appendixfa

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Metana Cair dari Sampah Organik dengan

kapasitas bahan baku sampah organik sebanyak 480.000 kg/hari, dengan kapasitas

per jam 20.000 kg/jam, digunakan perhitungan neraca massa alur maju.

Basis perhitungan : 1 jam operasi

Kapasitas sampah organik : 20.000 kg/jam

Operasi pabrik per tahun : 330 hari

LA.1 Thresser (C-110)

Fungsi: untuk memperkecil ukuran sampah organik dengan proses

pemotongan / pencacahan menjadi 0,1-0,5 cm.

C-110

1 2

Sampah Organik Sampah Organik

F1 = F2 = 20.000 kg/jam

LA.2 Tangki Penampung (F-120)

Fungsi: untuk mengumpulkan bahan baku sampah organik yang telah

dihancurkan sebelum difermentasi di Fermentor.

F-120

3

4

Sampah Organik

Sampah Organik

F3 = F4 = 20.000 kg/jam

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

LA.3 Fermentor (R-210)

Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik.

F = F

+ F

7

Tabel LA.1 Tabel Komposisi Sampah Organik

Komposisi % Massa

Karbohidrat (C6H12O6) 65

Air (H2O) 30

Nitrogen (N) 1,6

Sulfat (S) 0,2

Abu 3,2

Total 100

(Dinas Kebersihan Kota Medan, 2009)

Asumsi : Ampas = N + S + Abu = 5%

Fkarbo =

100 F

= 13.000 kg/jam

FH2O =

30

100 F

= .000 kg/jam

Fampas =

100 F

= 1.000 kg/jam

Reaksi Metanogenesis:

C6H12O6 (s) 4 CH4 (g) + 2 CO2 (g) + H2O (g) + H2S (g)

% Massa komponen : CH4 = 31,7%

CO2 = 68%

H2O = 0,289%

H2S = 0,011%

Bakteri yang berperan dalam reaksi ini adalah bakteri Methanobacterium.

bakteri

(Arati, 2009)


Asumsi : karbohidrat yang bereaksi adalah 80%

Fkarbo = 13.000 kg/jam

FCH4 =

31,7

100 Fkarbo

0,8 = 3.29 ,8 kg/jam

FCO2 =

8

100 Fkarbo

0,8 = 7.072 kg/jam

FH2O =

0,289

100 Fkarbo

0,8 = 30,0 kg/jam

FH2S =

0,011

100 Fkarbo

0,8 = 1,144 kg/jam

F = FCH4

+ FCO2 + FH2O

+ FH2S = 10.400 kg/jam

Fkarbo7 = Fkarbo

0,2 = 2. 00 kg/jam

Fampas7 = Fampas

+ Fkarbo7 = 3. 00 kg/jam

FH2O7 = FH2O

= .000 kg/jam

F7 = Fampas

7 + FH2O7 = 9. 00 kg/jam

Tabel LA.2 Neraca Massa Fermentor

Komponen Alur Masuk (kg/jam) Alur Keluar (kg/jam)

5 6 7

C6H12O6 13.000 - -

H2O 6.000 30,056 6.000

CO2 - 7.072 -

H2S - 1,144 -

Ampas 1.000 - 3.600

CH4 - 3.296,8 -

Subtotal 20.000 10.400 9.600

Total 20.000 20.000


LA.4 Filter Press (H-220)

Fungsi: untuk memisahkan air dari ampas sisa fermentasi.

H-220

7

8

9

Ampas (s)

H2O (l)Ampas (s)

H2O (l)

H2O (l)

Ampas (s)

F7 = F

8 + F

9

Asumsi: Efisiensi Filter Press = 90%

FH2O8 = 0,9 FH2O

7 = .400 kg/jam

Fampas8 = 0,1 Fampas

7 = 3 0 kg/jam

F8 = Fampas

8 + FH2O8 = .7 0 kg/jam

Fampas9 = 0,9 Fampas

7 = 3.240 kg/jam

FH2O9 = 0,1 FH2O

7 = 00 kg/jam

F9 = Fampas

9 + FH2O9 = 3.840 kg/jam

Tabel LA.3 Neraca Massa Filter Press


7 8 9

H2O 6.000 5.400 600

Ampas 3.600 360 3.240

Subtotal 9.600 5.760 3.840

Total 9.600 9.600


LA.5 Adsorber I (D-310)

Fungsi: untuk memisahkan H2S dari gas bio dengan Fe2O3.

D-310

6

10

CH4 (g)

CO2 (g)

H2O (g)

H2S (g)

CH4 (g)

CO2 (g)

H2O (g)

Asumsi: Efisiensi Adsorber I = 99%

Reaksi : 2 Fe2O3 + 6 H2S 2 Fe2S3 + 6 H2O

FCH410 = FCH4

= 3.2 3,832 kg/jam

FH2O10 = FH2O

= 29,7 kg/jam

FCO210 = FCO2

= 7.001,28 kg/jam

F10 = FCH4

10 + FH2O10 + FCO2

10 = 10.294,8 7 kg/jam

Tabel LA.4 Neraca Massa Adsorber I


6 10 Adsorben (Fe2O3)

CH4 3.296,8 3.263,832 32,968

CO2 7.072 7.001,28 70,72

H2S 1,144 - 1,144

H2O 30,056 29,755 0,301

Subtotal 10.400 10.294,867 105,133

Total 10.400 10.400


LA.6 Adsorber II (D-320)

Fungsi: untuk memisahkan H2O(g) dari gas bio dengan silika gel.

D-320

10

11

CH4 (g)

CO2 (g)

H2O (g)

CH4 (g)

CO2 (g)

Asumsi: Efisiensi Adsorber II = 99,9%

FCH411 = 0,999 FCH4

10 = 3.2 0, 8

FCO211 = 0,999 FCO2

10 = .994,279

F11 = FCH411 + FCO2

11 = 10.2 4,847 kg/jam

Tabel LA.5 Neraca Massa Adsorber II


10 11 Adsorben (Silika Gel)

CH4 3.263,832 3.260,568 3,264

CO2 7.001,28 6.994,279 7,001

H2O 29,755 - 29,755

Subtotal 10.294,867 10.254,847 40,02

Total 10.294,867 10.294,867


LA.7 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

Fungsi: untuk memisahkan CO2 dari gas bio yang dihasilkan, dimana gas CO2

diserap oleh air.

D-330

11 12

b

a

H2O (l)

CH4 (g)

CO2 (g)

H2O (l)

CH4 (g)

CO2 (g) CH4 (g)

F11 + Fa = F12 + F

b

Asumsi: Efisiensi Membran Kontaktor Hollow Fiber = 99%

PA = 2.700 cm3 STP cm

s cm2 cmHg (Geankoplis, 2003)

PB = 800 cm3 STP cm

s cm2 cmHg (Geankoplis, 2003)

* = P A

P B = 3,37

Lf : F9 = 10.2 4,847 kg/jam

xf : xCO29 =

FCO29

F9 = 0, 82

Massa CO2 dipulihkan : FCO2b = .994,279 kg/jam

xo : xCO212 =

FCO212

F12 = 0

Massa CH4 dipulihkan : FCH4b = 0,01 FCH4

11 = 32, 0 kg/jam

Lo : F12 = F11 - FCO2

b - FCH4b = 3.227,9 2 kg/jam

Diatur : Ptube = Ph = 1 atm = 100 kPa

Pshell = Pl = 1 atm = 100 kPa

r = Pl

Ph =

100

100 = 1,0


a = 1 * = 1 3,375 = -2,375 (Geankoplis, 2003)

b = -1 + * + (1/r) + x/r (*-1) (Geankoplis, 2003)

Untuk: x = xf b = 4,995

x = xo b = 3,375

c = -*x/r (Geankoplis, 2003)

Untuk: x = xf c = -2,302

x = xo c = 0

y = b + 4ac

2a

yf = 0,067

yo = 0,711

Fraksi cairan keluaran (yp) = yb

CO2 = yav = (yf +yo)/2 = 0,389

Neraca massa komponen :

Lf xf = Lo xo + Vp yp

(10.254,847)(0,682) = (3.227,962)(0) + Vp(0,389)

0,389 Vp = 6.993,806

Vp = 6.993,806 / 0,389

Vp = 17.989,765 kg/jam

Fb = Vp = 17.989,765 kg/jam

FH2Ob = F

b FCO2

b FCH4b = 10.9 2,88 kg/jam

Fa = FH2O

a = FH2Ob = 10.9 2,88 kg/jam

Keterangan:

PA = Permeabilitas CO2

PB = Permeabilitas CH4

* = Faktor separasi

Lf = Laju gas masukan

Lo = Laju gas keluaran


xf = Fraksi CO2 pada gas masukan

xo = Fraksi CO2 pada gas keluaran

Ph = Tekanan pada alur masukan

Pl = Tekanan pada alur keluaran

yp = Fraksi cairan keluaran

(Geankoplis, 2003)

Tabel LA.6 Neraca Massa Membran Kontaktor Hollow Fiber


11 a b 12

CH4 3.260,568 - 32,606 3.227,962

CO2 6.994,279 - 6.994,279 -

H2O - 10.962,88 10.962,88 -

Subtotal 10.254,847 10.962,88 17.989,765 3.227,962

Total 21.217,727 21.217,727

LA.8 Tangki Akumulasi (F-410)

Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses

pencairan gas Claude.

Pada metode pencairan gas Claude, jumlah metana yang mencair adalah

11,3 % dari metana yang masuk ke sistem Claude. (Smith, et all, 2005)

F-410

12

13

25

CH4 (g)

CH4 (g)CH4 (g)

F12 + F2 = F

13

F12 = 3.227,9 2 kg/jam

FCH413 =

FCH412

0,113 = 28. ,04 kg/jam


F2 = FCH4

2 = FCH413 FCH4

12

F2 = 2 .338,077 kg/jam

Tabel LA.7 Neraca Massa Tangki Akumulasi


12 25 13

CH4 3.227,962 25.338,077 28.566,04

Total 28.566,04 28.566,04

LA.9 Kompresor (G-421)

Fungsi: untuk meningkatkan tekanan metana dari 1 atm menjadi 59,5 atm (60

bar) dan suhu dari 22,5oC menjadi 105

oC .

G-421

13

14

CH4 (g)

CH4 (g)

F14 = F13

FCH414 = FCH4

13

FCH413 = 28. ,04 kg/jam

LA.10 Cooler (E-420)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 105oC menjadi 27

oC.

E-420

14 15

d

c

CH4 (g)

H2O (l)

CH4 (g)

H2O (l)

F1 = F14

FCH41 = FCH4

14

FCH41 = 28. ,04 kg/jam


Tabel LA.8 Neraca Massa Cooler


14 c d 15

CH4 28.566,04 - - 28.566,04

H2O - 87.131,442 87.131,442 -

Total 115.697,482 115.697,482

LA.11 Heat Exchanger I (E-430)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 27oC menjadi -20

oC.

E-430

15 16

25

24

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)

F1 = F

1

FCH41 = FCH4

1 = 28. ,04 kg/jam

F24 = F2

FCH424 = FCH4

2

FCH424 = 2 .338,077 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa Heat Exchanger I


15 24 16 25

CH4 28.566,04 25.338,077 28.566,04 25.338,077

Total 53.904,117 53.904,117


LA.12 Splitter (K-441)

Fungsi: untuk mengalihkan metana ke ekspander sebanyak 25% (Smith,

2005).

K-441

16

17

19

75%

25%

CH4 (g)

F1 = F

17 + F

19

FCH419 = 0,7 FCH4

1

FCH419 = 21.424, 3 kg/jam

FCH417 = 0,2 FCH4

1

FCH417 = 7.141, 1 kg/jam

Tabel LA.8 Neraca Massa Splitter


16 17 19

CH4 28.566,04 21.424,53 7.141,51

Total 28.566,04 28.566,04

LA.13 Heat Exchanger II (E-440)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -20oC menjadi -76

oC.

E-440

19 20

24

23

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)

F20 = F

19

FCH420 = FCH4

19

FCH420 = 21.424, 3 kg/jam


F23 = F24

FCH423 = FCH4

24

FCH423 = 2 .338,077 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa Heat Exchanger II


19 23 20 24

CH4 21.424,53 25.338,077 21.424,53 25.338,077

Total 46.762,607 46.762,607

LA.14 Throttle (K-451)

Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi

1 atm dan suhu dari -76oC menjadi -161,5

oC, sehingga terjadi perubahan fasa

metana dari gas menjadi cair.

K-451

20 21CH4 (g) CH4 (g)

F21 = F2

FCH421 = FCH4

20

FCH421 = 21.424, 3 kg/jam

LA.15 Flash Drum (F-450)

Fungsi: untuk memisahkan metana yang sudah mencair dan yang masih

berupa gas.

F-450

21

22

26

CH4 (g)CH4 (g)

CH4 (l)

F21 = F22 + F2


Dari sistem pencairan gas Claude, gas yang mencair adalah sebesar 11,3%

dari jumlah gas yang masuk ke sistem (gas masuk di alur 13), maka :

FCH42 = 0,113 FCH4

14

FCH42 = 3.227,9 2 kg/jam

FCH422 = FCH4

21 FCH42

FCH422 = 18.196,567 kg/jam

Tabel LA.10 Neraca Massa Flash Drum


21 22 26

CH4 (g) 21.424,53 18.196,567 -

CH4 (l) - - 3.227,962

Total 21.424,53 21.424,53

LA.16 Ekspander (G-442)

Fungsi: untuk menurunkan tekanan metana dari 59,5 atm (60 bar) menjadi 1

atm dan suhu dari -20oC menjadi -161,5

oC.

G-442

17

18

CH4 (g)

CH4 (g)

F17 = F

18

FCH417 = FCH4

18 = 7.141,51 kg/jam


LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Satuan Operasi : kJ/jam

Temperatur Basis : 25 oC

Perhitungan Cp Padatan Perhitungan Cp padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan

Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom adalah sebagai berikut :

Tabel LB.1 Nilai Kontribusi Unsur Atom

Unsur Atom E

C 10,89

H 7,56

O 13,42

N 18,74

S 12,36

(Perry dan Green, 1999)

Rumus Metode Hurst dan Harrison:

n

1i

EiNi. Cps

Dimana: Cps = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K)

n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa

Ni = Jumlah unsur atom I dalam senyawa

Ei = Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1

Menghitung Cp senyawa:

Cps C6H12O6 = 6 . EC + 12 . EH + 6 . EO

= 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6 (13,42)

= 236,58 J/mol.K


Dengan cara yang sama diperoleh:

Tabel LB.2 Kapasitas Panas Beberapa Senyawa Padatan pada 298,15 K

Komponen Cps (J/mol.K)

C6H12O6 236,58

Abu 321

Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Gas 432

Tx, eT dT cT bT a Cp

)T-T(5

e )T-T(

4

d )T-T(

3

c )T-T(

2

b )T-T(a[dT Cp 51

5

2

4

1

4

2

3

1

3

2

2

1

2

212

T

T

g

2

1

Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Gas (J/mol.K)

Senyawa A B C D E

CH4 (g) 3,83870.101 -7,3663.10

-2 2,9098.10

-4 -2,6384.10

-7 8,0067.10

-11

CO2 (g) 1,90223.101 7,9629.10

-2 -7,3706.10

-5 3,7457.10

-8 -8,133.10

-12

H2S (g) 3,45234.101 -1,76481.10

-2 6,76664.10

-5 -5,32454.10

-8 1,40695.10

-11

H2O (g) 3,40471.101 -9,65064.10

-3 3,29983.10

-5 -2,04467.10

-8 4,30228.10

-12

(Reklaitis, 1983)

Perhitungan Cp untuk Senyawa Fasa Cair 32

Tx, dT cT bT a Cp

)T-T(4

d )T-T(

3

c )T-T(

2

b )T-T(a[dT Cp 41

4

2

3

1

3

2

2

1

2

212

T

T

g

2

1

Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas Senyawa Fasa Cair (J/mol.K)

Senyawa A B C D

CH4 (l) -5,70709 1,02562 -0,0016656 -0,00001975

CO2 (l) 11,041 1,1595 -0,0072313 1,55019.10-5

H2S (l) 21,8238 0,774223 -0,00420204 7,38677.10-6

H2O (l) 18,2964 0,47211 -0,0013387 1,3142.10-6

(Reklaitis, 1983)


LB.1 Fermentor (R-210)

Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya proses fermentasi sampah organik.

Reaksi : C6H12O6 (s) bakteri 4 CH4 (g) + 2 CO2 (g) + H2O (g) + H2S (g)

Pada reaksi fermentasi anaerobik :

Hr = -133.000 kJ/kmol (Da Rosa, 2009)

r Hr = 14, 2 133.000 = 1.948.77 ,111 kJ/kmol

Dibuat : Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

d

dt = r Hr303,1 + out in

0 = 1.948.77 ,111 + out 0

out = 1.948.77 ,111 kJ/jam

out =


Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and

error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 6 dan 7) tangki Fermentor

adalah sebesar Tout = 313,1 K 40oC.

Tabel LB.5 Energi Keluar pada tangki Fermentor

Alur Komponen F

(kg/jam)

BM

(kg/kmol)

N

(kmol/jam) dT Cp

(kJ/kmol)

dT Cp N

(kJ/jam)

6

CH4 3.296,8 16 206,05 595,039 122.607,869

CO2 7.072 44 160,727 615,608 98.945,064

H2S 1,144 34 0,034 559,097 18,812

H2O (g) 30,056 18 1,67 552,15 921,969

7

C6H12O6 2.600 180 14,444 74.419,669 1.074.950,78

H2O (l) 6.000 18 333,333 1.232,265 410.754,902

N 320 14 22,857 5.894,939 134.741,457

S 40 32 1,25 3.888,017 4.860,022

Abu 640 640 1 100.975,205 100.975,205

Total 1.948.776,079

Tabel LB.6 Neraca Energi Fermentor

Alur Masuk (kJ/jam) Alur Keluar (kJ/jam)

Umpan

-

Produk - 1.948.776,079

Hr 1.948.77 ,111

Total 1.948.775,111 1.948.776,079


LB.2 Adsorber I (D-310)

Fungsi: untuk memisahkan H2S dari gas bio dengan Fe2O3.

D-310

6

10

CH4 (g)

CO2 (g)

H2O (g)

H2S (g)

CH4 (g)

CO2 (g)

H2O (g)Tout, 1 atm

40oC, 1 atm

Qin =

303,15

15,298

6

OH

303,15

298,15

6

SH

303,15

298,15

6

CO

303,15

15,298

6

CH

dT Cp )N(

dT Cp )N(dT Cp )N(dT Cp )N(

2

224

Tabel LB.7 Energi Masuk pada Adsorber I

Alur Komponen F

(kg/jam)

BM

(kg/kmol)

N

(kmol/jam) dT Cp

(kJ/kmol)

dT Cp N

(kJ/jam)

6

CH4 3.296,8 16 206,05 543,339 111.954,932

CO2 7.072 44 160,727 562,094 90.343,767

H2S 1,144 34 0,034 510,805 17,187

H2O (g) 30,056 18 1,67 504,512 842,424

Total 203.158,31

Reaksi: 2 Fe2O3 + 6 H2S 2 Fe2S3 + 6 H2O

Panas reaksi pada keadaan standar:

Hr298,15 = .Hf

= 2 Hf Fe2S3 + 6 Hf H2O 2 Hf Fe2O3 6 Hf H2S

= 2(-161.586,08) + 6(-285.840,0016) 2(-830.524) 6(-19.957,68)

= -257.418,09 kJ/kmol


r = 6

0,032

NN 10 SH6

SH 22

= 0,0056 kmol/jam

r.Hr298,15 = 0,0056 (-257.418,09)

= -1.443,56 kJ/kmol

Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

dT

dQ = r.Hr 298,15 + Qout Qin

0 = -1.443,56 + Qout 203.158,31

Qout = 204.601,87 kJ/jam

Qout = Tout

15,298

10

OH

Tout

298,15

10

CO

Tout

15,298

10

CH dT Cp )N(dT Cp )N(dT Cp )N( 224


error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 10) Adsorber I adalah

sebesar Tout = 313,35 K 40,5oC.

Tabel LB.8 Energi Keluar pada Adsorber I

Alur Komponen F

(kg/jam)

BM

(kg/kmol)

N

(kmol/jam) dT Cp

(kJ/kmol)

dT Cp N

(kJ/jam)

10

CH4 3.263,832 16 203,99 550,644 112.325,555

CO2 7.001,28 44 159,12 569,655 90.643,489

H2O (g) 29,755 18 1,653 511,247 845,133

Total 203.814,177

Tabel LB.9 Neraca Energi Adsorber I


Umpan 203.158,31 -

Produk - 203.814,177

Hr - -655,864

Total 203.158,31 203.158,31


LB.3 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

Fungsi: untuk memisahkan CO2 dari gas bio yang dihasilkan.

D-330

11 12

b

a

H2O (l)

CH4 (g)

CO2 (g)

H2O (l)

CH4 (g)

CO2 (g) CH4 (g)

40,5oC, 1 atm

Tout, 1 atm

25oC, 1 atm

25oC, 1 atm

in = NCH4

11 Cp dT

30 ,1

298,1

+ NCO211 Cp dT

30 ,1

298,1

+ NH2Ob Cp dT

298,1

298,1

Tabel LB.10 Energi Masuk pada Membran Kontaktor Hollow Fiber

Alur Komponen F

(kg/jam)

BM

(kg/kmol)

N

(kmol/jam) dT Cp

(kJ/kmol)

dT Cp N

(kJ/jam)

11 CH4 3.260,568 16 203,786 550,644 112.213,23

CO2 6.994,279 44 158,961 569,655 90.552,845

Total 202.766,075

Dibuat: Proses berlangsung adiabatis (dQ/dt = 0)

dT

dQ = Qout Qin

0 = Qout 202.766,075

Qout = 202.766,075 kJ/jam

out =



error. Diperoleh temperatur pada alur keluar (alur 12) Membran Kontaktor

Hollow Fiber adalah sebesar Tout = 300,6 K 27,5oC.

Tabel LB.11 Energi Keluar pada Membran Kontaktor Hollow Fiber

Alur Komponen F

(kg/jam)

BM

(kg/kmol)

N

(kmol/jam) dT Cp

(kJ/kmol)

dT Cp N

(kJ/jam)

12

CH4 3,261 16 158,961 93,363 14.841,028

CO2 6.994,279 44 999,431 188,038 187.931,098

H2O (l) 17.989,765 18 0,204 90,306 18,403

Total 202.790,529

Tabel LB.12 Neraca Energi Membran Kontaktor Hollow Fiber


Umpan 202.766,075 -

Produk - 202.766,075

Total 202.766,075 202.766,075

LB.4 Tangki Akumulasi (F-410)

Fungsi: untuk menampung sementara gas metana sebelum masuk ke proses

pencairan gas Claude.

F-410

12

13

25

CH4 (g)

CH4 (g)CH4 (g)

25oC, 1 atm 22oC, 1 atm

Tout, 1 atm

H12 = 1.195,8 kJ/kg (Perry, 1999)

H25 = 1.188,9 kJ/kg (Perry, 1999)


Qin = F12 . H12 + F25 . H25

= (3.227,962).(1.195,8) + (25.338,077).(1.188,9)

= 33.984.437,543 kJ/jam


dt

dQ

= Qout Qin

0 = Qout 33.984.437,543

Qout = 33.984.437,543 kJ/jam

Energi keluar = Qout

(F13 . H13) = 33.984.437,543

(28.566,04).(H13) = 33.984.437,543

H13 = 1.189,68 kJ/kg

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H13 = 10.528,139 kJ/kg,

maka Tout untuk alur 13 adalah 295,38 K 22,5oC.

Tabel LB.13 Neraca Energi Tangki Akumulasi


Umpan 33.984.437,543 -

Produk - 33.984.437,543

Total 33.984.437,543 33.984.437,543

LB.5 Cooler (E-420)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 105oC menjadi 27

oC.

E-420

14 15

d

c

CH4 (g)

H2O (l)

CH4 (g)

H2O (l)

105oC, 1 atm 27oC, 1 atm

25oC, 1 atm

40oC, 1 atm


H14 = 1.330,88 kJ/kg (Perry, 1999)

Qin = F14 . H14

= (28.566,04).(1.330.88)

= 38.017.970,92 kJ/jam

H18 = 1.140 kJ/kg (Perry, 1999)

Qout = F15 . H15

= (28.566,04).(1.140)

= 32.565.285,26 kJ/jam

dt

dQ = Qout Qin

dt

dQ = 32.565.285,26 38.017.970,92 = -5.452.685,658 kJ/jam

Data termodinamika air pendingin :

Hc (25oC) = 104,89 kJ/kg (Perry, 1999)

Hd (40oC) = 167,47 kJ/kg (Perry, 1999)

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

m = dc H -H

Q

m = 67,47kJ/kg1 -kJ/kg89,104

kJ/jam 6585.452.685,-

m = kJ/jam 62,58-

6585.452.685,-

m = 87.131,442 kg/jam

Tabel LB.14 Neraca Energi Cooler


Umpan 38.017.970,92 -

Produk - 32.565.285,26

dQ/dt -5.452.685,658 -

Total 32.565.285,26 32.565.285,26


LB.6 Heat Exchanger I (E-430)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari 27oC menjadi -20

oC.

E-430

15 16

25

24

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)27oC, 1 atm -20oC, 1 atm

Tin, 1 atm

22oC, 1 atm

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) :

H15 = 1.140 kJ/kg (superheated metana)

H16 = 1.009,8 kJ/kg (superheated metana)


Qout = F25 . H25 + F16 . H16

= (25.338,077).(1.188,9) + (28.566,04).(1.009,8)

= 58.970.426,893 kJ/jam


dt

dQ = Qout Qin

0 = 58.970.426,893 (F15 . H15 + F24 . H24)

0 = 58.970.426,893 (28.566,04).(1.140) + (25.338,077).(H24)

H24 = 1.042,113 kJ/kg

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H24 = 1.042,113 kJ/kg,

maka T untuk alur 24 adalah 227,2 K -46oC.

Qin = F15 . H15 + F24 . H24

= (28.566,04).(1.140) + (25.338,077).(1.042,113)

= 58.970.426,893 kJ/jam

Tabel LB.15 Neraca Energi Heat Exchanger I


Umpan 58.970.426,893 -

Produk - 58.970.426,893

Total 58.970.426,893 58.970.426,893


LB.7 Heat Exchanger II (E-440)

Fungsi: untuk menurunkan suhu metana dari -20oC menjadi -76

oC.

E-440

19 20

24

23

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)

CH4 (g)

-20oC, 1 atm

-46oC, 1 atm

-161,5oC, 1 atm

Tout, 1 atm

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) :


H23 = 796,9 kJ/kg (saturated metana)


Qin = F19 . H19 + F23 . H23

= (21.424,53).(1.009,8) + (25.338,077).(796,9)

= 41.826.403,9 kJ/jam


dt

dQ = Qout Qin

0 = (F24 . H24 + F20 . H20) 41.826.403,9

0 = (25.338,077).(1.042,1) + (21.424,53).(H20) 41.826.403,9

H20 = 719,81 kJ/kg

Dari data termodinamika metana (Perry, 1999) untuk H20 = 719,81 kJ/kg,

maka T untuk alur 20 adalah 197,6 K -76oC.

Qout = F24 . H24 + F20 . H20

= (25.338,077).(1.042,1) + (21.424,53).(719,81)

= 41.826.403,9 kJ/jam

Tabel LB.16 Neraca Energi Heat Exchanger II


Umpan 41.826.403,9 -

Produk - 41.826.403,9

Total 41.826.403,9 41.826.403,9


LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

LC.1 Elevator (J-111)

Fungsi : Untuk mengangkut sampah dari timbangan ke thresser.

Jumlah : 1 buah

Bahan konstruksi : Besi

Laju bahan yang diangkut : 20.000 kg/jam

Faktor keamanan : 20%

Kapasitas = feed x (1 + faktor keamanan)

= 20.000 x (1+0,2)

= 24.000 kg/jam

Dari tabel 21.8 Perry 1999, karena kapasitas lebih besar dari 14 ton/jam, maka

bucket elevator dipilih dengan spesifikasi :

Ukuran bucket = ( 6 x 4 x 4 ) in

Jarak tiap bucket = 12 in

Elevator center = 25 ft

Kecepatan putar = 43 rpm

Kecepatan bucket = 225 ft/menit

Daya head shaft = 1 Hp

Diameter tail shaft = 1 11/16 in

Diameter head shaft = 1 15/16 in

Pully tail = 14 in

Pully tail = 20 in

Lebar head = 7 in

Effesiensi motor = 80%

Daya tambahan = 0,02 Hp/ft

Daya P = (Elevator center x daya tambahan) + daya head shaft (Perry, 1999)

= 25 x (0,02) + 1

= 1,5 Hp

(Perry dan Green, 1999)


LC.2 Thresser (C-110)

Fungsi : Untuk mengecilkan ukuran sampah organik yang akan diolah.

Bahan konstruksi : Besi

Merek : HGT-6000

Jumlah : 3 unit

Kecepan mesin : 5-15 ton/jam

Ukuran hasil cacahan : 0,5-1 cm.

(Unit Penelitian Bioteknologi Perkebunan Bogor, 2008)

LC.3 Screw Conveyor 1 (J-121)

Fungsi : Mengangkut sampah organik ke tangki penampung.

Jenis : Horizontal screw conveyor

Bahan konstruksi : Carbon steel

Kondisi operasi:

Temperatur = 25oC

Tekanan = 1 atm

Laju alir bahan : F = 20.000 kg/jam = 44.092,45 lb/jam

Densitas bahan (bulk density) : = 300 kg/m3 = 18,73 lb/ft3 (Sudrajat, 2002)

Jarak angkut : L = 10 m = 32,81 ft

Perhitungan

a. Laju alir volumetrik

Direncanakan dalam 1 jam proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit),

maka laju alir volumetrik dalam 10 menit kerja adalah:

kerja)menit (10 /jamft 2.354,11lb/ft 18,73

lb/jam 44.092,45

FQ 3

3

b. Data conveyor

Dipilih screw conveyor dengan diameter 20 in.

Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas (1988) didapatkan harga:

Kecepatan putaran maksimum ( max) = 40 rpm

Kapasitas maksimum (Q max) = 2.485 ft3/jam

Faktor S = 510


Horse power factor (f) = 1,7

c. Daya conveyor

Kecepatan putaran ():

rpm 37,89/jamft 2.485

rpm 40 /jamft 2.354,11

max Q

max Q

3

3

Daya conveyor:

P = [s . + f . . ] L / 10-6

P = [510 x 37,89 + 1,7 x 2.354,11 x 18,73] 32,81 / 10-6

P = 3,09 hp

Efisiensi conveyor 80 %, maka

hp 86,38,0

09,3P

Maka dipilih conveyor dengan daya 4 hp.

LC.4 Tangki Penampung Sampah (F-120)

Fungsi : menampung hasil cacahan sampah dari thresser.

Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal.

Bahan konstruksi : Plate steel SA-167 , tipe 304

Kondisi operasi : - Temperatur : 25oC

- Tekanan : 1 atm

Laju alir sampah organik = 20.000 kg/jam

Densitas sampah organik = 300 kg/m3 (Sudrajat, 2002)

Kebutuhan perancangan = 1 hari

Faktor keamanan = 20%

Desain Tangki

Ukuran tangki :

a. Volume tangki

Volume sampah, V =

V =

= 1.600 m3

Volume tangki (Vt) = Volume sampah x (1+ faktor keamanan)


= 1.600 x (1,2) = 1.920 m3

Direncanakan menggunakan 6 unit tangki.

Jadi, volume untuk tiap tangki = 1.920 / 6 = 320 m3.

b. Diameter dan tinggi tangki

Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi tangki silinder, D : H = 2 : 3

V =

D2H

320 =

D2

D

320 =

D3

D = 6,46 m ; H = 3/2D = 3/2 x 6,46 = 9,69 m.

Jadi, D = 6,46 m = 21,19 ft

H = 9,69 m = 31,79 ft

c. Tebal dinding tangki

Tinggi bahan dalam tangki = tangkiTinggi tangkiVolume

bahan Volume

Tinggi bahan dalam tangki = 69,9920.1

600.1 = 8,07 m

Tekanan hidrostatik: P = g h

= 300 kg/m3 9,8 m/s

2 8,07 m

= 23.725,8 Pa = 23,725 kPa

Tekanan operasi (Po) = 1 atm = 101,325 kPa

Ptotal = Po + P = 101,325 kPa + 23,725 kPa = 125,05 kPa

Faktor kelonggaran = 20 %

Maka, Pdesign = (1,2) (125,05 kPa) = 150,06 kPa

Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304

Dari Brownell & Young (1959) Appendix D, diperoleh data :

Allowable stress (S) = 18.750 psi = 129.276,7 kPa

Effisiensi Sambungan (E) = 0,8


Tebal dinding silinder tangki :

t =

t =

= 0,005m

t = 0,197in

Faktor Korosi = 0,125 in (Timmerhaus,1980)

Maka tebal dinding = 0,197 in + 0,125 in = 0,322 in.

Dari tabel 5.4 Brownell & Young, 1979 dipilih tebal tangki 0,36 in.

LC.5 Screw Conveyor 2 (J-211)

Fungsi : Mengangkut sampah organik ke Fermentor.

Jenis : Horizontal screw conveyor

Bahan konstruksi : Carbon steel

Kondisi operasi:

Temperatur = 25oC

Tekanan = 1 atm

Laju alir bahan : F = 20.000 kg/jam = 44.092,45 lb/jam

Densitas bahan (bulk density) : = 300 kg/m3 = 18,73 lb/ft3 (Sudrajat, 2002)

Jarak angkut : L = 10 m = 32,81 ft

Perhitungan


Direncanakan dalam 1 jam proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit),

maka laju alir volumetrik dalam 10 menit kerja adalah:

kerja)menit (10 /jamft 2.354,11lb/ft 18,73

lb/jam 44.092,45

FQ 3

3

b. Data conveyor

Dipilih screw conveyor dengan diameter 20 in.

Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas (1988) didapatkan harga:

Kecepatan putaran maksimum ( max) = 40 rpm

Kapasitas maksimum (Q max) = 2.485 ft3/jam

Faktor S = 510

Horse power factor (f) = 1,7

c. Daya conveyor


Kecepatan putaran ():

rpm 37,89/jamft 2.485

rpm 40 /jamft 2.354,11

max Q

max Q

3

3

Daya conveyor:

P = [s . + f . . ] L / 10-6

P = [510 x 37,89 + 1,7 x 2.354,11 x 18,73] 32,81 / 10-6

P = 3,09 hp

Efisiensi conveyor 80 %, maka

hp 86,38,0

09,3P

Maka dipilih conveyor dengan daya 4 hp.

LC.6 Fermentor (R-210)

Fungsi : Tempat berlangsungnya proses fermentasi anaerobik.

Bentuk : Silinder tegak dengan alas datar dan tutup ellipsoidal

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade A

Jumlah : 20 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 40 C

Tekanan = 1 atm


Laju alir massa = 20.000 kg/jam = 480.000kg/hari

Densitas sampah = 300 kg/m3 (Sudrajat, 2002)


Desain Tangki

a. Volume tangki

Laju alir volumetrik (Q) 3kg/m300

kg/hari 480.000 = 1.600 m

3/hari

Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) 1.600 m3 = 1.920 m

3


Direncanakan perbandingan tinggi tangki dengan diameter, Hs : D = 1 : 1

Direncanakan perbandingan tinggi head dengan diameter, Hh : D = 1 : 4


dimana: Hs = tinggi shell

Hh = tinggi head

D = diameter tangki

Volume shell tangki (Vs): 32 D4

1HsD

4

1Vs

Volume tutup tangki (Vh): 32 D

24

1HhD

6

1Vs

Volume tangki (V):

3D24

7920.1

VhVsV

Maka: D = 12,8 m; Hs = 12,8 m

Diameter tutup = Diameter tangki = 12,8 m

Tinggi head (Hh): Hh = D = 3,2 m

Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + Hh = 16 m

c. Tebal tangki

Tinggi bahan dalam tangki = tangkiTinggi tangkiVolume

bahan Volume

Tinggi bahan dalam tangki = 161920

1600 = 13,3 m


= 300 kg/m3 9,8 m/s

2 13,3 m

= 39.102 Pa = 39,102 kPa





Joint efficiency = 0,8 (Brownell dan Young, 1959)

Allowable stress = 17.500 psia (Brownell dan Young, 1959)

= 120.657,83 kPa

Tebal shell tangki:


in 441,0m 011,0

kPa) (168,5121,2(0,8)kPa) 3(120.657,82

m) (12,8 kPa) (168,512

1,2P2SE

PDt

Faktor korosi = 0,125 in

Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,0,441 in + 0,125 in = 0,566 in

Tebal shell standar yang digunakan = in (Brownell dan Young, 1959)

Tebal tutup tangki:

in 441,0m 011,0

kPa) (168,5120,2(0,8)kPa) 3(120.657,82

m) (12,8 kPa) (168,512

0,2P2SE

PDt


Maka tebal head yang dibutuhkan = 0,441 in + 0,125 in = 0,566 in

Tebal head standar yang digunakan = in (Brownell dan Young, 1959)

d. Daya pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller

Jumlah baffle : 4 buah

Pengaduk didesain dengan standar berikut:

Da : Dt = 1 : 3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5

L : Da = 1 : 4 E : Da = 1:1

dengan:

Dt = diameter tangki L = panjang blade (daun)

Da = diameter impeller W = lebar blade (daun)

E = tinggi impeller dari dasar tangki J = lebar baffle

(Geankoplis, 2003)

Jadi :

Diameter impeller (Da) = 1/3 Dt =

1/3 x 12,8 m = 4,3 m

Tinggi pengaduk dari dasar tangki (E) = Da = 4,3 m

Lebar baffle (J) = 1/12 Dt =

1/12 x 12,8 m = 1,1 m

Lebar blade (W) = 1/5 Da =

1/5 x 4,3 m = 0,86 m


Panjang blade (L) = 1/4 Da =

1/4 x 4,3 m = 1,075 m

Kecepatan pengadukan, N = 0,1 putaran/det

Viskositas sampah organik = = 0,00063 lbm/ft s = 0,0009 kg/ms

(Sudrajat, 2002)

Bilangan Reynold,

DNN

2

a

Re (Geankoplis, 2003)

3,333.616

0009,0

3004,30,1N

2

Re

Dari grafik 3.4-5 (Geankoplis, 2003) diperoleh Np = 4:

P = NP.N3.Da

5.

P = 4 x (0,1)3 x (4,3)

5 x (300)

P = 1.764,1 J/s = 1,76 kW

P = 2,36 hp

Efisiensi motor, = 80

Daya motor = 8,0

36,2= 2,95 hp

LC.7 Pompa 1 (L-221)

Fungsi : Memompa ampas dari Fermentor ke Filter Press.

Jenis : Pompa rotary

Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 2 unit

Kondisi operasi:

Tekanan = 1 atm

Temperatur = 40C

Laju alir massa (F) = 10.250 kg/jam = 6,28 lb/s

Densitas () = 1.002,69 kg/m3 = 62,54 lb/ft3 (Geankoplis, 2003)

Viskositas slurry (c) = 0,752 cP = 5,05.10-4

lb/fts (Geankoplis, 2003)

Perhitungan



Laju alir volumetrik, 3lb/ft62,54

lb/detik 6,28

FQ = 0,1

ft

3/s

b. Diameter optimum

Perencanaan Diameter Pipa Pompa

Untuk aliran turbulen (Nre >2100),

Di,opt = 3,9 Q0,45

0,13 (Peters, 2004)

dengan: Di,opt = diameter optimum (m)

= densitas (lbm/ft3)

Q = laju volumetrik (ft3/s)

Di,opt = 3,9 (Q)0,45

()0,13

= 3,9 (0,1 m3/s)

0,45 (62,54 kg/m

3)0,13

= 2,37 in

c. Spesifikasi pipa

Dari buku Geankoplis App A.5, dipilih pipa commercial steel:

Ukuran nominal : 3 in

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 3,068 in = 0,256 ft = 0,078 m

Diameter Luar (OD) : 3,5 in

Luas penampang dalam (At) : 0,0513 ft2

d. Kecepatan linear

Kecepatan linear : v = A

Q=

2

3

ft0513,0

s/ft0,1 = 1,95 ft/s

e. Bilangan Reynold

NRe =

Dv

=lbm/ft.s 5,05.10

)ft256,0)(s/ft 95,1)(ft/lb54,62(4-

3

= 61.850,996 (aliran turbulen)

f. Faktor fanning

Dari Gbr. 2.10-3, (Geankoplis, 2003) :

- Untuk pipa commercial steel, diperoleh: = 4, .10-5


- Untuk NRe = 61.850,996 dan D = 0,0006, diperoleh f = 0,0052

g. Instalasi pipa

Friction Loss:

1 Sharp edge entrance: hc = 0,5gc..2

12

1

2

v

A

A

= )174,32)(1(2

)95,1()01(5,0

2

= 0,0297 ft.lbf/lbm

4 elbow 90: hf = n.Kf.cg

v

.2

2

= 4 (0,75) )174,32(2

)95,1( 2 = 0,1781 ft.lbf/lbm

1 check valve: hf = n.Kf.cg

v

.2

2

= 1 (2) )174,32(2

)95,1( 2 = 0,2375 ft.lbf/lbm

Pipa lurus 100 ft: Ff = 4fcgD

vL

.2.

. 2

= 4(0,0052)

174,32.2.0,256)95,1(100 2

=0,483 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit: hex = n.Kexcg

v

A

A

..21

22

2

1

= 1 (1,0) 174,3212

)95,1(01

22

= 0,0594 ft.lbf/lbm

Total friction loss : F = 0,987 ft.lbf/lbm

Tinggi pemompaan, z = 0 ft

Static head, cg

gz = 0 ft.lbf/lbm

Velocity head, c

2

g

v= 0 ft.lbf/lb


Pressure head,

P= 0 ft.lbf/lb

h. Daya pompa

Dari persamaan Bernoulli:

0WFP

g

gz

g

v

2

1s

cc

2

(Geankoplis, 2003)

0ft.lbf/lbm987,00sft.lb/lbf.174,32

ft/s174,32ft 00

2

2

sW

Ws = -0,987 ft.lbf/lbm

Untuk efisiensi pompa 80 , maka:

Daya pompa : P =

550

m Ws

P = hp0141,08,0550

6,28 0,987

Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/20 hp.

LC.8 Filter Press (H-220)

Fungsi : Tempat memisahkan ampas cair dan padat untuk dijadikan pupuk.

Jenis : Plate and frame filter press

Bahan konstruksi : Carbon Steel SA-285 Grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 25 C

Tekanan = 1 atm

Laju alir umpan = 9.600 kg/jam

Laju alir filtrat = 6.000 kg/jam

Densitas filtrat = 997 kg/m3 (Sudrajat, 2002)

Laju alir ampas = 3.600 kg/jam

Densitas cake = 1.430,2 kg/m3 (Sudrajat, 2002)

Desain Filter Press

Direncanakan luas penyaringan efektif filter press untuk waktu proses 1 jam


Volume Filtrat jam1kg/m979

kg/jam 6.0003

= 6,02 m3

Volume cake pada filter press = jam1kg/m2,4301

kg/jam 3.6003 = 2,52 m

3

Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan :

W)(1

WA)LE(Vs)E1(AL

(Foust, 1979)

Dimana : L = tebal cake pada frame (m)

A = luas penyaringan efektif (m2)

E = poros partikel = 0,32

s = densitas solid (kg/m3)

= densitas filtrat (kg/m3)

W = fraksi massa cake dalam umpan

V = volume filtrat (m3)

W = 375,0kg/jam600.9

kg/jam 3.600

umpan massaalir laju

massaalir laju

cake

Tebal cake pada frame diestimasikan = 20 cm = 0,2 m

Direncanakan setiap plate mempunyai luas 1 m2 maka luas efektif penyaringan

(A):

)375,0(1

0,375A)2,032,0(02,69972,430.1)32,01(A2,0

A = 38,4 m2

Jumlah plate (n) = buah4,38m1

m 38,42

2

Faktor keamanan = 10 %

Jumlah plate yang dibutuhkan = 1,1 x 38,4 = 42,24 buah

Maka diambil jumlah plate = 43 buah

Jumlah frame = jumlah plate = 43 buah

LC.9 Tangki Penampung Ampas Cair (F-230)

Fungsi : Menampung ampas cair setelah penyaringan pada filter press.

Bentuk : Persegi Panjang


Bahan konstruksi : Beton kedap air

Jumlah : 1 unit

Kondisi penyimpanan :

Temperatur = 30 C

Tekanan = 1 atm


Laju alir massa = 5.760 kg/jam = 138.240 kg/hari

Densitas ampas cair = 1.028,6 kg/m3 (Sudrajat, 2002)

Faktor kelonggaran = 20

Desain Tangki

a. Volume tangki

Laju alir volumetrik (Q) 3kg/m6,028.1

kg/hari 138.240 = 134,4 m

3/hari

Volume cairan = 134,4 m3/hari 1 hari = 134,4 m3

Volume bak = (1 + 0,2) 134,4 m3 = 161,28 m3

b. Ukuran tangki

Direncanakan ukuran bak:

Panjang bak (p) = 2 x Lebar bak (l), maka p = 2 l

Tinggi bak (t) = x Lebar bak (l), maka t = l

Volume bak (V) = p x l x t

161,28 = 2 l x l x l

Lebar bak (l) = 5,44 m

Panjang bak (p) = 10,88 m

Tinggi bak (t) = 2,72 m

b. Tekanan Tangki

Tinggi cairan dalam tangki m 267,2m 72,2m28,161

m 134,43

3


= 1.028,6 kg/m3 9,8 m/s

2 2,267 m

= 22.852 Pa = 22,85 kPa




Faktor kelonggaran = 20%


LC.10 Blower 1 (G-311)

Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Fermentor ke Adsorber.

Jenis : Blower sentrifugal

Bahan konstruksi : Carbon Steel

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 30C = 303,15 K

Tekanan = 1 atm

Laju alir gas = 9.750 kg/jam

Tabel LC.1 Komposisi Umpan Masuk Blower 1

Komponen F

(kg/jam)

N

(kmol/jam)

% mol

(xi) BM xi . BM

CH4 3.090,75 193,172 55,92 16 8,947

CO2 6.630 150,682 43,62 44 19,193

H2S 1,0725 0,032 0,01 34 0,003

H2O (g) 28,1775 1,565 0,45 18 0,081

Total 9.750 345,451 100

28,224

BM Campuran = xi . Bmi = 28,224 kg/kmol

Densitas = 303,15 . 0,08206 . 1

28,224 . 1

zRT

BM . P = 1,135 kg/m

3

Faktor keamanan = 20

Desain Blower

a. Volume gas

Laju alir volumetrik (Q) 3kg/m135,1

kg/jam 9.750

= 8.590,31 m3/jam = 5.056,07 ft

3/min

b. Daya blower


Daya blower (P) 33000

Q 144 (Perry dan Green, 1999)

Efisiensi blower () = 7 %

hp55,1633000

/minft 5.056,07 ,750 144P

3

LC.11 Adsorber I (D-310)

Fungsi : Menyerap gas H2S yang terkandung dalam gas bio.

Bentuk : Fixed bed ellipsoidal


Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 41 C = 314 K

Tekanan = 1 atm

Laju alir H2S = 27,5 kg/hari = 0,8 kmol/hari

Laju alir gas masuk = 249.600 kg/hari

Tabel LC.2 Komposisi Umpan Masuk Adsorber I

Komponen F

(kg/hari)

N

(kmol/hari)

% mol

(xi) BM xi . BM

CH4 79.123,2 4.945,2 55,918 16 8,95

CO2 169.728 3.857,5 43,619 44 19,19

H2S 27,5 0,8 0,009 34 0,003

H2O(g) 721,3 40,1 0,454 18 0,082

Total 249.600 8.843,6 100

28,23


Densitas gas masuk = 303 . 0,08206 . 1

28,28 . 1

zRT

BM . P = 1,135 kg/m

3

Desain Adsorber

a. Volume Adsorben sponge iron (Fe2O3)

Kebutuhan adsorben 20 kg H2S/100 kg sponge iron

Densitas adsorben = 5.240 kg/m3 (Sudrajat, 2002)

Porositas desain adsorber () = 0,4


Jumlah adsorben SH kg20

kg100S/hariH kg 5,72

2

2

ironsponge

= 137,5 kg/hari


Jumlah adsorben aktual = 1,2 137,5 = 165 kg/hari

Volume adsorben 3kg/m240.5)4,01(

kg/hari 165

)1(

m

= 0,052 m3/hari

Direncanakan bed untuk 12 bulan operasi, maka banyaknya katalis:

Volume bed = 0,052 m3/hari 30 hari/bulan 12 bulan

Volume bed = 18,72 m3

b. Ukuran adsorber




Hh = tinggi head

D = diameter tangki

Laju alir volumetrik gas masuk (Q) 3kg/m135,1

kg/hari 249.600

= 219.911,9 m3/hari

Kecepatan gas masuk yang ideal agar terjadi waktu pengontakkan yang

cukup untuk reaksi dan menjaga agar penurunan tekanan tidak berlebihan

adalah maksimum 10 ft/min (u = 4.389 m/hari)

Tinggi bed hari/m 219.911,9

m/hari 4.389 m 18,72

masuk gas Q

u V3

3

bed

= 0,37 m = 1,21 ft

Luas penampang bed (A) 2

3

m6,50m 0,37

m 18,72

Tinggi

V

bed

bed

Diameter bed (D) ft 28,34 m03,8/4

m 50,6

/4

A 2

Diameter tangki = Diameter bed = 8,03 m

Tinggi shell (Hs): Hs = 3/2 D = 12,05 m



Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + 2 Hh = 16,07 m

c. Tebal tangki





Allowable stress = 13.700 psia

= 94.457,85 kPa (Brownell dan Young, 1959)

Tebal shell tangki:

in 25,0m 0065,0

kPa) (121,591,2(0,8)kPa) (94.457,852

m) (8,03 kPa) (121,59

1,2P2SE

PDt


Tebal shell yang dibutuhkan = 0,25 in + 0,125 in = 0,375 in

Tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in (Brownell dan Young, 1959)

Tebal tutup tangki:

in 25,0m 0065,0

kPa) (121,590,2(0,8)kPa) (94.457,852

m) (8,03 kPa) (121,59

0,2P2SE

PDt


Tebal head yang dibutuhkan = 0,25 in + 0,125 in = 0,375 in

Tebal head standar yang digunakan = 3/8 in (Brownell dan Young, 1959)


Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Adsorber I ke Adsorber II.



Jumlah : 1 unit


Kondisi operasi:


Tekanan = 1 atm

Laju alir gas = 3.088,021 kg/jam


Komponen F

(kg/jam)

N

(kmol/jam)

% mol

(xi) BM xi . BM

CH4 3.059,843 191,24 99,19 16 15,87

H2O (g) 28,1775 1,565 0,81 18 0,15

Total 3.088,021 192,805 100

16,02

BM Campuran = xi . Bmi = 1 ,02 kg/kmol

Densitas = 298,15 . 0,08206 . 1

16,02 . 1

zRT

BM . P = 0,655 kg/m

3


Desain Blower

a. Volume gas


kg/jam 3.088,021

= 4.714,54 m3/jam = 2.774,87 ft

3/min

b. Daya blower




hp08,933000

/minft 2.774,87 ,750 144P

3

LC.13 Adsorber II (D-320)

Fungsi : Menyerap uap air yang terkandung dalam gas bio.

Bentuk : Fixed bed ellipsoidal



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 40,5 C = 313,5 K

Tekanan = 1 atm

Laju alir massa air = 29,8 kg/jam = 715,2 kg/hari

Densitas air = 997,08 kg/m3 (Geankoplis, 2003)

Laju alir gas masuk = 247.077,6 kg/hari

Tabel LC.4 Komposisi Umpan Masuk Adsorber II

Komponen F

(kg/hari)

N

(kmol/hari)

% mol

(xi) BM xi . BM

CH4 78.331,2 4.895,7 55,92 16 8,95

CO2 168.031,2 3.818,9 43,62 44 19,19

H2O(g) 715,2 39,7 0,46 18 0,08

Total 247.077,6 8.754,3 100

28,22


Densitas gas masuk = 303 . 0,08206 . 1

28,22 . 1

zRT

BM . P = 1,135 kg/m

3

Desain Adsorber

a. Volume Adsorben silica gel

Kemampuan penyerapan silica gel 0,4 kali massa kering

(Engineertoolbox,2012).

Kebutuhan adsorben 40 kg H2O / 100 kg silica gel

Densitas adsorben = 720 kg/m3

(Engineertoolbox,2012).

Porositas desain adsorber () = 0,4

Jumlah adsorben SH kg40

kg100O/hariH kg 2,157

2

2

ironsponge

= 1.788 kg/hari


Jumlah adsorben aktual = 1,2 1.788 = 2.145,6 kg/hari

Volume adsorben 3kg/m720)4,01(

kg/hari 2.145,6

)1(

m

= 4,97 m3/hari


Direncanakan bed untuk 1 bulan operasi, maka banyaknya katalis:

Volume bed = 4,97 m3/hari 30 hari/bulan

Volume bed = 149,1 m3

b. Ukuran adsorber




Hh = tinggi head

D = diameter tangki

Laju alir volumetrik gas masuk (Q) 3kg/m135,1

kg/hari 247.077,6

= 215.046,3 m3/hari

Kecepatan gas masuk yang ideal agar terjadi waktu pengontakkan yang

cukup untuk reaksi dan menjaga agar penurunan tekanan tidak berlebihan

adalah maksimum 10 ft/min (u = 4.389 m/hari)

Tinggi bed hari/m 215.046,3

m/hari 4.389 m 149,1

masuk gas Q

u V3

3

bed

= 3,04 m

Luas penampang bed (A) 2

3

m05,49m 3,04

m 149,1

Tinggi

V

bed

bed

Diameter bed (D) ft 25,9 m9,7/4

m 49,05

/4

A 2

Diameter tangki = Diameter bed = 7,9 m

Tinggi shell (Hs): Hs = 3/2 D = 11,85 m


Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + 2 Hh = 15,8 m

c. Tebal tangki








Tebal shell tangki:

in 236,0m 006,0

kPa) (121,591,2(0,8)kPa) (94.457,852

m) (7,9 kPa) (121,59

1,2P2SE

PDt




Tebal tutup tangki:

in 236,0m 006,0

kPa) (121,590,2(0,8)kPa) (94.457,852

m) (7,9 kPa) (121,59

0,2P2SE

PDt





Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Adsorber II ke Membran

Kontaktor Hollow Fiber.



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 40,5C = 313,65 K

Tekanan = 1 atm




Komponen F

(kg/jam)

N

(kmol/jam)

% mol

(xi) BM xi . BM

CH4 3.260,57 257,563 56,18 16 8,989

CO2 6.994,28 200,909 43,82 44 19,281

Total 10.254,85 458,472 100

28,27


Densitas = 313,65 . 0,08206 . 1

28,27 . 1

zRT

BM . P = 1,098 kg/m

3


Desain Blower

a. Volume gas


kg/jam10.254,85

= 9.339,57 m3/jam = 5.497,06 ft

3/min

b. Daya blower




hp99,1733000

/minft 5.497,06 ,750 144P

3

LC.15 Membran Kontaktor Hollow Fiber (D-330)

Fungsi : Memisahkan produk hasil fermentasi berupa CO2 dari

produk utama CH4.

Bentuk : hollow fiber (shell and tube membran)

Jumlah : 1 unit

Perhitungan :

Laju alir masuk = 246.116,3 kg/hari

Densitas gas bio = {( CH4 x XCH4) + ( CO2 x XCO2)}

= {(0,717 x 0,32) + (2,814 x 0,68)}

= 0,229 + 1,91 = 2,14 kg/m3


Laju alir volumetrik =

= 115.007,6 m3/hari

= 4.791.983,33 L/jam

Data spesifikasi membran hollow fiber yang sesuai adalah:

- Tipe : Ultrafiltrasi

- Jenis : Hollow Fiber

- Model : U-220

- Material : PP

- Dimensi : Dia. 2 x L 20

- Kapasitas : 150 L/jam

- Jumlah filter : 42.691 unit

(GDP Filter, 2011)


Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Membran Kontaktor Hollow

Fiber ke Tangki Akumulasi.



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:


Tekanan = 1 atm


BM = 16 kg/kmol

Densitas = 298,15 . 0,08206 . 1

16 . 1

zRT

BM . P = 0,654 kg/m

3



Desain Blower

a. Volume gas


kg/jam96,227.3

= 4.935,72 m3/jam = 2.905,06 ft

3/min

b. Daya blower




hp51,933000

/minft 2.905,06 ,750 144P

3

LC.17 Tangki Akumulasi Metana Gas (F-410)

Fungsi : Menampung metana gas.

Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal


Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = 22 C = 295 K

Tekanan = 1 atm


Laju alir massa = 28.566,04 kg/jam = 685.584,96 kg/hari

Densitas = 295 . 0,08206 . 1

16 . 1

zRT

BM . P = 0,66 kg/m

3


Desain Tangki

a. Volume tangki


kg/hari 685.584,96 = 1.038.765,1 m

3/hari

Volume gas = 1.038.765,1 m3/hari 1 hari = 1.038.765,1m3

Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) 1.038.765,1 m3 = 1.246.518,12 m

3






Hh = tinggi head

D = diameter tangki

Volume shell tangki (Vs): 32 D16

5HsD

4

1Vs

Volume tutup tangki (Vh): 32 D

24

1HhD

6

1Vs

Volume tangki (V):

3D48

19121.246.518,

Vh 2VsV

Maka: D = 100 m; Hs = 125 m

Diameter tutup = Diameter tangki = 100 m

Tinggi head (Hh): Hh = D = 25 m

Tinggi tangki (Ht): Ht = Hs + 2 Hh = 175 m

c. Tebal tangki

P = 11.038.765,

295 . 0,0820616

1 . 685.584,96

V

RTBM

G t

V

nRT

= 1 atm

P = 101,325 kPa









Tebal shell tangki:

in 96,4m 126,0

kPa) (243,181,2(0,8)kPa) 3(120.657,82

m) (100 kPa) (243,18

1,2P2SE

PDt




Tebal tutup tangki:

in 96,4m 126,0

kPa) (243,180,2(0,8)kPa) 3(120.657,82

(100m) kPa) (243,18

0,2P2SE

PDt




LC.18 Kompresor (G-421)

Fungsi : Menaikkan tekanan gas CH4 dari 1 bar menjadi 60 bar.

Jenis : Multistage reciprocating compressor

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur masuk = 22,23 C = 295,38 K

Tekanan masuk = 1 bar = 100 kPa = 0,987 atm = 2.088,55 lbf/ft2

Tekanan keluar = 60 bar = 6.000 kPa = 59,22 atm = 125.313,28 lbf/ft2

Laju alir gas = 28.566,04 kg/jam = 685.584,96 kg/hari

Densitas = 295,38 . 0,08206 . 1

16 . 0,987

zRT

BM . P = 0,66 kg/m

3 = 0,04 lb/ft

3



Desain Kompresor

a. Volume gas


kg/hari 685.584,96 = 1.038.765,1 m

3/hari

= 25.474,75 ft3/menit = 424,58 ft

3/s

b. Daya kompresor

P

1P

Pqfm P

1k

Nsk 3,03.10k.Ns/)1k(

1

211

5-

(Peters, 2004)

dimana : P = daya yang dibutuhkan (hp)

Ns = jumlah tahap kompresi

qfml = laju alir gas volumetrik (ft3/menit)

P1 = tekanan masuk (lbf/ft2)

P2 = tekanan keluar (lbf/ft2)

k = rasio panas spesifik gas CO2 = 1,31 (Perry, 1999)

P

12.088,55

125.313,28 24.474,75 2.088,55

131,1

4 1,31 3,03.104 .31,1/)131,1(5-

P = 7926,7 hp

Efisiensi kompresor () = 7 %

hp9,568.1075,0

7,7926P

c. Temperatur keluaran kompresor

k.Ns/)1k(

1

212

P

P TT

(Peters, 2004)

4 .31,1/)131,1(

22.088,55

125.313,28 295,38T

T2 = 372,18 K = 99,03 oC

d. Diameter pipa ekonomis

Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :

De = 3,9 (Q)0,45

( )0,13 (Peters, 2004)

= 3,9 (424,58)0,45

(0,04) 0,13

= 39,07 in


Dipilih material pipa commercial steel 42 in Schedule XS :

Diameter dalam (ID) = 41 in = 3,42 ft = 1,04 m

Diameter luar (OD) = 42 in = 3,5 ft = 1,07 m

Luas penampang (A) = 10,73 ft2 (Brownell dan Young, 1959)

LC.19 Cooler (E-420)

Fungsi : Menurunkan suhu gas metana yang keluar dari

kompresor dari 99,03 C menjadi 26,85 oC.

Tipe : Shell and tube heat exchanger

Jumlah : 1 unit

Fluida panas (gas metana)

Laju alir umpan masuk = 28.566,04 kg/jam

= 62.977,3 lbm/jam

Temperatur awal (T1) = 99,03 C = 210,25 F

Temperatur akhir (T2) = 26,85 C = 80,33 F

Fluida dingin (air pendingin)

Laju alir air masuk = 43.503,16 kg/jam

= 95.908 lbm/jam

Temperatur awal (t1) = 25 C = 77 F

Temperatur akhir (t2) = 55 C = 131 F

Panas yang diserap (Q) = 5.452.685,7 kJ/jam

= 5.168.128,5 Btu/jam

1. t = beda suhu sebenarnya

Fluida Panas Fluida dingin Selisih

T1 = 210,25 F Temperatur lebih tinggi t2 = 131F t1 = 79,25F

T2 = 80,33 F Temperatur lebih rendah t1 = 77F t2 = 3,33F

T1 T2 = 129,9F Selisih t2 t1 = 54F t2 t1 = -75,9F


94,23

79,25

3,33ln

75,9-

t

tln

ttLMTD

1

2

12

F

2,4154

129,9

tt

TTR

12

21

41,07725,210

54

tT

ttS

11

12

Untuk R = 2,41 dan S = 0,41, diperoleh FT = 0,92 untuk 3-6 shell and tube

HE (Gbr. 20, Kern, 1965)

Maka t = FT LMTD = 0,92 28,33 = 26,06 F

2. Tc dan tc

2

33,8025,210

2

TTT 21c

= 145,29 F

2

13177

2

ttt 21c

= 104 F

3. Design overall coefficient (UD)

a. Dari Tabel 8, Kern (1965), cooler untuk fluida panas medium organic dan

fluida dingin air diperoleh UD = 50-125

Diestimasi UD = 125 Btu/jam ft2 F

Luas permukaan untuk perpindahan panas,

2

o

o2D

ft 01,469.1

F06,26F ft jam

Btu135

Btu/jam 55.168.128,

tU

QA

Data tube yang digunakan:

OD tube = in Pitch, PT = 1 in square pitch

BWG = 16 ID = 0,62 in

(Tabel 10, Kern)

Panjang = 16 ft a = 0,1963 ft2/ft (Tabel 10, Kern)

Jumlah tube, Nt buah7,4671963,061

1.469,01

a'L

A

Dari Tabel 9, Kern (1965), untuk in OD tube 1 in square pitch, maka

jumlah tube terdekat yang dipilih adalah 468 tubes dengan shell ID 29 in.

b. Koreksi UD

A = 468 x 16 x 0,1963 = 1469,89 ft2


Fftjam

Btu9,134

F06,26ft89,469.1

Btu/jam 55.168.128,

tA

QU

22D

Fluida dingin : sisi tube (air pendingin)

4. Flow area tube,

Jumlah tube pass, n = 6

Flow area tiap tube, at = 0,302 in2

(Kern, 1965)

2

'

t

t ft16,06144

302,0468

n144

aNta

5. Kecepatan massa

16,0

95.908

t

ta

WG

= 2ft.jam

lbm425.599

6. Bilangan Reynold

Pada tc = 104 F

= 0,69 cP = 1,6698 lbm/ft jam

(Gbr.14, Kern)

12

62,0D = 0,052 ft (Kern, 1965)

GDRe

tt

667.18425.5990,052

Re1,6698

t

7. Taksir jH dari Gbr.24, Kern

L/D = 309,67, diperoleh jH = 55

8. Pada tc = 104 F

c = 0,99 Btu/lbmF (Kern, 1965)

k = 0,36 Btu/jam.ft2(oF/ft) (Kern, 1965)

Fluida panas : sisi shell,(gas metana)

4. Flow area shell

Jumlah shell pass, n = 3

Ds = Diameter dalam shell = 21,25 in

B = baffle spacing = 12 in

PT = tube pitch = 1 in

C = clearance = PT ODtube

C = 1 = 0,25 in

n'P144

B'CDsa

T

s

2

s ft147,031144

2125,025,12a

. Kecepatan massa

1476,0

62.977,3

s

sa

WG

= 2ft.jam

lbm5,675.426

. Bilangan Reynold

Pada Tc = 145,29 F

= 0,0115 cP = 0,0278 lbm/ft jam

(Gbr.14, Kern)

ft079,012

95,0De (Kern, 1965)

GDRe

ses

1,843.227.1

0,08

sRe

0,0278

5,275.426


66,16698,1 0,99

k

c3

13

1

0,36

9.

31

k

ck

Hj

t

ih

D

1,660,05

0,3680

t

ih

t

ih

= 632,9 Btu/jam.ft

3.oF

10. Koreksi hi/t terhadap permukaan

OD

ID

t

ih

t

ioh

Anggap: 1t

0,75

0,629,632h io

hio = 523,19 Btu/jam.ft

2.oF

7. Taksir jH dari Gbr.28, Kern (1965),

diperoleh jH = 650

8. Pada Tc = 145,29 F

c = 0,57 Btu/lbm F (Kern, 1965)


93,00,02

0278,00,57

k

c3

13

1

9.

31

k

ck

Hj

s

oh

De

,950,079

0,02650 0

s

oh

s

oh

= 152,3 Btu/jam.ft

2.oF

Anggap: 1s

ho = 152,3 Btu/jam.ft

2.oF

___________________________________________________________________

11. Clean Overall coefficient, UC

F ft Btu/jam9,1173,15219,523

3,15219,523

oh

ioh

oh

ioh

U 2C

0,004789,117

789,117

UU

UUR

DC

DC

d

Rd hitung Rd batas ketentuan, dimana Rd batas yang diizinkan adalah

sebesar 0,002 maka spesifikasi cooler dapat diterima.

Pressure Drop

Fluida dingin : sisi tube (air pendingin)

1. Untuk Ret = 18.667

f = 0,0003 (Kern, 1965)

s = 1

Fluida panas : sisi shell (gas metana)

1. Res = 1.227.843,1

f = 0,0007 (Kern, 1965)

s = 0,55


2. t

10

2

t

t.s.ID.10.22,5

L.n.f.GP

1,62.1.0.10.22,5

6.16.)425.5990,0003.(P

10

2

t

Pt = 0,32 psi

3. Untuk Gt = 599.425

2.g'

V2= 0,031 (Kern, 1965)

psi74,00,0311

6.4

2.g'

V

s

n4P

2

r

PT = Pt + Pr = 0,32 + 0,74

PT = 1,06 psi

PT yang diperbolehkan = 10 psi

2. B

L121N

6112

16121N

ft771,112

25,21Ds

3. s

10

2

s

s.s.De.10.22,5

1)Ds.(N.f.GP

1.55,0.079,0.10.22,5

61.771,1.)5,675.4260,0007.(P

10

2

s

Ps = 1,59 psi

Ps yang diperbolehkan = 10 psi

LC.20 Heat Exchanger I (E-440)

Fungsi : Menurunkan suhu gas metana 60 bar dari 26,85oC

menjadi -19,55oC dengan menggunakan media

pendingin gas metana recycle.


Jumlah : 1 unit



= 62.977,3 lbm/jam

Temperatur awal (T1) = 26,85 C = 80,33 F

Temperatur akhir (T2) = -19,55 C = -3,19 F

Fluida dingin (metana recycle)

Laju alir fluida masuk = 25.338,1 kg/jam

= 55.860,9 lbm/jam

Temperatur awal (t1) = -45,95 C = -50,71 F

Temperatur akhir (t2) = 21,85 C = 71,33 F



= 2.313.465,9 Btu/jam



T1 = 80,33 F Temperatur lebih tinggi t2 = 71,33F t1 = 9F

T2 = -3,19 F Temperatur lebih rendah t1 = -50,71F t2 = 47,52F

T1 T2 = 83,52F Selisih t2 t1 = 122,04F t2 t1 = 38,52F

15,23

9

47,52ln

38,52

t

tln

ttLMTD

1

2

12

F

684,0122,04

83,52

tt

TTR

12

21

931,0)71,50(33,80

122,04

tT

ttS

11

12


HE (Kern, 1965)

Maka t = FT LMTD = 0,85 23,15 = 19,68 F

2. Tc dan tc

2

)19,3(33,80

2

TTT 21c

= 38,57 F

2

33,7171,50

2

ttt 21c

= 10,31 F


a. Dari Tabel 8 Kern (1965), diestimasi UD = 55 Btu/jam ft2 F


2

o

o2D

ft 3,137.2

F68,19F ft jam

Btu55

Btu/jam 92.313.465,

tU

QA



OD tube = in Pitch, PT = 1 in square pitch

BWG = 16 ID = 0,62 in

(Tabel 10, Kern)



2.137,3

a'L

A

Dari Tabel 9, Kern (1965), untuk in OD tube 1 in square pitch, maka


b. Koreksi UD

A = 748 x 16 x 0,1963 = 2349,32 ft2

Fftjam

Btu50

F68,19ft32,2349

Btu/jam 92.313.465,

tA

QU

22D

Fluida panas : sisi tube (gas metana)

4. Flow area tube,


Flow area tiap tube, at = 0,302 in2

(Kern, 1965)

2

'

t

t ft196,08144

302,0748

n144

aNta

5. Kecepatan massa

196,0

62.977,3

t

ta

WG

= 2ft.jam

lbm8,312.321

6. Bilangan Reynold

Pada tc = 10,31 F

= 0,0098 cP = 0,024 lbm/ft jam

(Kern, 1965)

12

62,0D = 0,052 ft (Kern, 1965)

Fluida dingin : sisi shell,( metana recycle)

4. Flow area shell

Jumlah shell pass, n = 4





C = 1 = 0,25 in

'nP144

B'CDsa

T

s

2

s ft10,041144

2125,025,19a

. Kecepatan massa

10,0

55.860,9

s

sa

WG

= 2ft.jam

lbm609.558

. Bilangan Reynold

Pada Tc = 38,57 F


GDRe

tt

7,177.6968,312.3210,052

Re0,024

t

7. Taksir jH dari Gbr.24, Kern (1965)

L/D = 309,67, diperoleh jH = 1000

8. Pada tc = 10,31 F

c = 0,505 Btu/lbmF (Kern, 1965)


90,0024,0 0,505

k

c3

13

1

0,016

9.

31

k

ck

Hj

t

ih

D

0,052

0,0161000 90,0

t

ih

t

ih

= 280,5 Btu/jam.ft

2.oF


OD

ID

t

ih

t

ioh

Anggap: 1t

0,75

0,625,280h io

hio = 231,9 Btu/jam.ft

2.oF

= 0,011 cP = 0,0266 lbm/ft jam

(Kern, 1965)

ft079,012

95,0De (Kern, 1965)

GDRe

ses

1,027.680.1

609.5580,08Re

0,0266s


diperoleh jH = 2000

8. Pada Tc = 38,57 F

c = 0,519 Btu/lbm F (Kern, 1965)


92,00,02

0266,00,519

k

c3

13

1

9.

31

k

ck

Hj

s

oh

De

,920,079

0,022000 0

s

oh

s

oh

= 447,5 Btu/jam.ft

2.oF

Anggap: 1s

ho = 447,5 Btu/jam.ft

2.oF


F ft Btu/jam7,1525,4479,312

5,4479,312

oh

ioh

oh

ioh

U 2C


0,0067,547,152

7,547,152

UU

UUR

DC

DC

d


sebesar 0,002 maka spesifikasi heat exchanger dapat diterima.

Pressure Drop

Fluida panas : sisi tube (gas metana)

1. Untuk Ret = 696.177,7

f = 0,00009 (Kern, 1965)

s = 0,55

2. t

10

2

t

t.s.ID.10.22,5

L.n.f.GP

1,052.0,55.0.10.22,5

8.16.21.312,8)0,00009.(3P

10

2

t

Pt = 0,8 psi

3. Untuk Gt = 321.312,8

2.g'

V2= 0,016 (Kern, 1965)

psi93,00,01655,0

8.4

2.g'

V

s

n4P

2

r

PT = Pt + Pr = 0,8 + 0,93

PT = 1,73 psi


Fluida dingin : sisi shell,( metana recycle)

1. Res = 1.680.022,1

f = 0,0008 (Kern, 1965)

s = 0,55

2. B

L121N

6112

16121N

ft604,112

25,19Ds

3. s

10

2

s

s.s.De.10.22,5

1)Ds.(N.f.GP

1.55,0.079,0.10.22,5

61.604,1.)609.5580,0008.(P

10

2

s

Ps = 2,82 psi



Fungsi : Mengalirkan gas bio dari Heat Exchanger I ke Splitter



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = -20C = 253,15 K


Tekanan = 1 atm


BM = 16 kg/kmol

Densitas = 253,15 . 0,08206 . 1

16 . 1

zRT

BM . P = 0,77 kg/m

3


Desain Blower

a. Volume gas


kg/jam04,566.28

= 37.098,75 m3/jam = 21.835,5 ft

3/min

b. Daya blower




hp46,7133000

/minft 21.835,5 ,750 144P

3

LC.21 Heat Exchanger II (E-450)

Fungsi : Menurunkan suhu gas metana 60 bar dari -19,55oC

menjadi -75,55oC dengan menggunakan media

pendingin gas metana recycle.


Jumlah : 1 unit



= 47.233 lbm/jam

Temperatur awal (T1) = -19,55 C = -3,19 F

Temperatur akhir (T2) = -75,55 C = -103,99 F


Fluida dingin (metana recycle)

Laju alir fluida masuk = 25.338,1 kg/jam

= 55.860,9 lbm/jam

Temperatur awal (t1) = -161,65 C = -258,97 F

Temperatur akhir (t2) = -45,95 C = -50,71 F


= 5.888.666,5 Btu/jam



T1 = -3,19 F Temperatur lebih tinggi t2 = -50,71F t1 = 47,52F

T2 = -103,99 F Temperatur lebih rendah t1 = -258,97F t2 = 154,98F

T1 T2 = 100,80F Selisih t2 t1 = 208,26F t2 t1 = 107,46F

90,90

47,52

154,98ln

107,46

t

tln

ttLMTD

1

2

12

F

484,0208,26

100,80

tt

TTR

12

21

814,0)97,258(19,3

208,26

tT

ttS

11

12


HE (Gbr. 19, Kern, 1965)

Maka t = FT LMTD = 0,88 90,90 = 79,99 F

2. Tc dan tc

2

)99,103(19,3

2

TTT 21c

= -53,59 F

2

)71,50(97,258

2

ttt 21c

= -154,84 F


c. Dari Tabel 8 Kern (1965), diestimasi UD = 50 Btu/jam ft2 F



2

o

o2D

ft 4,472.1

F99,79F ft jam

Btu50

Btu/jam 55.888.666,

tU

QA


OD tube = 1 in Pitch, PT = 1 in square pitch

BWG = 16 ID = 0,87 in

(Tabel 10, Kern)



1.472,4

a'L

A

Dari Tabel 9, Kern (1965), untuk 1 in OD tube 1 in square pitch, maka


d. Koreksi UD

A = 380 x 16 x 0,2618 = 1.591,7 ft2

Fftjam

Btu25,46

F99,79ft7,591.1

Btu/jam 55.888.666,

tA

QU

22D

Fluida dingin : sisi tube (metana recycle)

4. Flow area tube,


Flow area tiap tube, at = 0, 94 in2

(Kern, 1965)

2

'

t

t ft39,04144

594,0380

n144

aNta

5. Kecepatan massa

39,0

47.233

t

ta

WG

= 2ft.jam

lbm3,110.121


4. Flow area shell

N = Jumlah shell pass, n = 2





C = 1 1 = 0,25 in

'nP144

B'CDsa

T

s

2

s ft14,021144

2125,025,17a

. Kecepatan massa


6. Bilangan Reynold

Pada tc = -154,84 F

= 0,006 cP = 0,015 lbm/ft jam

(Kern, 1965)

12

87,0D = 0,073 ft (Kern, 1965)

GDRe

tt

5,403.5893,110.1210,073

Re0,015

t

7. Taksir jH dari Gbr.24, Kern

L/D = 220,69, diperoleh jH = 1100

8. Pada tc = -154,84 F

c = 0,423 Btu/lbmF (Kern, 1965)


89,0015,0 0,423

k

c3

13

1

0,009

9.

31

k

ck

Hj

t

ih

D

90,073

0,0091100 8,0

t

ih

t

ih

= 120,7 Btu/jam.ft

2.oF


OD

ID

t

ih

t

ioh

Anggap: 1t

1

0,877,120h io

14,0

55.860,9

s

sa

WG

= 2ft.jam

lbm4,006.399

. Bilangan Reynold

Pada Tc = -53,59 F

= 0,0081 cP = 0,0196 lbm/ft jam

(Kern, 1965)

ft083,012

99,0De (Kern, 1965)

GDRe

ses

96,669.689.1

4,006.3990,083Re

0,0196s


diperoleh jH = 900

8. Pada Tc = -53,59 F

c = 0,473 Btu/lbm F (Kern, 1965)


87,00,014

0196,00,473

k

c3

13

1

9.

31

k

ck

Hj

s

oh

De

,870,083

0,014900 0

s

oh

s

oh

= 132,3 Btu/jam.ft

2.oF

Anggap: 1s


hio = 105 Btu/jam.ft2.oF

ho = 132,3 Btu/jam.ft2.oF


F ft Btu/jam5,583,132051

3,132051

oh

ioh

oh

ioh

U 2C

0,0068,435,58

8,435,58

UU

UUR

DC

DC

d


sebesar 0,002 maka spesifikasi heat exchanger dapat diterima.

Pressure Drop

Fluida dingin : sisi tube (metana recycle)

1. Untuk Ret = 589.403,5

f = 0,00009 (Kern, 1965)

s = 0,55

2. t

10

2

t

t.s.ID.10.22,5

L.n.f.GP

1,073.0,55.0.10.22,5

4.16.)3,110.1210,0001.(P

10

2

t

Pt = 0,044 psi

3. Untuk Gt = 121.110,3

2.g'

V2= 0,0024 (Kern, 1965)

psi07,00,002455,0

4.4

2.g'

V

s

n4P

2

r

PT = Pt + Pr = 0,044 + 0,07

PT = 0,114 psi



1. Res = 1.689.669,96

f = 0,0008 (Kern, 1965)

s = 0,55

2. B

L121N

1612

16121N

ft437,112

25,17Ds

3. s

10

2

s

s.s.De.10.22,5

1)Ds.(N.f.GP

1.55,0.083,0.10.22,5

61.437,1.)0,0008.(P

10

2

s

4,006.399

Ps = 1,2 psi



LC.23 Ekspander (G-452)

Fungsi : Mengekspansikan draw-off gas metana 60 bar dari heat

exchanger II menjadi saturated metana 1 bar untuk

menghasilkan kerja (Ws) untuk digunakan pada

kompresor.

Jenis : Ekspander sentrifugal

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Tekanan masuk = 60 bar = 6.000 kPa = 59,22 atm

Tekanan keluar = 1 bar = 100 kPa = 0,987 atm

Laju alir gas = 7.141,51 kg/jam = 171.396,24 kg/hari


Desain Ekspander

a. Temperatur Ekspander

Alur 21 (Tin oC, 60 bar)

Alur 26 (-161,65 oC, 1 bar)

Perhitungan Tin dilakukan dengan menggunakan persamaan neraca energi.

Dari data termodinamika saturated metana (Perry dan Green, 1999)

T26 = 111,5 K = -161,65 oC

H26 = 796,90 kJ/kg = 12750,40 kJ/kmol (saturated vapor)

Energi keluar = F26 . H26

= 171.396,24 . 796,90

= 136.585.663,7 kJ/hari

Temperatur pada alur masuk diperoleh dengan menggunakan metode trial

and error. Diperoleh temperatur pada alur masuk ekspander yaitu Tin =

-20 oC atau 253

K.

Alur 41:

T = 253 K dan P = 60 bar

Dari data termodinamika superheated metana (Perry dan Green, 1999)

H21 = 1009,80 kJ/kg = 16.156,80 kJ/kmol

S21 = 8,883 kJ/kg


Dari data termodinamika saturated metana (Perry dan Green, 1999)

Hl = 284,73 kJ/kg H

v = 796,6 kJ/kg H

v-H

l = 511,87 kJ/kg

Sl = 4,922 kJ/kg S

v = 9,526 kJ/kg S

v - S

l = 4,604 kJ/kg

S26 = S41 = 8,883 kJ/kg

S26 = Sl + x (S

v Sl)

8,883 = 4,922 + x (4,604)

x = 0,86

H26 = Hl + x (H

v Hl)

H26 = 284,73 + 0,86 (511,87) = 724,94 kJ/kg

Haktual = Hisentropis

H26 H21 = 0,7 (H26 H26)

H26 = 79 ,1 kJ/kg 79 ,90 kJ/kg (Trial Tin diterima)

b. Daya Ekspander

Energi masuk = F21 . H21

= 171.396,24 . 1009,80

= 173.075.923,2 kJ/hari

dT

dW = F (H)aktual = Qout Qin

dT

dW

= 136.585.663,7 173.075.923,2

dT

dW = -36.217.259,5 kJ/hari (menghasilkan kerja)

Ws = -419,18 kJ/s = -419,18 kW = -562,1 hp


Fungsi : Mengalirkan metana recycle dari Flash Drum ke Heat

Exchanger II.



Jumlah : 1 unit


Kondisi operasi:

Temperatur = -161,5C = 111,65 K

Tekanan = 1 atm


BM = 16 kg/kmol

Densitas = 111,65 . 0,08206 . 1

16 . 1

zRT

BM . P = 1,75 kg/m

3


Desain Blower

a. Volume gas


kg/jam57,196.18

= 10.398,04 m3/jam = 6.120,06 ft

3/min

b. Daya blower




hp03,2033000

/minft 6.120,06 ,750 144P

3


Fungsi : Mengalirkan metana recycle dari Heat Exchanger II ke

Heat Exchanger I.



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = -46C = 227,15 K

Tekanan = 1 atm


BM = 16 kg/kmol


Densitas = 227,15 . 0,08206 . 1

16 . 1

zRT

BM . P = 0,86 kg/m

3


Desain Blower

a. Volume gas


kg/jam08,338.25

= 17.834,98 m3/jam = 10.497,27 ft

3/min

b. Daya blower




hp35,3433000

/minft 10.497,27 ,750 144P

3


Fungsi : Mengalirkan metana recycle dari Heat Exchanger I ke

Tangki Akumulasi.



Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:


Tekanan = 1 atm


BM = 16 kg/kmol

Densitas = 295,15 . 0,08206 . 1

16 . 1

zRT

BM . P = 0,66 kg/m

3



Desain Blower

a. Volume gas


kg/jam08,338.25

= 38.391,03 m3/jam = 22.596,11 ft

3/min

b. Daya blower




hp95,7333000

/minft 22.596,11 ,750 144P

3

LC.27 Flash Drum (F-460)

Fungsi : Memisahkan CH4 cair dan CH4 gas (yang tidak

mencair) yang berada dalam kesetimbangan.

Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal


Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi:

Temperatur = -161,65 C = 111,5 K

Tekanan

appendixfa

Documents