LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Hasil perhitungan neraca massa pra rancangan pabrik pembuatan Bio-char dengan bahan baku tandan kosong kelapa sawit (TKKS) melalui proses pirolisis adalah sebagai berikut. Kapasitas produksi
: 90.000 ton/tahun
Basis perhitungan
: 1 jam operasi
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Satu hari operasi
: 24 jam
Satuan operasi
: kg/jam
Kapasitas per jam
= 90.000
(
ton tahun
)×(
1 tahun
330 hari
) × (
1 hari
24 jam
) × (
1.000 kg 1 ton
)
= 11.363,3636 kg/jam Reaksi pada reaktor Fluidized Bed Reaksi umum:
2C
42 H60 O28
400 O C
→
3
C28 H34 O9 + 28H2 O + 5CO2 + 3CO + C16 H10 O2
Massa bahan baku TKKS yang dibutuhkan adalah: (11.363,3636 kg/jam) / 34% = 33.421,6576 kg/jam Massa molekul relatif (kg/mol): Ligenoselulosa (C42H60O28)
= 1012,9100 kg/kmol
Bio Oil (C28H34O9)
= 514,5600 kg/kmol
Bio Char (C ( C16 H10 O2 )
= 234,2500 kg/kmol
C
= 12,0111 kg/kmol
CO
= 28,0105 kg/kmol
CO2
= 44,0147 kg/kmol
H2O
= 18,0016 kg/kmol (Perry, 1999)
A.1 Unit Persiapan TKKS
Gambar LA.1 Diagram Alir Unit Persiapan TKKS Persamaan neraca massa pada unit persiapan bahan baku adalah : F1 + F5 = F6 Dari unit persiapan bahan baku TKKS ini diasumsikan efisiensi dari semua alat yang digunakan adalah 80%. Dari perhitungan alur mundur maka diperoleh laju alir massa pada alur 6 (F6) adalah 33.421,6576 kg/jam. F1 = 80% x F 6 F1 = 80% x 49.405,9287 kg/jam = 26.737,3261 kg/jam Alur 2 dan alur 3 tidak mengalami perubahan massa Alur 5 adalah bahan baku TKKS yang direcycle F5 = 20% x F 6 F5 = 20% x 33.421,6576 kg/jam = 6.684,3315 kg/jam Tabel LA.1 Neraca massa pada unit persiapan bahan baku TKKS
Komponen
Tandan Kosong Kelapa Sawit Total
Massa Masuk (kg/jam)
Massa Keluar (kg/jam)
Alur 1
Alur 5
Alur 6
26.737,3261
6.684,3315
33.421,6576
33.421,6576
33.421,6576
A.2 Reaktor Fluidized Bed (R-201)
Gambar LA.2 Diagram Alir Reaktor Fluidized Bed
Laju alir alur 7 (F7) = Laju alir alur 6 (F6) Persamaan neraca massa pada reaktor fludized bed adalah : F6 + F8 = F10
Reaksi umum:
2C
42 H60 O28
400 OC
→
3
C28 H34 O9 + 28H2 O + 5CO2 + 3CO + C16 H10 O2
F6 = 33.421,6576kg/jam N6 Lignoselulosa = F6 / BM Lignoselulosa N6 Lignoselulosa = (33.421,6576 kg/jam) / (1.012,9100 kg/kmol) N6 Lignoselulosa = 32,9956 kmol/jam
Gas yang digunakan pada reaktor fluidized bed adalah gas nitrogen (N 2). Kebutuhan gas sebagai pendorong partikel-partikel yang terdapat pada reaktor fluidized bed adalah 10% dari massa lignoselulosa yang masuk. F8 N2 = 10% x F 6 = 10% x 33.421,6576 F8 = 3.342,1657 kg/jam Dalam reaksi produk bio oil tidak dihasilkan limbah atau zero waste. Serratus persen bahan lignoselulosa yang masuk dikonversi menjadi bio oil, arang dan gas yang tidak terkondensasi. Gas yang tidak terkondensasi dapat digunakan lagi ke dalam proses sebagai sumber energi.
Maka perhitungan nya : Mol Bio Char =
3 2
x 32,9956 kmol/jam = 49,4934 kmol/jam
F10 Bio Char = Mol Bio Char x BM Bio Char F10 Bio Char = 49,4934 kmol/jam x 234,2500 kg/kmol F10 A = 11.593,828 kg/jam
Mol Bio Oil =
1 2
x 32,9956 kmol/jam = 16,4978 kmol/jam
F10 Bio Oil = Mol Bio Oil x BM Bio Oil F10 Bio Oil = 16,4978 kmol/jam x 514,5600 kg/kmol F10 Bio Oil = 8.489,1079 kg/jam
Mol Air =
28 2
x 32,9956 kmol/jam = 461,9384 kmol/jam
F10 Air = Mol Air x BM Air F10 Air = 461,9384 kmol/jam x 18,0016 kg/kmol F10 Air = 8.315,6303 kg/jam
Mol CO =
3 2
x 32,9956 kmol/jam = 49,4934 kmol/jam
F10 CO = Mol CO x BM CO F10 CO = 49,4934 kmol/jam x 28,0105 kg/kmol F10 CO = 1.386,3348 kg/jam
Mol CO2 =
5 2
x 32,9956 kmol/jam = 82,4890 kmol/jam
F10 CO2 = Mol CO2 x BM CO2 F10 CO2 = 82,4890 kmol/jam x 44,0147 kg/kmol F10 CO2 = 3.630,7285 kg/jam
Tabel LA.2 Neraca Massa para reaktor fluidized bed (R-201) Massa Masuk Alur 6
Komponen
F (kg/jam)
Massa Keluar Alur 8
N (kmol/jam)
F (kg/jam)
Alur 10 N
(kmol/jam)
F (kg/jam)
N (kmol/jam)
TKKS
33.421,6576
32,9956
-
-
-
-
Bio Char
-
-
-
-
11.593,828
49,4934
Bio Oil
-
-
-
-
8.489,1079
16,4978
Air
-
-
-
-
8.315,6303
461,9384
CO
-
-
-
-
1.386,3348
49,4934
CO2
-
-
-
-
3.630,7285
18,4040
N2
-
-
3.342,1657
28,0200
3.342,1657
82,4890
Sub Total
33.421,6576
32,9956
3.342,1657
28,0200
36.757,7952
678,316
Total F
36.763,8233
36.757,7952
A.3 Cyclone (CL-205)
Gambar LA.3 Diagram Alir Cyclone Cyclone berfungsi memisahkan Arang (C) yang masih ada gas yang berasal dari Reaktor pirolisis. Dimana efisiensi cyclone diasumsikan adalah 100%. Laju Alir 11 (F11) = Laju Alir 10 (F 10) Persamaan Neraca Massa pada Cyclone (CL-205) F11 = F13 + F12 Alur 12 Alur F12 Bio Char = F 11 Bio Char = 11.593,828 kg/jam
Alur 13 F11 Bio-oil
= F13 Bio-oil
= 8.489,1079 kg/jam
F11 Air
= F13 Air
= 8.315,6303 kg/jam
F11 CO
= F13 CO
= 1.386,3348 kg/jam
F11 CO2
= F13 CO2
= 3.630,7285 kg/jam
Tabel LA.3 Neraca Massa pada Cyclone (CL-205) Komponen
Massa Masuk (kg/jam)
Massa Keluar (kg/jam)
Alur 11
Alur 12
Alur 13
Bio Char
11.593,828
11.593,828
-
Bio Oil
8.489,1079
-
8.489,1079
Air
8.315,6303
-
8.315,6303
CO
1.386,3348
-
1.386,3348
CO2
3.630,7285
-
3.630,7285
N2
745,6429
-
3.342,1657
Sub Total
36.757,7952
11.593,828
25.163,9672
Total F
36.757,7952
36.757,7952
A.4 K nock Out Drum (KO-208)
Gambar LA.4 Diagram Alir Knock Out Drum
Knock Out Drum berfungsi memisahkan gas dari cairan bio-oil. Dalam Knock Out Drum terjadi pemisahan gas dan cairan secara langsung. Asumsi efisiensi alat adalah 100%. Persamaan Neraca Massa pada Knock Out Drum F16 = F17 + F18 Laju Alir 16 (F16) = Laju Alir 13 (F 13) F16 = 25.163,9672 kg/jam Alur 17 komponen cairan adalah : F17 Bio oil = 8.489,1079 kg/jam F17 Air
= 8.315,6303 kg/jam
Alur 18 komponen gas adalah : F18 CO
= 1.386,3348 kg/jam
F18 CO2
= 3.630,7285 kg/jam
F18 N2
= 3.342,1657 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa pada Knock Out Drum (KO-208) Komponen
Massa Masuk (kg/jam)
Massa Keluar (kg/jam)
Alur 16
Alur 17
Alur 18
Bio Oil
8.489,1079
8.489,1079
-
Air
8.315,6303
8.315,6303
-
CO
1.386,3348
-
1.386,3348
CO2
3.630,7285
-
3.630,7285
N2
3.342,1657
-
3.342,1657
Sub Total
25.163,9672
16.804,7482
8.359,229
Total F
25.163,9672
25.163,9672
