teknologi pembakaran

Download Teknologi Pembakaran

Post on 16-Oct-2015

92 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

pembakaran

TRANSCRIPT

Slide 1

Teknologi Pembakaran

1Bahan BakarBahan Bakar Cair: Minyak Bumi (Bensin, Minyak Diesel, dll) Minyak Nabati (Minyak Jarak, sawit, dll) Bahan Bakar Alkohol (Etanol, Metanol, dll) Bahan Bakar Padat: Kayu, Batu Bara, Kokas, dllBahan Bakar Gas: Natural Gas (Gas dari tambang minyak bumi dan batu bara) Manufactured Gas (Diproduksi dari kayu, batubara, minyak bumi, dll)2Unsur Utama dalam Minyak Bumi: Carbon 80 - 89 % Hydrogen 12 - 14 % Nitrogen 0,3 1,0 % Sulphur 0,3 3,0 % Oxygen 2,0 - 3,0 %

hydrocarbonBahan Bakar33 kelompok minyak mentah berdasar kandungan hydrocarbon :

Parraffinic : memiliki hydrocarbon aliphatic lebih dari 75% Napthenic : memiliki hydrocarbon napthenic lebih dari 70% Asphaltic : memiliki hydrocarbon aromatic lebih dari 60%

Kelompok utama Hydrocarbon dalam petroleum :

Normal paraffin Iso-Parraffin Olefin Napthene alicyclic Aromatic

aliphaticBahan Bakar4 Normal Paraffin Cn H2n+2Methane : C H4Ethane : C2 H6Propane : C3 H8Butane : C4 H10Pentane : C5 H12

H C C C C C H H H H H H H H H H Hn - PentaneH C C C C H H Hn - Butane H H H H H H normal = Tidak ada cabang dalam rantai karbonnya. Senyawanya relatif stabil. Memiliki spesific gravity yg rendah. Senyawa yang memiliki berat molekul ringan (methane, ethane, propane, dan butane) berbentuk gas pada tekanan dan suhu ruang. Senyawa yang memiliki berat molekul sedang (memiliki 516 atom karbon ) berbentuk cair pada tekanan dan suhu ruang. Dan senyawa yang lebih berat berbentuk solid. Titik nyala spontan relative rendah

Hexane : C6 H14 Heptane : C7 H16 Octane : C8 H18 Nonane : C9 H20 Decane : C10 H22

Kelompok Hidro Karbon5 Iso - Paraffin Cn H2n+23 ethylhexane (iso-octane)2,2,4 trimethyl Pentane (iso-octane) Sifat fisik dari iso-paraffin menyerupai sifat-2 pada normal paraffin.H C C C C C H H H H C H H H HH H C H H HH C H H HH C C C C C C H H H HH C H H H H H H H H H H C H H6 Olefin Monolefin : Cn H2nDiolefin : Cn H2n-2Ethene : C2 H4Propene : C3 H6Butene : C4 H8Pentene : C5 H10

Monolefin, 1-octene Memiliki rantai karbon lurus dengan satu atau lebih ikatan atom dobelMemiliki sifat thermodinamika yang hampir sama dengan normal paraffin. Memiliki tekanan uap yang relative lebih tinggi, tetapi panas jenis dan nilai entalpinya relativ lebih rendah. Termasuk hidrokarbon active. Memiliki karakteristik pembakaran yang bagus karena mudah teroksidasi dan terpolimerisasi. C = C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H C = C C C C = C C H H H H H H H H H H H H HDiolefin, 1,5-heptadiene7 Naptene Cn H2nCyclo-hexaneHHCCCCCCHHHHHHHHHHn-propyl - cyclohexane C C C H H H H H H HHHCCCCCCHHHHHHHHH Tidak terdapat dalam minyak ringan (light oil), biasanya terdapat dalam minyak berat (heavy oil).. 8 Aromatic : Hydrocarbon yang memiliki sebuah cincin benzene dalam structur molekulnya.Benzenen-propyl - benzeneCCCCCCHHHHHH C C C H H H H H H HCCCCCCHHHHH Cincin Bezene memiliki 6 karbon dengan ikatan atom single dan dobel yang berselang-seling. Aromatic yang salah satu atom hydrogennya diganti dg senyawa normal alkyl (methyl, ethyl, dll) disebut dengan senyawa alkylbenzene. Aromatic memiliki sifat thermodinamika yang hampir sama dengan napthene. Memiliki karakteristik pembakaran yg bagus dalam gasoline engine. Tetapi karena kandungan karbon yg tinggi, aromatic cenderung berasap. Jumlah aromatic dibatasi dalam minyak diesel dan kerosene.9

Sifat Bahan Bakar Minyak10

Sifat Bahan Bakar Minyak11 Natural GasNatural gas dari tambang minyak bumiKomponen utama berupa Methane. Sedikit prosentase berupa ethane, propane, butane, carbondioxide, nitrogen, dan hydrogen sulphide.Komposisi natural gas setelah sulfur, air dan minyak dihilangkan :Methane : 68-96 %Ethane : 3-30 %The Gross Caloric value : 9000 11.000 kcal/m3 (15oC, 76 cm Hg)Natural gas dari tambang batu bara (fire damp)Komposisi utama :Methane : 93-99 %Ethane : 3 %Karbonmonoksida : lebih dari 4 %Nitrogen & inert gas : kurang dari 6%Gas biasanya keluar secara perlahan dari tambang batubara. Ditambang dg bantuan ventilasi utk menghindari ledakan

12Gas Manufaktur

Liquefied Petroleum Gas (LPG)Diproduksi dari gas butane dan propane yg diperoleh dari proses kilang minyak bumi.

Butane dicairkan pada Temperature 21.1oC (70oF) dan Tekanan 2.1 kg/cm2 (30psi) Butane cair komersial biasanya mengandung :- 80% un-saturated & saturated C4 hidrokarbon- kurang dari 20% C3 hidrokarbon- kurang dari 2% C5 hidrokarbon Nilai kalor untuk LP Gas Butane sekitar 28.500 kcal/m3

Propane dicairkan pada Temperature 21.1oC (70oF) dan Tekanan 8.8 kg/cm2 (125psi). Propane cair komersial biasanya mengandung :- Lebih dari 80% saturated & un-saturated C3 hidrokarbon- kurang dari 5% C2 hidrokarbon- kurang dari 10% C4 hidrokarbon Nilai kalor untuk LP Gas Propane sekitar 22.700 kcal/m3 13Refinery Oil GasDiperoleh dari proses kilang minyak bumi, berupa gas hidrokarbon ringan dg sedikit kandungan hidrogen dan karbon monoksida. Coal Gas (Town Gas)Diproduksi dg proses karbonisasi batubara (penguraian bahan bakar padat tanpa udara), biasanya pada temperature sekitar 950 s/d 1350 oC.

Coke Oven GasDiproduksi dg proses karbonisasi batubara, biasanya pada temperature sekitar 600 s/d 1000 oC.

Bio GasDibuat dg proses fermentasi kotoran hewan atau manusia. Fermentasi terjadi dalam udara bebas pada ruang tertutup. Komposisi Bio Gas pada umumnya :- 60% CH4 - 30% CO2- 10% H2Gas tidak berbau, pembakaran bersih, api biru dan tidak berasap.

Wood Gas, Peat Gas, Blue Water Gas, Carbureted Water Gas, dll14 Tingkatan Batu BaraPeat(Gambut)LignitSub BituminousAnthraciteTingkat pendahulu dari pembentukan batu bara. Kadang dianggap bukan batu bara. Warna coklat Kadar air 30-45% Warna kehitaman Kadar air 17-20% kadar volatile matter 35-45% Panas rendah Mudah pecahBituminous Lebih keras dari sub bituminous kadar volatile matter masih tinggi Lebih keras dari bituminous Tidak berdebu dan tidak mengeluarkan asap kadar volatile matter rendahBahan Bakar15 Analisa Batu BaraAnalisa ProximateAnalisa untuk menentukan kadar air, bahan yang mudah menguap, kadar abu, kadar karbon tetap.

Kadar air (M) : ditentukan dg memanaskan sample (1g) dalam oven dengan suhu 104-110oC selama 1 jam. Pengurangan berat sample menunjukkan kandungan air.

Kadar bahan mudah menguap (volatile matter) (VM)ditentukan dg memanaskan sample batu bara kering dalam bejana tertutup selama 7 menit pada suhu 950oC. Berat yang hilang merupakan kadar volatile matter.

Kadar Abu (ash) (A)Membakar sample dalam dapur pada suhu 700-750oC.

Kadar KarbonTetap (Fix Carbon)ditentukan dg sisa dari jumlah bahan 1, 2, dan 3

FC = 100% - ( M % + VM % + A%)Sampleuji kadar airuji volatile matteruji kadar abuuji kadar karbon tetap16Analisa UltimateAnalisa untuk menentukan unsur-unsur dalam batu bara seperti karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulphur, dan abu dalam prosentase berat.

Kadar Karbon (C) : ditentukan dg membakar sample (0,2g) dalam lingkungan oksigen dan kemudian mengukur berat gas karbondioksida (CO2) yang terserap dalam larutan Potassium Hydroxida. Berat karbon C dapat dihitung dari berat CO2.

Kadar Hidrogen (H) Sama dengan penentuan kadar karbon, kadar hidrogen dapat ditentukan dengan mengukur berat uap air (H2O) yang terserap dalam tabung calcium chloride.

Kadar Abu (ash) (A) ditentukan sama dengan uji proximate.

Kadar Nitrogen (N2) ditentukan dg methode Kjeldahl.

Kadar Sulphur (S) ditentukan dg methode Eschka.

Kadar Oksigen (O2) ditentukan dari sisa prosentase 1,2,3,4, dan 5.

O2 = 100% - ( jumlah % C, H, N2, S, dan Abu)17

18

Tabel Nilai Kalor berbagai jenis batu bara19

20Termodinamika PembakaranPembakaran Reaksi kimia antara bahan bakar dan pengoksidasi (oksigen atau udara) yang menghasilkan panas dan cahaya

LightEnergi aktivasi21Reaksi Kimia PembakaranC + O2 CO2C + O2 COCO + O2 CO2H2 + O2 H2OS + O2 SO2C m Hn + (m+n/4)O2 mCO2 + n H2O

Pembakaran Stoikhiometri Pembakaran dimana semua atom dari pengoksidasi (oksigen atau udara) bereaksi secara kimia untuk menjadi produk sehingga tidak ada udara berlebih22Untuk perhitungan proses pembakaranN2 = 79%O2 = 21% Contoh Reaksi Pembakaran Hidrokarbon

Komposisi UdaraProsentase Volume (mol)Prosentase BeratBerat molekul/molOksigenNitrogenArgonKarbon dioksidaHidrogen

Udara kering20,9979,030,940,030,0123,1975,471,30,04032,0028,01639,94444,0032,016

28,967

23Contoh Perhitungan Udara Stoikhiometri

24

25

26Persen Udara Lebih dan Udara TeoritisUdara Lebih

Udara Teoritis = 100% + persen udara lebih = (100 + ) % = udara teoritis 100%

Misal bahan bakar dibakar dengan 125% udara teoritis artinya bahan bakar tersebut dibakar dengan kelebihan udara sebesar 25%27Nitrogen dalam PembakaranNitrogen dapat mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas dari reaksi pembakaranNitrogen juga mengurangi transfer panas pada permukaan alat penukar panas, Meningkatkan volum hasil samping pembakaran.Nitrogen ini juga dapat bergabung dengan oksigen (terutama pada suhu nyala yang tinggi) untuk menghasilkan oksida nitrogen (NOx), yang merupakan pencemar beracun.

Pembentukan CO dalam Pembakaran

28Analisa Orsat Analisa yang dilakukan untuk mengetahui komponen gas buang.

Yang dapat diketahui dari Analisa Orsat-Sempurna tidaknya suatu pembakaran.- Udara yang diperlukan dalam proses pembakaran.- Susunan bahan bakar (equivalen).

Analisa Orsat29Orsat Apparatus

Pada prinsipnya alat uji orsat terdiri atas 3 pipet, dimana p