semakin menurun dan habis

    Reaksi yang terjadi menghasilkan panas reaksi sehingga terjadi kenaikan suhu hingga

    mencapai 1875 K seperti ditunjukkan pada Gambar 1(b).

    Gambar 1. Kontur hasil simulasi di zona pembakaran secondary reformer (a) kecepatan fluida

    (b) temperatur (c) mean mixture fraction (d) mixture fraction variance (e) fraksi mol CH4

    (f) fraksi mol O2

    Kontur mean mixture fraction dapat dilihat pada Gambar 1(c). Proses mixing terjadi pada

    zona yang berwarna kuning dan hijau. Nilai variance antara gas dan udara paling besar

    terdapat pada zona berwarna merah seperti tampak pada Gambar 1(d). Hal ini menunjukkan

    pada zona ini belum terjadi proses mixing yang baik. Mixing semakin baik terjadi pada zona

    d

    b

    e

    b h

    b

    j

    (c)

    a b c

    d e f

  • 6

    berwarna kuning dan hijau seperti ditunjukkan pada Gambar 1(d). Semakin kecil nilai

    variance, maka campuran gas makin homogen.

    Berdasarkan simulasi di zona pembakaran secondary reformer dengan mengasumsikan

    burner dalam kondisi baik, terlihat ada suhu maksimum di sisi tengah zona pembakaran. Suhu

    maksimum hasil simulasi mencapai 1875 K atau 1602 oC. Pemeriksaan saat Turn Around

    Pusri II bulan Juni 2012 menunjukkan adanya hotspot di sisi tengah outlet zona pembakaran

    dan sesuai dengan hasil simulasi walaupun dari sisi besaran nilai suhu dapat dimungkinkan

    terjadinya perbedaan. Dari data spesifikasi teknis vendor penyedia hexagonal bricks untuk

    secondary reformer, tercatat kemampuan maksimal hexagonal bricks untuk menahan panas

    sebesar 1800 oC.

    Dari hasil simulasi dapat disimpulkan bahwa distribusi kecepatan, suhu dan konsentrasi

    fluida di zona pembakaran dengan mengasumsikan burner dalam kondisi baik tidak

    menyebabkan terjadinya kerusakan hexagonal brick dan katalis di sisi tengah outlet zona

    pembakaran. Namun ada kemungkinan kualitas material hexagonal brick kurang baik

    sehingga temperatur fluida walaupun masih di bawah kemampuan teknis hexagonal brick

    menahan panas dapat menyebabkan terjadinya kerusakan hexagonal brick dan katalis di sisi

    tengah outlet zona pembakaran.

    IV.2. Pengaruh Perubahan Laju Alir Umpan

    Hasil simulasi perubahan laju alir umpan di zona pembakaran secondary reformer dengan

    variasi laju alir gas yaitu 62.300, 66.000, 71.000 dan 75.000 kg/jam. dapat dilihat pada

    Gambar 2.

    Gambar 2. Grafik fraksi mol metana di outlet zona pembakaran secondary reformer dengan

    variasi laju alir gas

  • 7

    Gambar 2 menunjukkan bahwa fraksi mol metana secara keseluruhan mengalami

    penurunan pada tiap sisi outlet zona pembakaran untuk tiap variasi laju alir fluida. Semakin

    tinggi laju alir fluida, maka konsentrasi metana akan makin rendah. Fraksi mol metana paling

    kecil pada laju alir 75.000 kg/jam dengan rata-rata sebesar 1,733 x 102

    . Fraksi mol metana

    paling besar pada laju alir 62.300 kg/jam dengan rata-rata sebesar 1,777 x 102

    .

    Pengaruh laju alir umpan terhadap fraksi mol oksigen dapat dilihat pada Gambar 3.

    Gambar 3 menunjukkan bahwa secara umum nilai fraksi mol oksigen pada outlet zona

    pembakaran sangat kecil atau oksigen habis bereaksi di zona pembakaran. Fraksi mol oksigen

    secara keseluruhan mengalami penurunan di tiap outlet zona pembakaran untuk tiap variasi

    laju alir. Makin tinggi laju alir fluida, maka fraksi mol oksigen makin menurun. Fraksi

    oksigen paling kecil pada laju alir 75.000 kg/jam dengan rata-rata sebesar 2,792 x 105

    . Fraksi

    mol oksigen paling besar pada laju alir 62.300 kg/jam dengan rata-rata sebesar 5,004 x 105

    .

    Gambar 3. Grafik fraksi mol oksigen di outlet zona pembakaran secondary reformer dengan variasi

    laju alir umpan (a) posisi outlet 1 20 (b) posisi outlet 21 40

    Dari Gambar 2 dan 3 tampak bahwa semakin tinggi laju alir umpan, maka konsentrasi

    metana dan oksigen di outlet zona pembakaran semakin rendah. Hal ini disebabkan karena

    kenaikan laju alir umpan menyebabkan turbulensi di zona pembakaran semakin besar

    sehingga proses mixing antar partikel dan proses terjadinya reaksi antara metana dan oksigen

    menjadi semakin baik.

    IV.3. Pengaruh Perubahan Suhu Udara Umpan

    Suhu udara umpan divariasikan pada suhu 440, 460, 480 dan 500 oC. Hasil simulasi

    fraksi mol metana dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4 menunjukkan bahwa fraksi mol

    metana pada setiap posisi outlet zona pembakaran mengalami penurunan untuk setiap variasi

    suhu udara umpan. Makin tinggi suhu udara umpan, maka fraksi mol metana akan makin

    menurun.Gambar 5 menunjukkan bahwa fraksi mol oksigen pada setiap posisi outlet zona

  • 8

    pembakaran mengalami penurunan untuk setiap variasi suhu udara umpan. Nilai fraksi

    oksigen secara umum sangat kecil sehingga bisa dianggap oksigen sudah habis bereaksi di

    zona pembakaran.

    Gambar 4. Grafik fraksi mol metana di outlet zona pembakaran secondary reformer dengan variasi

    temperatur udara umpan (a) posisi outlet 1 20 (b) posisi outlet 21 40

    Gambar 5. Grafik fraksi mol oksigen di outlet zona pembakaran secondary reformer dengan variasi

    temperatur udara umpan (a) posisi outlet 1 20 (b) posisi outlet 21 40

    Kenaikan suhu udara umpan akan menaikkan konstanta kecepatan reaksi sesuai dengan

    persamaan Arrhenius (Fogler, 1999). Kecepatan reaksi yang meningkat menyebabkan reaksi

    metana dengan oksigen menjadi lebih cepat sehingga konsentrasi metana dan oksigen pada

    outlet zona pembakaran lebih kecil seiring dengan kenaikan suhu udara umpan.

    IV.4. Pengaruh Perubahan Jarak Burner terhadap Outlet Zona Pembakaran

    Pada penelitian ini dipelajari pengaruh perubahan jarak burner terhadap outlet zona

    pembakaran. Jarak burner yang divariasikan adalah 1103, 1133, 1163 dan 1193 mm.

    Berdasarkan Gambar 6(a), semakin jauh jarak burner terhadap sisi outlet zona pembakaran

    maka distribusi laju alir fluida di sepanjang sisi outlet zona pembakaran makin merata.

    Penambahan jarak burner menyebabkan kecepatan fluida semakin menurun saat mendekati

    outlet zona pembakaran sehingga tumbukan fluida dengan hexagonal brick berkurang dan

    menyebabkan rentang laju alir lebih kecil dibandingkan dengan jarak burner yang lebih

    pendek. Rentang laju alir paling besar terjadi pada jarak burner terhadap sisi outlet zona

    pembakaran sebesar 1103 mm (kondisi desain yang digunakan saat ini) sebesar 2,076 x 102

  • 9

    kg/s. Rentang laju alir paling kecil terjadi pada jarak burner sebesar 1193 mm sebesar 1,963 x

    101

    kg/s.

    Gambar 6. Grafik rentang nilai di outlet zona pembakaran secondary reformer dengan berbagai

    variasi jarak burner (a) laju alir fluida (b) fraksi mol metana

    Pengaruh jarak burner terhadap distribusi fraksi mol metana di outlet zona pembakaran

    juga dipelajari. Grafik distribusi fraksi mol metana di sisi outlet zona pembakaran dapat

    dilihat pada Gambar 6(b). Pada jarak burner 1103 mm, rentang fraksi mol metana sebesar

    1,559 x 102

    . Pada jarak burner 1193 mm, rentang fraksi mol metana sebesar 1,303 x 102

    .

    Distribusi fraksi mol metana di sepanjang sisi outlet zona pembakaran semakin merata

    seiring dengan penambahan jarak burner.

    IV.5. Pengaruh Perubahan Sudut Burner Distribusi Fluida di Outlet Zona Pembakaran

    Pengaruh perubahan sudut burner terhadap distribusi laju alir fluida dan fraksi mol

    metana di outlet zona pembakaran dipelajari dalam penelitian ini. Variasi sudut burner yang

    dilakukan adalah 35, 40, 45 dan 50 derajat. Rentang laju alir fluida di outlet zona pembakaran

    secondary reformer paling kecil didapat pada burner dengan sudut 35o dengan nilai 1,564 x

    101

    kg/s, seperti terlihat pada Gambar 7(a). Rentang laju alir fluida di outlet zona

    pembakaran secondary reformer paling besar didapat pada burner dengan sudut 45o dengan

    nilai 2,078 x 101

    kg/s. Berdasarkan hasil simulasi, distribusi laju alir fluida yang seragam

    didapat pada burner dengan sudut 35o.

    Gambar 7. Grafik rentang nilai di outlet zona pembakaran secondary reformer

    dengan variasi sudut burner (a) laju alir fluida (b) fraksi mol metana

  • 10

    Berdasarkan Gambar 7(b), terlihat bahwa fraksi mol metana pada sudut burner 35o

    memiliki rentang distribusi paling besar, antara 0 sampai 2,298 x 102

    . Nilai fraksi mol

    metana nol terdapat pada posisi outlet 1-5. Hal ini menunjukkan bahwa metana habis bereaksi

    dan masih ada oksigen yang tidak habis bereaksi. Rentang nilai fraksi mol metana paling

    besar pada sudut 35o dengan nilai 1,559 x 10

    2 dan fraksi mol metana paling rendah didapat

    pada sudut burner 45o dengan nilai 2,298 x 10

    2. Hal ini menunjukkan distribusi fraksi mol

    metana paling seragam didapat pada simulasi dengan sudut burner 45o atau sesuai dengan

    desain burner yang digunakan saat ini.

    V. KESIMPULAN

    Simulasi CFD menggunakan model realizable k-epsilon menunjukkan bahwa dengan

    mengasumsikan burner dalam kondisi baik, maka tidak menyebabkan terjadinya hotspot yang

    menyebabkan kerusakan pada hexagonal brick dan katalis di outlet zona pembakaran

    secondary reformer pabrik Amoniak P-II

    Kenaikan laju alir umpan dan suhu udara umpan menyebabkan penurunan konsentrasi

    metana dan oksigen di outlet zona pembakaran secondary reformer. Dari simulasi terlihat

    bahwa penambahan jarak burner terhadap sisi outlet zona pembakaran menyebabkan

    distribusi laju alir fluida dan konsentrasi metana lebih merata di setiap sisi outlet. Sudut

    burner yang semakin kecil menyebabkan distribusi laju alir fluida semakin merata pada setiap

    sisi outlet zona pembakaran, namun rentang distribusi konsentrasi metana paling besar

    dibandingkan dengan sudut burner yang lebih besar.

    DAFTAR PUSTAKA

    Ansys, Inc.,2010, ANSYS FLUENT Theory Guide, Release 13.0, Canonsburg.

    Ansys, Inc.,2010, ANSYS FLUENT Users Guide, Release 13.0, Canonsburg.

    Andersson, B., Andersson, R., Hakansson, L., Mortensen, M., Sudiyo, R., dan van Wachem,

    B., 2012, Computational Fluid Dynamics for Engineers, 1st ed., Cambridge University Press, New York.

    Bird, R. B., Steward, W.E., dan Lightfoot,E.N., 2002, Transport Phenomena, 2nd ed., New York, John Wiley & Sons, Inc.

    Fogler, H.S., 1999, Elements od Chemical Reaction Engineering, 3rd ed., Prentice Hall PTR, New Jersey.

    PT. Pupuk Sriwidjaja, 1973, Final Job Specifications for Expansion of Urea Fasilities 660 MTPSD Ammonia Plant and Offsites, The M.W. Kellogg Company, Vol II.

    HALAMAN JUDULHALAMAN PENGESAHANDAFTAR ISIPENDAHULUANTINJAUAN PUSTAKASecondary ReformerComputational Fluid DynamicsMixingModel Matematis

    METODOLOGI PENELITIANData SimulasiKondisi Batas dan Variabel SimulasiPemilihan, Validasi Model dan Cara PenelitianHASIL DAN PEMBAHASANGambaran Umum Hasil SimulasiPengaruh Perubahan Laju Alir UmpanPengaruh Perubahan Suhu Udara UmpanPengaruh Perubahan Jarak Burner terhadap Outlet Zona PembakaranPengaruh Perubahan Sudut Burner Distribusi Fluida di Outlet Zona PembakaranKESIMPULANDAFTAR PUSTAKA