bab iv tugas khusus - copy

Universitas SriwijayaLaporan Kerja Praktek PT. Perta-Samtan Gas (Extraction Plant)

4.3 Perhitungan Neraca Massa

Basis perhitungan 1 jam operasi

4.3.1 Absorber 201-E

Flow diagram : 4

2

1 3

5

Keterangan:

Stream 1 : Input Gas Alam

Stream 2 : Input Lean Benfield

Stream 3 : Input Warm Lean Benfield

Stream 4 : Output Gas Alam

Stream 5 : Output Rich Benfield

A. Stream 1 (201-E feed)

Flowactual : 23974,81 kg/hr

Pactual : 26,65 kg/cm² + 1,033 = 27,683 kg/cm²

Pdesign : 28,28 kg/cm² + 1,033 = 29,313 kg/cm²

Tactual : 115°C + 273,15 K = 388,15 K

Tdesign : 96°C + 273,15 K = 369,15 K

79

201-E


Tabel 4.1. Data analisa komposisi (201-E feed) (8 Oktober 2012)

Komposisi % mol X BM

CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

C6H14

CO2

85,71

5,59

2,79

0,44

0,52

0,18

0,10

0,07

4,60

0,8571

0,0559

0,0279

0,0044

0,0052

0,0018

0,0010

0,0007

0,0460

16,043

30,07

44,097

58,124

58,124

72,096

72,096

86,112

44,01

Total 100,00 1,0000 -

BMactual = ∑XiBMi

= {0,8571(16,043) + 0,0559(30,07) + 0,0279(44,097) +

0,0044(58,124) + 0,0052(58,124) + 0,0018(72,096) +

0,0010(72,096) + 0,0007(86,112) + 0,0460(44,01)}

kg/kmol

= 19,5063 kg/kmol

BMdesign = 20,8956 kg/kmol

Faktor koreksi (C)

= √ Pa xTd x BMaPd xTa x BMd

= √ 27,683 kg/cm ² x369,15 K x19,506 3kg /kmol29,313 kg /cm ² x388,15 K x20,8956 kg /kmol

= 0,9157

Flow terkoreksi

80


=faktor koreksi x flow

BMa

=0,9157 x23974,81 kg /hr

19,506 3 kg/kmol

= 1125,4305 kmol

Tabel 4.2. Hasil yang didapat dari stream 1

Komposisi X kmol BM Kg

CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

C6H14

CO2

0,8571

0,0559

0,0279

0,0044

0,0052

0,0018

0,0010

0,0007

0,0460

964,6065

62,9116

31,3995

4,9519

5,8522

2,0258

1,1254

0,7878

51,7698

16,043

30,07

44,097

58,124

58,124

72,096

72,096

86,112

44,01

15475,1823

1891,7508

1384,6243

287,8239

340,1555

146,0503

81,1390

67,8392

2278,3891

Total 1,0000 1125,4305 - 21952,9544

B. Stream 2 (Feed Lean Benfield 201-E)


Pactual : 29 kg/cm² + 1,033 = 30,033 kg/cm²


Tactual : 89,34 °C + 273,15 K = 362,49 K

Tdesign : 97 °C + 273,15 K = 370,15 K

Tabel 4.3. Data analisa komposisi warm lean Benfield (8 Oktober 2012)

Komposisi % W BM X (kg) n mol X mol

81


K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

12,97

0,77

0,52

7,14

78,60

138,21

109,17

181,88

100,12

18,02

0,1297

0,0077

0,0052

0,0714

0,7860

0,0938

0,0071

0,0029

0,0713

4,3618

0,0207

0,0016

0,0006

0,0157

0,9614

Total 100,00 - 1,0000 4,5369 1,0000

BMactual = ∑XiBMi

= {0,0207(138,21) + 0,0016(109,17) + 0,0006(181,88) +

0,0157(100,12) + 0,9614(78,60)} kg/kmol

= 22,0415 kg/kmol


Faktor koreksi (C)


= √ 30,033 kg/cm ² x370,15 K x22,0415 kg /kmol28,333 kg/cm ² x362,49 K x25,4447 kg /kmol

= 0,9683

Flow terkoreksi


BMa

=0 ,9683 x 33,8 kg /h r

22,0415 kg/kmol

= 1,4849 kmol


82


Komposisi X mol kmol BM Kg

K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

0,0207

0,0016

0,0006

0,0157

0,9614

0,0307

0,0023

0,0009

0,0233

1,4276

138,21

109,17

181,88

100,12

18,02

4,2450

0,2520

0,1702

2,3369

25,7250

Total 1,0000 1,4849 - 32,7290

C. Stream 3 (Feed Warm Lean Benfield 201-E)

Flowactual : 160 kg/hr



Tactual : 116,2 °C + 273,15 K = 389,35 K

Tdesign : 129 °C + 273,15 K = 402,15 K

Tabel 4.5. Data analisa komposisi lean Benfield (8 Oktober 2012)

Komposisi % W BM X (kg) n mol X mol

K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

12,97

0,77

0,52

7,14

78,60

138,21

109,17

181,88

100,12

18,02

0,1297

0,0077

0,0052

0,0714

0,7860

0,0938

0,0071

0,0029

0,0713

4,3618

0,0207

0,0016

0,0006

0,0157

0,9614

Total 100,00 - 1,0000 4,5369 1,0000

BMactual = ∑XiBMi

= {0,0207(138,21) + 0,0016 (109,17) + 0,0006 (181,88) +

0,0157(100,12) + 0,9614(78,60)} kg/kmol

= 22,0415 kg/kmol


83


Faktor koreksi (C)


= √ 30,033 kg/cm ² x 402,15 K x 22,0415 kg/kmol28,333 kg/cm ² x389,35 K x25,4447 kg/kmol

= 0,9739

Flow terkoreksi


BMa

=0,9739 x160 kg /h r22,0415 kg/kmol

= 7,0693 kmol



K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

0,0207

0,0016

0,0006

0,0157

0,9614

0,1462

0,0110

0,0045

0,1111

6,7965

138,21

109,17

181,88

100,12

18,02

20,2097

1,1998

0,8103

11,1254

122,4734

Total 1,0000 7,0693 - 155,8186

D. Stream 4 (outlet top 201-E)


Pactual : 26,2 kg/cm² + 1.033 = 27,233 kg/cm²

Pdesign : 27,1 kg/cm² + 1.033 = 28,133 kg/cm²

Tactual : 88 °C + 273,15 K = 361,15 K

Tdesign : 96 °C + 273,15 K = 369,15 K

Tabel 4.7. Data analisa komposisi outlet top 201-E (8 Oktober 2012)

84


Komposisi % mol X BM

CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

C6H14

CO2

H2O

89,617

5,844

2,917

0,46

0,543

0,188

0,104

0,073

0,2

0,054

0,89617

0,05844

0,02917

0,0046

0,00543

0,00188

0,00104

0,00073

0,0020

0,00054

16,043

30,070

44,097

58,124

58,124

72,096

72,096

86,112

44,010

18,020

Total 100.00 1,0000 -

BMactual = ∑XiBMi

= {0,89617(16,043) + 0,05844(30,070) + 0,02917(44,097) +

0,0046(58,124) + 0,00543(58,124) + 0,00188(72,096) +

0,00104(72,096) + 0,00073(86,112) + 0,0020(44,010) +

0,00054(18,020)} kg/kmol

= 18,3750 kg/kmol


Faktor koreksi (C)


= √ 27,233 kg/cm ² x369,15 K x18,3750 kg /kmol28,133 kg/cm ² x361,15 K x18,5912 kg /kmol

= 0,9889

Flow terkoreksi


BMa

85


=0,9889 x19998,97 kg /h r

18,3750 kg/kmol

= 1076,3113 kmol



CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

C6H14

CO2

H2O

0,89617

0,05844

0,02917

0,0046

0,00543

0,00188

0,00104

0,00073

0,0020

0,00054

964,5579

62,8996

31,3960

4,9510

5,8444

2,0235

1,1194

0,7857

2,1526

0,5812

16,043

30,070

44,097

58,124

58,124

72,096

72,096

86,112

44,010

18,020

15474,4030

1891,3920

1384,4695

287,7738

339,6982

145,8838

80,7017

67,6588

94,7369

10,4734

Total 1,0000 1076,3113 - 19777,1911

E. Stream 5 (Outlet Bottom 201-E)




Tactual : 119 °C + 273,15 K = 392,15 K

Tdesign : 125 °C + 273,15 K = 398,15 K

Tabel 4.9. Data analisa komposisi outlet bottom 201-E (8 Oktober 2012)

Komposisi % W BM X (kg) n kmol X kmol

K2CO3 1,03 138,21 0,0103 0,0075 0,0031

86


DEA

V2O5

KHCO3

H2O

CO2

0,06

0,04

0,56

5,83

92,48

109,17

181,88

100,12

18,02

44,01

0,0006

0,0004

0,0056

0,0583

0,9248

0,0005

0,0002

0,0056

0,3235

2,1013

0,0002

0,0001

0,0023

0,1327

0,8617

Total 100,00 - 1,0000 2,4387 1,0000

BMactual = ∑XiBMi

= {0,0031(138,21) + 0,0002(109,17) + 0,0001(181,88) +

0,0023(100,12) + 0,1327(18,02) + 0,8617(44,01)} kg/kmol

= 41,0057 kg/kmol


Faktor koreksi (C)


= √ 27,533 kg/cm ² x398,15 K x 41,0057 kg /kmol28,183 kg/cm ² x392,15 K x 41,65 kg /kmol

= 0,9882

Flow terkoreksi


BMa

=0,9882 x 2389,2 kg/hr

41,0057 kg/kmol

= 57,5776 kmol



K2CO3

DEA

V2O5

0,0031

0,0002

0,0001

0,1760

0,0130

0,0052

138,21

109,17

181,88

24,3184

1,4166

0,9444

87


KHCO3

H2O

CO2

0,0023

0,1327

0,8617

0,1321

7,6386

49,6128

100,12

18,02

44,01

13,2216

137,6468

2183,4606

Total 1.0000 57,5776 - 2361,0084

4.3.2 Regenerator 202-E 2

Flow Diagram :

1

3

Keterangan :

Stream 1 : Input Rich Benfield

Stream 2 : Output Gas Alam

Stream 3 : Output Lean Benfield

88

202-E


A. Stream 1 (Feed 202-E dari outlet bottom 201-E)

Komposisi Rich Benfield masuk 202-E = Komposisi Rich Benfield Keluar

201-E




Tactual : 119 °C + 273,15 K = 392,15 K

Tdesign : 125 °C + 273,15 K = 398,15 K

Tabel 4.11. Kmol Rich Benfield

KomposisiKmol Rich Benfield out 201-

E

Kmol Rich Benfield in 202-

E

K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

CO2

0,1760

0,0130

0,0052

0,1321

7,6386

49,6128

0,1760

0,0130

0,0052

0,1321

7,6386

49,6128

Total 57,5776 57,5776

Tabel 4.12. Kg Rich Benfield

Komposisi Kg Rich Benfield out 201-E Kg Rich Benfield in 202-E

K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

CO2

24,3184

1,4166

0,9444

13,2216

137,6468

2183,4606

24,3184

1,4166

0,9444

13,2216

137,6468

2183,4606

Total 2361,0084 2361,0084

89


B. Stream 2 (Outlet top 202-E)

Flowactual : 2390 kg/hr



Tactual : 116 °C + 273,15 K = 389,15 K

Tdesign : 110 °C + 273,15 K = 383,15 K

Tabel 4.13. Data analisa komposisi outlet top 202-E ((8 Oktober 2012)

Komposisi % kmol X BM

CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

C6H14

CO2

H2O

0,09

0,02

0,005

0,001

0,015

0,004

0,011

0,003

99,844

0,007

0,0009

0,0002

0,00005

0,00001

0,00015

0,00004

0,00011

0,00003

0,99844

0,00007

16,043

30,070

44,097

58,124

58,124

72,096

72,096

86,112

44,010

18,020

Total 100,00 1,0000 -

BMactual = ∑XiBMi

= {0,0009(16,043) + 0,0002(30,070) + 0,00005(44,097) +

0,00001(58,124) + 0,00015(58,124) + 0,00004(72,096) +

0,00011(72,096) + 0,00003(86,112) + 0,99844(44,010) +

0,00007 (18,020)} kg/kmol

= 43,9880 kg/kmol


90


Faktor koreksi (C)


= √ 1,823 kg /cm ² x383,15 K x 43,9880 kg/kmol2,233 kg /cm ² x389,15 K x 42,37 kg/ kmol

= 0,9135

Flow terkoreksi


BMa

=0,9135 x2390 kg /hr

43,9880 kg /kmol

= 49,6337 kmol



CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

C6H14

CO2

H2O

0,0009

0,0002

0,00005

0,00001

0,00015

0,00004

0,00011

0,00003

0,99844

0,00007

0,0447

0,0099

0,0025

0,0005

0,0074

0,0020

0,0055

0,0015

49,5563

0,0035

16,043

30,070

44,097

58,124

58,124

72,096

72,096

86,112

44,010

18,020

0,7166

0,2985

0,1094

0,0288

0,4327

0,1431

0,3936

0,1282

2180,9714

0,0626

Total 1,0000 49,6337 - 2183,2851

C. Stream 3 (outlet bottom 202-E)

Komposisi Lean Benfield keluar 202-E

= Komposisi Lean Benfield masuk 201-E + Komposisi Warm Lean Benfield

Masuk 201-E


91




Tactual : 124 °C + 273,15 K = 397,15 K

Tdesign : 129 °C + 273,15 K = 402,15 K

Tabel 4.15. Kmol Lean Benfield

KomposisiKmol Lean in

201-E

Kmol Warm Lean

in 201-E

Kmol Lean + Warm Lean

(Lean out 202-E)

K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

0,0307

0,0023

0,0009

0,0233

1,4276

0,1462

0,0110

0,0045

0,1111

6,7965

0,1769

0,0133

0,0054

0,1345

8,2241

Total 1,4849 7,0693 8,5542

Tabel 4.16. Kg Lean benfield

KomposisiKg lean in

201-E

Kg warm lean in

201-EKg lean + warm lean (lean out 202-E)

K2CO3

DEA

V2O5

KHCO3

H2O

4,2450

0,2520

0,1702

2,3369

25,7250

20,2097

1,1998

0,8103

11,1254

122,4734

24,4546

1,4518

0,9804

13,4623

148,1984

Total 32,7290 155,8186 188,5476

Effisiensi CO2removal pada absorber 201-E adalah :

ηCO2removal =kmolCO2∈−kmol CO2 out

kmol CO2∈¿¿ x 100%

ηCO2removal =51,7698 kmol−2,1526 kmol

51,7698 kmol x 100%

ηCO2removal = 95,84 %

4.4 Pembahasan

92


Penghilangan CO2 dari gas sintesa merupakan suatu tahapan penting dalam

proses pembuatan amonia. Ini tercermin dari fakta bahwa kira-kira 10% dari

modal tetap untuk pabrik amonia adalah bagi unit penghilang dan peregenerasi

CO2. Kandungan CO2 yang ada dalam gas alam (±5%) sebelum masuk ke primary

reformer harus dipisahkan karena dapat berpengaruh pada jumlah aliran gas alam

yang akan direaksikan di priumary reformer. Selain itu, penghilangan CO2 juga

untuk mengurangi beban pada absorber 1101-E dan methanator. Jumlah CO2

yang harus dipisahkan adalah kira-kira 1 sampai 2,5 ton per ton amonia yang

diproduksi, bergantung pada bahan mentah dan proses pembuatan serta kondisi

operasi. CO2 merupakan racun bagi katalis sintesa amonia. Karena itu kadarnya

dalam gas sintesa tidak boleh lebih dari 5 ppm. Feed gas dipanaskan kemudian

masuk ke dalam CO2 absorber 201-E dan akan kontak langsung dengan larutan

absorbent secara counter current sehingga terjadi penyerapan gas CO2 yang ada

pada feed gas. Sebagai absorbent dipergunakan larutan benfield yang terdiri dari :

1. Larutan K2CO3 (potasium karbonat sebagai penyerap).

2. DEA (diethanol amine) sebagai activator.

3. V2O5 (vanadium pentaoksida) untuk mencegah korosi.

Rich benfield (benfield yang jenuh dengan CO2) keluar dari bawah

absorber dan diregenerasi di stripper dengan penurunan tekanan dan pemanasan.

Sedangkan gas yang CO2 keluar dari atas absorber sebagian dikirim ke pabrik

urea untuk bahan baku dan sebagian lagi dibuang ke atmosfer. Larutan kalium

karbonat telah dipergunakan untuk menyerap CO2 dari aliran gas sintesa pada

pabrik sejak sebelum tahun 1930. Ketika itu proses absorbs dilakukan pada

temperatur biasa (20-40oC) dengan larutan K2CO3 15%. Kalium bikarbonat

(KHCO3) yang terbentuk apabila larutan K2CO3 menyerap CO2 bersifat agak sukar

larut dalam air. Sehingga untuk menjaga supaya KHCO3 yang terbentuk tidak

mengendap, maka larutan K2CO3 yang dipergunakan tidak boleh terlalu pekat.

Penggunaan larutan kalium karbonat panas (50-130oC) untuk menyerap CO2 baru

dipraktekkan pada akhir tahun 1950-an melalui kerja Benson, Field dan kawan-

kawannya di U.S. Bureau of Mines (Benson, dkk 1956). Penggunaan temperatur

93


tinggi pada absorbsi memberikan beberapa keuntungan pada absorbsi CO2 dengan

menggunakan K2CO3, yaitu :

1. Kelarutan KHCO3 pada temperatur tinggi dibandingkan pada temperatur

rendah. Hal ini memungkinkan untuk dipakainya larutan benfield pekat (25-

30%).

2. Proses penyerapan CO2 oleh larutan K2CO3 dikendalikan oleh reaksi pada

fase cair, dan reaksi akan berlangsung makin cepat kalau temperatur

dinaikkan. Penggunaan temperatur tinggi membuat penyerapan CO2

berlangsung makin cepat.

3. Gas sudah diolah biasanya sudah bertemperatur tinggi, sehingga pelaksanaan

operasi absorbsi pada temperatur tinggi dapat menghilangkan atau

mengurangi kebutuhan alat pendingin gas yang hendak diolah.

4. Operasi absorbsi pada temperatur tinggi membuat tidak diperlukannya

peralatan pemanas cairan yang dipergunakan dari dasar absorber ke puncak

regenerator.

Untuk mencapai efisiensi penyerapan CO2 pada absorber 201-E pada feed

treating digunakan perhitungan dengan neraca massa. Sebagian perhitungan untuk

menghitung gas sintesa dan larutan penyerap dipergunakan data aktual di control

room.

Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh efisiensi penyerapan CO2 pada

absorber 201-E dari gas proses adalah 95,84%. Sedangkan pada desain diketahui

persentase penyerapan CO2 yang harus diserap pada absorber 201-E adalah

sekitar 97,42%. Terlihat bahwa efisiensi penyerapan CO2 di absorber 201-E

secara aktual hampir mendekati efisiensi penyerapan CO2 secara desain. Hal ini

menunjukkan bahwa peralatan dan pelarut masih beroperasi dengan baik.

Absorbsi CO2 ini tergantung pada kadar CO2 yang terkandung dalam gas alam

kotor, tekanan operasi, temperatur operasi dan kadar K2CO3 yang dipergunakan

sebagai pelarut. Penambahan bahan tambahan pada K2CO3 dapat mempercepat

reaksi penyerapan CO2, penambahan katalis ini juga dapat memperbesar dimensi

absorber menjadi 25% lebih kecil bila dibandingkan dengan pengolahan tanpa

94


katalis (Scmidt (11972)). Konsentrasi larutan K2CO3 yang digunakan akan

berpengaruh pada konversi K2CO3 menjadi KHCO3 untuk tiap rentang temperatur

dan terhadap efek tertjadinya pengendapan. Tetapi untuk 30% berat K2CO3 pada

temperatur 70oC tidak akan menimbulkan bikarbonat sekalipun seluruh

karbonatnya terkonversi menjadi bikarbonat. Perhitungan efisiensi penyerapan

CO2 dengan neraca massa tanpa memperhitungkan besarnya panas yang

dibebaskan di dalam proses, dengan demikian kita tidak dapat mengetahui

kebutuhan temperatur operasi untuk regenerasi. Kemudian rich benfield yang

keluar dari regenerator disirkulasi kembali ke absorber, dimana jumlah pelarut

kimia yang masuk ke absorber sama dengan jumlah pelarut yang keluar dari

regenerator. Dengan ini kita tidak dapat mengetahui seberapa besar pelarut yang

terkonversi, karena dalam kenyataanya jumlah pelarut kimia yang disirkulasi

mengalami penurunan jumlah initial feed dari pelarut kimia sebelum sirkulasi

terjadi. Dan apabila perhitungan ini dipertimbangkan, maka akan terjadi

kemungkinan efisiensi yang diperoleh akan tidak lebih besar dari perhitungan

yang kami lakukan. Penurunan jumlah kapasitas pelarut yang disirkulasi

dipengaruhi oleh perubahan temperatur dan tekanan. Karena pada saat akan terjadi

perubahan fase dari salah satu komponen pelarut benfield, maka variabel yang

mempengaruhi sedapat mungkin dijaga tetap pada kondisi desain atau tidak lebih

rendah agar suplai benfield dari benfield storage pada sirkulasi benfield tetap

dapat disuplai lebih minimum sehingga kerugian karena penggunaan benfield

yang menjadi dua kali lipat dari waktu pakai seharusnya dapat diminimalisasi.

4.5 Kesimpulan dan Saran

4.5.1 Kesimpulan

95


1. Dari perhitungan yang kami lakukan, berdasarkan data yang ada akan

diperoleh neraca massa CO2 pada absorber 201-E sebagai berikut :

Tabel 4.17. Neraca massa CO2 pada absorber 201-E

Kompo

sisi

Berat

Molekul

Inlet Top Outlet 201-E Top Oulet 202-E Akumulasi

kmol kg kmol kg kmol Kg kmol kg

CO2 44,010 51,7698 2278,3891 2,1526 94,7369 49,5563 2180,9714 0,0609 2,6808

Total 51,7698 2278,3891 51,7698 kmol 2278,3891 kg

2. Jumlah CO2 yang terserap pada absorber 201-E aktual lebih kecil daripada

desain. Namun persentasenya tidak jauh berbeda dengan persentase desain.

3. Dari data yang didapat dan perhitungan yang kami lakukan, dapat

dibandingkan jumlah pelrut benfield yang dipergunakan dengan efisiensi

yang dihasilkan sebagai berikut :

Tabel 4.18. Perbandingan pelarutan benfield secara desain dan aktual

Kondisi Konsentrasi K2CO3

Jumlah pelarut Efisiensi CO2

removalAktual 12,97% 193,8 kg/jam 95,84%Desain 30% 153 kg/jam 97,42%

4.5.2 Saran

Dari perhiutungan dan analisa yang kami lakukan, saran kami adalah :

1. Agar diperoleh data yang lebih akurat setiap saat, perlu dilakukan pengecekan

ulang terhadap flow aliran gas sintesa atau dipasang alat ukur flow record dari

masing-masing aliran pada unit CO2 removal.

2. Untuk menjaga agar katalis pada pelarut benfield bertahan lebih lama, perlu

diusulkan agar konsentrasi K2CO3 dari bahan tambahan dijaga pada kondisi

konstan sesuai desain dan keadaan temperatur dijaga dibawah temperatur

desain. Tetapi jika ingin mendapoatkan efisiensi penyerapan CO2 yang

memuaskan, maka temperatur masuk benfield ke absorber 201-E dibuah

dibawah kondisi desain untuk 30% berat K2CO3.

96

bab iv tugas khusus - copy

Documents