Upload
muhammad-nanda-faria
View
311
Download
35
Embed Size (px)
DESCRIPTION
neraca massa pabrik metanol dari gas alam
Citation preview
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Metode perhitungan neraca massa dilakukan menggunakan sistem maju. Dari
trial and error didapat jumlah bahan baku gas alam sebesar 52.211,2073 kg/jam
untuk mencapai produksi 400.000 ton/tahun. Jumlah metanol yang dihasilkan setiap
jam didapat melalui konversi berikut.
400,000 Ton
Tahun x
1000 Kg1 Ton
x 1Tahun
330 Hari x
1 Hari24 Jam
= 50505,0505 kg/jam
Seluruh perhitungan ini dilakukan dengan asumsi bahwa tidak ada akumulasi
massa pada setiap peralatan. Dan kesetimbangan fasa dari masing-masing komponen
dihitung dengan anggapan bahwa campuran bersifat ideal.
A.1 Komposisi Gas Alam
Tabel A.1 Perkiraan komposisi gas alam keluaran K.O Drum TangguhKomponen Persen Mol
CH4 85
C2H6 1,8
C3H8 0,4
C4H10 0,16
C5H12 0,03
C6H14 0,1
N2 0,6
CO2 11,6
O2 0,003
H2S 8 ppm
Komposisi gas alam yang digunakan diketahui dalam persen mol, Untuk
menentukan komposisi gas alam dalam persen berat, dilakukan perhitungan sebagai
berikut. Misalkan dalam 1000 kmol gas, maka berat masing-masing komponen :
CH4 : 0,85 x 1000 x 16 = 13.636,2440 kg
C2H6 : 0,018 x 1000 x 30 = 541,2427 kg
C3H8 : 0,004 x 1000 x 44 = 176,3825 kg
C4H10 : 0,0016 x 1000 x 58 = 92,9955 kg
C5H12 : 0,0003 x 1000 x 72 = 21,6446 kg
C6H14 : 0,001 x 1000 x 86 = 86,1754 kg
N2 : 0,006 x 1000 x 28 = 168,0806 kg
CO2 : 0,116 x 1000 x 44 = 5.105,1182 kg
O2 : 0,00003 x 1000 x 32 = 0,9600 kg
H2S : 0,000008 x 1000 x 34 = 0,2726 kg
19.829,1162 kg
Komposisi dalam persen berat :
CH4 : 13.636,2440 / 19.829,1162 x 100% = 68,7688 %
C2H6 : 541,2427 / 19.829,1162 x 100% = 2,7295 %
C3H8 : 176,3825 / 19.829,1162 x 100% = 0,8895 %
C4H10 : 92,9955 / 19.829,1162 x 100% = 0,4690 %
C5H12 : 21,6446 / 19.829,1162 x 100% = 0,1092 %
C6H14 : 86,1754 / 19.829,1162 x 100% = 0,4346 %
N2 : 168,0806 / 19.829,1162 x 100% = 0,8476 %
CO2 : 5.105,1182 / 19.829,1162 x 100% = 25,7456 %
O2 : 0,9600 / 19.829,1162 x 100% = 0,0048 %
H2S : 0,2726 / 19.829,1162 x 100% = 0,0014 %
100 %
Dari trial and error didapat basis perhitungan gas alam per jam sebesar 52.211,2073
kg/jam, maka berat masing-masing komponen :
CH4 : 68,7688 % x 52.211,2073 = 37.968,0811 kg
C2H6 : 2,7295 % x 52.211,2073 = 1.507,0094 kg
C3H8 : 0,8895 % x 52.211,2073 = 491,1106 kg
C4H10 : 0,4690 % x 52.211,2073 = 258,9321 kg
C5H12 : 0,1092 % x 52.211,2073 = 60,2662 kg
C6H14 : 0,4346 % x 52.211,2073 = 239,9428 kg
N2 : 0,8476 % x 52.211,2073 = 467,9954 kg
CO2 : 25,7456 % x 52.211,2073 = 14.214,4379 kg
O2 : 0,0048 % x 52.211,2073 = 2,6730 kg
H2S : 0,0014 % x 52.211,2073 = 0,7581 kg
52.211,2073 kg
A,2 Desulfurizer
Fungsi : Menjerap H2S pada gas alam
Gambar A.1 Neraca massa pada desulfurizer (C-101)
F1
Natural Gas kadar H2S tinggi
F2
Natural Gas kadar H2S rendah
F2
Natural Gas COH2
F5
F4F3
Pure O2 Steam
Reaksi : ZnO + H2S ↔ ZnS + H2O
Konversi reaksi pengikatan H2S adalah 95% ( data dari PT Pupuk Kujang ), asumsi
gas H2S terserap semua, sehingga didapat :
Tabel A.2 Rangkuman neraca massa pada desulfurizer (C-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F1 F2 F3
CH4 37.968,0811 37.968,0811
C2H6 1.507,0094 1.507,0094
C3H8 491,1106 491,1106
C4H10 258,9321 258,9321
C5H12 60,2662 60,2662
C6H14 + 239,9424 239,9424
N2 467,9954 467,9954
CO2 14.214,4379 14.214,4379
O2 2,6730 2,6730
H2S 0,7591 0,7591
Total 52.211,2073 52.211,2073
A.3 Autothermal Reforming
Fungsi : Mengubah natural gas menjadi synthesis gas
Gambar A.2 Neraca massa pada Autothermal Reforming (R-101)
Proses ini terbagi dua, yaitu reaksi yang terbentuk pada combustion zone dan
reaksi pada catalytic zone.
A.3.1 Combustion Zone
Reaksi – reaksi yang terlibat dalam proses pembakaran adalah :
CH4 + 1½ O2 CO + 2H2O
C2H6 + 2½ O2 2CO + 3H2O
C3H8 + 3½ O2 3CO + 4H2O
C4H10 + 4½ O2 4CO + 5H2O
C5H12 + 5½ O2 5CO + 6H2O
C6H14 + 6½ O2 6CO + 7H2O
Kebutuhan oksigen sebesar 80% dari jumlah karbon, karena pembakaran
terjadi secara parsial. Maka jumlah oksigen sebagai berikut :
Kebutuhan oksigen = 80% x 2442,4917
= 1953,9934 kmol/jam
Total komponen O2 dalam system adalah
= mol oksigen pada gas + mol oksigen pembakaran
= 0,0835 kmol + 1953,9934 kmol
= 1954,0769 kmol
= 62.530,4612 kg
Kebutuhan steam sebesar 60% dari total karbon, karena S/C rasio pada
autothermal reforming 0,6 (Sarah Lögdberg, 2007). Maka jumlah steam sebagai
berikut :
Kebutuhan steam = 60 % x 2442,4917
= 1465,4960 kmol/jam
= 26.378,9106 kg/jam
Tabel A.3 Tingkat reaksi pada tiap komponenKomponen Masukan (kmol) Keluaran (kmol)
CH4 2373,0051 2373,0051 – ξ1
C2H6 50,2336 50,2336 – ξ2
C3H8 11,1616 11,1616 – ξ3
C4H10 4,4643 4,4643 – ξ4
C5H12 0,8370 0,8370 – ξ5
C6H14 2,7901 2,7901 – ξ6
O2 1954,07691954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 - 4½
ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ6
CO ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6
H2O 2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6
Total4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 +
3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6
Reaksi pembakaran CH4
Nilai K diidapat dari persamaan berikut:
K = exp (-∆Go/RT ) (J.m Smith, 2005) (Pers. A.1)
Dari subtitusi nilai gibbs komponen pada temperature 12000C didapat nilai K = 1.
Selanjutnya hubungan kesetimbangan dengan fraksi komponen pada reaksi :
K = yCO + yH2O (J.m Smith, 2005) (Pers. A.2)
yCH4 + yO2
Dimana : y = fraksi komponen
K = konstanta kesetimbangan
yCO = ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6
4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6
yH2O = 2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6
4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6
yCH4 = 2.373,0051 – ξ1
4396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6
yO2 = 1954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 - 4½ ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ6
4.396,5686 + ½ ξ1 + 1½ ξ2 + 2½ ξ3 + 3½ ξ4 + 4½ ξ5 + 5½ ξ6
Subtitusikan ke persamaan A.2, maka diperoleh :
K = 2ξ12 + 7ξ1ξ2 + 10ξ1ξ3 + 13ξ1ξ4 + 16ξ1ξ5 + 19ξ1ξ6 + 6 ξ12 + 17ξ2ξ3 +
22ξ2ξ4 + 27 ξ2ξ5 + 32ξ2ξ6 + 12ξ32 + 31ξ3ξ4 + 38ξ3ξ5 + 44ξ3ξ6 + 20ξ42 +
49ξ4ξ5 + 54ξ4ξ6 + 30ξ52 + 71ξ5ξ6 + 42ξ62
4.637.034,45 – 5.514,18ξ1 – 5.932,51ξ2 – 8.305,52ξ3 – 10.678,52ξ4 –
13.051,53ξ5 – 15.424,53ξ6 + 1½ξ12 +2½ξ1ξ2 + 3½ξ1ξ3 + 4½ξ1ξ4 +
5½ξ1ξ5 + 6½ξ1ξ6
Dengan perhitungan yang sama, didapat persamaan kesetimbangan untuk semua
reaksi pembakaran karbon. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-
solve dalam program Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, ξ3, ξ4, ξ5, dan ξ6. Adapun nilai
keenam xi tersebut sebagai berikut:
Tabel A.4 Nilai xi dari setiap reaksiξ1 1236,3356 ξ4 2,1227
ξ2 21,8516 ξ5 0,4197
ξ3 4,4478 ξ6 1,5442
Kemudian nilai xi dari setiap reaksi disubtitusi dalam persamaan kesetimbangan
masing - masing, sehingga didapat mol keluaran combustion zone sebagai berikut.
Tabel A.5 Keluaran combustion zoneKomponen Persamaan Keluaran (kmol)
CH4 2373,0051 – ξ1 1.137,67
C2H6 50,2336 – ξ2 28,38
C3H811,1616 – ξ3 6,71
C4H104,4643 – ξ4 2,34
C5H120,8370 – ξ5 0,42
C6H142,7901 – ξ6 1,25
O2
1954,0769 – 1½ ξ1 - 2½ ξ2 - 3½ ξ3 -
4½ ξ4 - 5½ ξ5 - 6½ ξ67,48
CO ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6 1.313,24
H2O 2ξ1 + 3ξ2 + 4ξ3 + 5ξ4 + 6ξ5 + 7ξ6 4.045,46
A.3.2 Catalytic Zone
Reaksi – reaksi yang terlibat dalam proses katalitik adalah :
CH4 + H2O CO + 3H2
C2H6 + 2H2O 2CO + 5H2
C3H8 + 3H2O 3CO + 7H2
C4H10 + 4H2O 4CO + 9H2
C5H12 + 5H2O 5CO + 11H2
C6H14 + 6H2O 6CO + 13H2
CO + H2O CO2 + H2
Tabel A.6 Tingkat reaksi pada tiap komponenKomponen Masukan (kmol) Keluaran (kmol)
CH4 1.137,67 1.137,67 – ξ1C2H6 28,38 28,38 – ξ2C3H8 6,71 6,71 – ξ3C4H10 2,34 2,34 – ξ4C5H12 0,42 0,42 – ξ5C6H14 1,25 1,25 – ξ6CO 1.313,24 1.313,24 + ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 +
6ξ6 - 7ξ7
H2O 4.045,464.045,46 - ξ1 - 2ξ2 - 3ξ3 - 4ξ4 - 5ξ5 - 6ξ6
- ξ7
H23ξ1 + 5ξ2 + 7ξ3 + 9ξ4 + 11ξ5 + 13ξ6 +
ξ7CO2 323,06 323,06 + ξ7
Total6857.52 + 2ξ1 + 5ξ2 + 6ξ3 + 8ξ4 + 10ξ5 +
12ξ6 - 6ξ7
Subtitusi ke pers. A.2, maka diperoleh persamaan kesetimbangan untuk ketujuh
reaksi. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-solve dalam program
Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, ξ3, ξ4, ξ5, ξ6, dan ξ7. Adapun nilai ketujuh xi tersebut
sebagai berikut:
Tabel A.7 Nilai xi dari setiap reaksiξ1 556,52 ξ5 0,34
ξ2 24,05 ξ6 1,10
ξ3 5,81 ξ7 667,97
ξ4 1,95
Subtitusi dalam reaksi kesetimbangan masing - masing, sehingga didapat mol
keluaran catalytic zone sebagai berikut.
Tabel A.8 Keluaran catalytic zoneKomponen Persamaan Keluaran (kmol)
CH4 1.137,67 – ξ1 140.15
C2H6 28,38 – ξ2 4.33
C3H8 6,71 – ξ3 0.91
C4H10 2,34 – ξ4 0.39
C5H12 0,42 – ξ5 0.08
C6H14 1,25 – ξ6 0.14
CO 1.313,24 + ξ1 + 2ξ2 + 3ξ3 + 4ξ4 + 5ξ5 + 6ξ6 - 7ξ7
1,713.46
H2O4.045,46 - ξ1 - 2ξ2 - 3ξ3 - 4ξ4 - 5ξ5
- 6ξ6 - ξ72,289.30
H23ξ1 + 5ξ2 + 7ξ3 + 9ξ4 + 11ξ5 +
13ξ6 + ξ73864.123148
CO2 323,06 + ξ7 1,001.02
Tabel A.9 Komposisi massa pada keluaran catalytic zoneKomponen BM Keluaran (kmol) Keluaran (kg)
CH4 16 140,15 2.242,42
C2H6 30 4,33 129,85
C3H8 44 0,91 39,82
C4H10 58 0,39 22,75
C5H12 72 0,08 5,45
C6H14 86 0,14 12,08
CO 28 1.713,46 47.976,80
H2O 18 2.289,30 41.207,35
H2 2 3.864,1232 7.728,25
CO2 44 1.001,02 44.045,10
Tabel A.10 Rangkuman neraca massa pada autothermal reforming (R-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F2 F4 F5 F6
CH4 37.968,0811 2.242,4214
C2H6 1.507,0094 129,8477
C3H8 491,1106 39,8203
C4H10 258,9321 22,7482
C5H12 60,2662 5,4467
C6H14 + 239,9424 12,0847
N2 467,9954 467,9954
CO2 14.214,4379 44.045,0958
O2 2,6730 62.527,7882 239,2820
H2O 26.378,9106 41.207,3538
CO 47.976,8045
H2 7.728,2463Total 144.117,1469 144.117,1469
A.4 Reaktor Metanol
Fungsi : Mengubah syngas menjadi methanol
Gambar A.3 Neraca massa pada reaktor metanol (R-102)
Reaksi pada pembentukan metanol :
CO + 2H2 CH3OH ΔHR,298K = -90.8 kJ/mol
CO2 + 3H2 CH3OH + H2O ΔHR,298K = -49.6 kJ/mol
CO + H2O CO2 + H2 ΔHR,298K = -41 kJ/mol
Tabel A.11 Tingkat reaksi pada tiap komponenKomponen Masukan (kmol) Keluaran (kmol)
CO 1.713,4573 1.713,4573 - ξ1 – ξ3
F6 F7
COH2
CH3OHH2OCO2
H2
H2 3.864,1231 3.864,1231 - 2ξ1 -3ξ2 + ξ3
CO2 1.001,0249 1.001,0249 – ξ2 + ξ3
H2O 2.289,2974 2.289,2974 + ξ2 – ξ3
CH3OH ξ1 + ξ2
Total 8.867,9028 - 2ξ1 - 2ξ2
Subtitusikan ke pers. A.2, maka diperoleh persamaan kesetimbangan untuk ketiga
reaksi. Dengan metode trial and error menggunakan fungsi F-solve dalam program
Matlab, didapat nilai ξ1, ξ2, dan ξ3. Adapun nilai ketiga xi tersebut sebagai berikut:
Tabel A.12 Nilai xi dari setiap reaksiξ1 944,9717
ξ2 634,1493
ξ3 514,0372
Subtitusi dalam reaksi kesetimbangan masing - masing, sehingga didapat mol
keluaran reaktor metanol sebagai berikut.
Tabel A.13 Keluaran reaktor metanolKomponen Persamaan Keluaran (kmol)
CO 1.713,4573 - ξ1 – ξ3 254,4484
H2 3.864,1231 - 2ξ1 -3ξ2 + ξ3 585,7691
CO21.001,0249 – ξ2 + ξ3 880,9128
H2O 2.289,2974 + ξ2 – ξ3 2.409,4095
CH3OH ξ1 + ξ2 1.579,1210
Tabel A.14 Komposisi massa pada keluaran reaktor metanolKomponen BM Keluaran (kmol) Keluaran (kg)
CO 28 254,4484 7.124,5555
H2 2 585,7691 1.171,5382
CO2 44 880,9128 38.760,1640H2O 18 2.409,4095 43.369,3713
CH3OH 32 1.579,1210 50.531,8714
Tabel A.15 Rangkuman neraca massa pada reaktor metanol (R-102)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F6 F7
CH4 2.242,4214 2.242,4214
C2H6 129,8477 129,8477
C3H8 39,8203 39,8203
C4H10 22,7482 22,7482
C5H12 5,4467 5,4467
C6H14 + 12,0847 12,0847
N2 467,9954 467,9954
CO2 44.045,0958 38.760,1640
O2 239,2820 239,2820
H2O 41.207,3538 43.369,3713
CO 47.976,8045 7.124,5555
H2 7.728,2463 1.171,5382
CH3OH 50.531,8714
Total 144.117,1469 144.117,1469
A.5 High Presssure Separator
Fungsi : Memisahkan gas dengan kondensat metanol dan air
CxHy
CO2
H2
N2
O2
CO
Gambar A.4 Neraca massa pada high pressure separator (V-101)
Gas keluaran reaktor didinginkan dengan sebuah cooler sehingga terjadi
pengembunan parsial. Pendinginan dilakukan hingga pada temperatur 60 0C, sehingga
hanya H2O dan CH3OH yang mengalami kondensasi. Asumsi dua komponen tersebut
terkondensasi sempurna, sehingga keluaran separator sebagai berikut:
Tabel A.16 Rangkuman neraca massa pada high pressure separator (V-101)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F7 F8 F9
CH4 2.242,4214 2.242,4214
C2H6 129,8477 129,8477
C3H8 39,8203 39,8203
C4H10 22,7482 22,7482
C5H12 5,4467 5,4467
C6H14 + 12,0847 12,0847
N2 467,9954 467,9954
CO2 38.760,1640 38.760,1640
O2 239,2820 239,2820
H2O 43.369,3713 43.369,3713
CO 7.124,5555 7.124,5555
F7
F8
F9
CH3OHH2OCO2
H2
CH3OHH2O
F9 F10
F11
CH3OHH2O
CH3OH 99,85 %H2O 0,15 %
CH3OH 0,3 %H2O 99,7 %
H2 1.171,5382 1.171,5382
CH3OH 50.531,8714 50.531,8714
Total 144.117,1469 144.117,1469
Gas yang terpisah ditangani dengan proses shift gas converter dan CO2
absorber agar limbah gas lebih ramah lingkungan dan dapat digunakan sebagai bahan
bakar. Sedangkan cairan metanol yang telah terkondensat dipisahkan dengan kolom
distilasi untuk mendapatkan metanol dengan grade AAA (99,85 wt%).
A.5 Kolom Distilasi Metanol
Fungsi: Memisahkan metanol dengan air hingga didapat metanol murni
Gambar A.5 Neraca massa pada kolom distilasi metanol (C-102)
Diharapkan pada hasil puncak akan diperoleh metanol dengan kemurnian 99,85 wt %.
Komponen masuk kolom:
CH3OH = 50.531,8714 kg/jam
H2O = 43.369,3713 kg/jam
93.901,2427 kg/jam
Fraksi massa komponen:
CH3OH = 54 %
H2O = 46 %
Neraca bahan total:
F = D + W
93.201,2427 = 50.505,0505 + W
W = 43.396,1922
Neraca bahan komponen metanol:
F XF = D XD + W XW
(93.201,2427) (0.54) = (50.505,0505) (0.9985) + (43.396,1922) (XW)
50.531,8714 = 50.429,2929 + 43.396,1922 XW
XW = 0,0024
Hasil Puncak:
CH3OH = 0,9985 (50.505,0505) = 50.429,2929
H2O = 0.0015 (50.505,0505) = 75,7576
Hasil Dasar
CH3OH = 0,0024 (43.396,1922) = 102,5785
H2O = 0,9976 (43.396,1922) = 43.293,6138
Tabel A.17 Rangkuman neraca massa pada kolom distilasi metanol (C-102)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F9 F10 F11
CH3OH 50.531,8714 50.429,2929 102,5785
H2O 43.369,3713 75,7576 43.293,6138
Total 93.901,2427 93.901,2427
A.6 High Temperature Shift Reactor
Fungsi: Mengubah CO menjadi CO2 dan H2 pada temperature 450 0C dan tekanan 50
cm2/kg dengan keluaran CO sebesar 4% (Byron Smith, 2010)
Gambar A.6 Neraca massa pada high temperature shift reactor (R-201)
Reaksi yang terjadi: CO + H2O CO2 + H2
Dengan mengetahui keluaran CO sebesar 4%, tingkat reaksi dapat ditentukan
menggunakan persamaan:
r = Nin – Nout ( Octave Levenspiel, 2002) (Pers. A.3)
±v
Dimana :
v = Koefisien reaksi. Jika reaktan bertanda negatif (-), dan jika produk
bertanda positif (+)
F8 F13
F12
CxHy
CO2
H2
N2
O2
CO
CxHy
CO2
H2
N2
O2
COH2O
H2O
r = Laju reaksi
Fin CO = 7.124,5555 kg/jam Fout CO = 4% x Fin CO
= 254,4484 kmol/jam = 4% x 245,4484 kmol/jam
= 10,1779 kmol/jam
= 284,9822 kg/jam
Sehingga nilai ξ sebesar :
r = 254,4484 kmol/jam - 10,1779 kmol/jam
1
r = 244,2705 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam HTS ini adalah CO, H2O, CO2, dan H2.
Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :
Komponen H2O
Kebutuhan steam ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga
kebutuhan steam sebesar 254,4484 kmol/jam
Fin H2O = 254,4484 kmol/jam
= 4.580,0714 kg/jam
Fout H2O = Nin - r ξ
= 254,4484 kmol/jam - 244,2705 kmol/jam
= 10,1779 kmol/jam
= 183,2029 kg/jam
Komponen CO2
Fin CO2 = 38.760,1640 kg/jam
= 880,9128 kmol/jam
Fout CO2 = Nin + r ξ
= 880,9128 kmol/jam + 244,2705 kmol/jam
= 1.125,1823 kmol/jam
= 49.508,0649 kg/jam
Komponen H2
Fin H2 = 1.171,5382 kg/jam
= 585,7691 kmol/jam
Fout H2 = Nin + r ξ
= 585,7691 kmol/jam + 244,2705 kmol/jam
= 830,0396 kmol/jam
= 1.660,0791 kg/jam
Tabel A.18 Rangkuman neraca massa pada high temperature shift reactor (C-201)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F8 F12 F13
CH4 2.242,4214 2.242,4214
C2H6 129,8477 129,8477
C3H8 39,8203 39,8203
C4H10 22,7482 22,7482
C5H12 5,4467 5,4467
C6H14 + 12,0847 12,0847
N2 467,9954 467,9954
CO2 38.760,1640 49.508,0649
O2 239,2820 239,2820
CO 7.124,5555 284,9822
H2 1.171,5382 1.660,0791
H2O 4.580,0714 183,2029
Total 54.795,9756 54.795,9756
A.7 Low Temperature Shift Reactor
Fungsi: Mengubah CO menjadi CO2 dan H2 pada temperature 200 0C dan tekanan 50
cm2/kg dengan keluaran CO sebesar 0,3% (Byron Smith, 2010)
Gambar A.7 Neraca massa pada low temperature shift reactor (R-202)
Reaksi yang terjadi: CO + H2O CO2 + H2
Dengan mengetahui keluaran CO sebesar 0,3%, tingkat reaksi dapat ditentukan
menggunakan persamaan A.3, sehingga didapat :
Fin CO = 284,9822 kg/jam Fout CO = 0,3% x Fin CO
= 10,1779 kmol/jam = 0,3% x 10,1779 kmol/jam
= 0,0305 kmol/jam
= 0,8549 kg/jam
Sehingga nilai ξ sebesar :
r = 10,1779 kmol/jam - 0,0305 kmol/jam
1
F13 F14
CxHy
CO2
H2
N2
O2
COH2O
CxHy
CO2
H2
N2
O2
COH2O
r = 10,1474 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam LTS ini adalah CO, H2O, CO2, dan H2.
Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :
Komponen H2O
Kebutuhan steam ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga
kebutuhan steam sebesar 10,1779 kmol/jam
Fin H2O = 10,1779 kmol/jam
= 183,2029 kg/jam
Fout H2O = Nin - r ξ
= 10,1779 kmol/jam - 10,1474 kmol/jam
= 0,0305 kmol/jam
= 0,5496 kg/jam
Komponen CO2
Fin CO2 = 49.508,0649 kg/jam
= 1.125,1833 kmol/jam
Fout CO2 = Nin + r ξ
= 1.125,1833 kmol/jam + 10,1474 kmol/jam
= 1.135,3307 kmol/jam
= 49.954,5506 kg/jam
Komponen H2
Fin H2 = 1.660,0791 kg/jam
= 830,0396 kmol/jam
Fout H2 = Nin + r ξ
F14 F16
F17 CO2 98%
= 830,0396 kmol/jam + 10,1474 kmol/jam
= 840,1870 kmol/jam
= 1.680,3740 kg/jam
Tabel A.19 Rangkuman neraca massa pada high temperature shift reactor (C-201)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F13 F14
CH4 2.242,4214 2.242,4214
C2H6 129,8477 129,8477
C3H8 39,8203 39,8203
C4H10 22,7482 22,7482
C5H12 5,4467 5,4467
C6H14 + 12,0847 12,0847
N2 467,9954 467,9954
CO2 49.508,0649 49.954,5506
O2 239,2820 239,2820
CO 284,9822 0,8549
H2 1.660,0791 1.680,3740
H2O 183,2029 0,5496
Total 54.795,9756 54.795,9756
A.8 Absorber Column
Fungsi : Memisahkan CO2 dari gas yang akan dibakar menggunakan larutan K2CO3
dengan konversi 98% (operating manual PT Arun NGL).
Gambar A.8 Neraca massa pada kolom absorber column (C-203)
Reaksi yang terjadi : K2CO3 + CO2 + H2O 2KHCO3
Dengan mengetahui konversi CO2 sebesar 98%, maka tingkat reaksi dapat ditentukan
dengan pers. A.3. Sehingga didapat :
Fin CO2 = 49.954,5506 kg/jam Fout CO2 = (100 – 98)% x Fin CO2
= 1.135,3307 kmol/jam = (100 - 98)% x 1.135,3307 kmol/jam
= 20,7066 kmol/jam
= 999,0910 kg/jam
Sehingga nilai ξ sebesar :
r = 1.135,3307 kmol/jam - 20,7066 kmol/jam
1
r = 1.112,6241 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam kolom ini adalah K2CO3, H2O, CO2, dan
2KHCO3. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :
Komponen K2CO3
Kebutuhan K2CO3 ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga
kebutuhan K2CO3 sebesar 1.135,3307 kmol/jam
Fin K2CO3 = 1.135,3307 kmol/jam
= 156.675,6359 kg/jam
Fout K2CO3 = Nin - r ξ
= 1.135,3307 kmol/jam - 1.112,6241 kmol/jam
= 22,7066 kmol/jam
= 3.133,5127 kg/jam
Komponen H2O
Kebutuhan H2O ditentukan dengan perbandingan mol stoikiometri 1 : 1. Sehingga
kebutuhan H2O sebesar 1.135,3307 kmol/jam. H2O yang ditambahkan merupakan air
yang terdapat pada absorben, sehingga asumsi tidak mempengaruhi kadar air
(moisture) yang terdapat pada gas.
Fin H2O = 1.135,3307 kmol/jam
= 20.435,9525 kg/jam
Fout H2O = Nin - r ξ
= 1.135,3307 kmol/jam - 1.112,6241 kmol/jam
= 22,7066 kmol/jam
= 408,7191 kg/jam
Komponen KHCO3
Fin KHCO3 = 0 kmol/jam
Fout KHCO3 = Fin KHCO3 + 2 ξ
= 2 x 1.112,6241 kmol/jam
= 2.225,2482 kmol/jam
F17 F18
F19
KHCO3H2OK2CO3
H2OK2CO3
CO2
= 222.524,8162 kg/jam
Tabel A.20 Rangkuman neraca massa pada Absober Column (C-203)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F14 F16 F17
CH4 2.242,4214 2.242,4214
C2H6 129,8477 129,8477
C3H8 39,8203 39,8203
C4H10 22,7482 22,7482
C5H12 5,4467 5,4467
C6H14 + 12,0847 12,0847
N2 467,9954 467,9954
CO2 49.954,5506 999,0910 48.955,4596
O2 239,2820 239,2820
CO 0,8549 0,8549
H2 1.680,3740 1.680,3740
H2O 0,5496 0,5496
Total 54.795,9756 54.795,9756
A.9 Stripping Column
Fungsi : Memisahkan CO2 dari larutan absorben K2CO3.
Gambar A.9 Neraca massa pada kolom stripping column (C-204)
Reaksi yang terjadi : 2KHCO3 K2CO3 + CO2 + H2O
Pada temperature 150 0C dan tekanan 30 kg/cm2, KHCO3 akan terdesorpsi sempurna
menjadi K2CO3, CO2, dan H2O (operating manual PT Arun NGL). Maka tingkat
reaksi dapat ditentukan dengan pers. A.3. Sehingga didapat :
Fin KHCO3 = 222.524,8162 kg/jam Fout KHCO3 = 0 kmol/jam
= 2.225,2482 kmol/jam
Maka nilai ξ sebesar :
r = 2.225,2482 kmol/jam - 0 kmol/jam
2
r = 1.112,6241 kmol/jam
Komponen – komponen yang bereaksi dalam kolom ini adalah K2CO3, H2O, CO2, dan
2KHCO3. Sehingga komposisi keluar dari keempat komponen ini adalah :
Komponen H2O:
Fin H2O = 22,7066 kmol/jam
= 408,7191 kg/jam
Fout H2O = 22,7066 kmol/jam + 1.112,6241 kmol/jam
= 1.135,3307 kmol/jam
= 20.435,9525 kg/jam
Komponen CO2
Fin CO2 = 0 kmol/jam
Fout CO2 = 0 + 1.112,6241 kmol/jam
= 1.112,6241 kmol/jam
= 48.955,4596 kg/jam
Komponen K2CO3
Fin K2CO3 = 22,7066 kmol/jam
= 3.133,5127 kg/jam
Fout K2CO3 = 22,7066 kmol/jam + 1.112,6241 kmol/jam
= 1.135,3307 kmol/jam
= 48.955,4596 kg/jam
= 156.675,6359 kg/jam
Tabel A.21 Rangkuman neraca massa pada Stripping Column (C-203)
KomponenMasuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
F17 F18 F19
KHCO3 222.524,8162
H2O 408,7191 20.435,9525
K2CO3 3.133,5127 156.675,6359
CO2 48.955,4596
Total 226.067,0480 226.067,0480