Lampiran 2 Neraca Panas.doc

LAMPIRAN II

PERHITUNGAN NERACA PANAS

2.1 Teori Neraca Panas

Neraca Panas adalah suatu bentuk khusus dari neraca tenaga. Dimana

kinerja tenaga kinetis dan potensial dan kerja yang dilakukan oleh suatu sistem

diabaikan. Neraca energi dapat digunakan untuk flow proses pada setiap tekanan

tertentu dan flow pada tekanan tetap.

a. Flow Process

Dalam hal ini, panas masuk (input) dan panas keluar (output) berlangsung

secara terus-menerus (continue) selama proses operasi. Pada keadaan ini susunan

suhu pada setiap titik sama. Keadaan ini disebut steady state.

b. Non flow process (aliran batch)

Proses operasinya bersifat berkala dimana susunan berubah sesuai dengan

waktu dan terjadi bila tidak ada arus masuk dan keluar secara continue.

Variabel – variabel yang berpengaruh dalam perhitungan neraca panas

antara lain :

1) Panas reaksi

Panas Reaksi Standart ( ∆ Hf )

Panas Reaksi Standart adalah perubahan entalphy sebagai hasil reaksi pada

tekanan 1 atm, dimana zat pereaksi dan zat hasil reaksi konstan pada 25oC. Pada

dasarnya semua reaksi kimia disertai pelepasan atau penyerapan panas. Untuk flow

process (aliran steady state), panas yang diserap atau dilepaskan sama dengan

272

273

kenaikan enthalpinya, sehingga Q=H.Sedangkan untuk non flow process pada

tekanan P konstan. Q= H dan pada V konstan Q =U.

Rumus :

Qt = ∆Hs + ( m.Cp.dt)

Dimana :

Qt = Panas reaksi standart (kcal)

M = massa bahan (kg)

Cp = Kapasitas panas bahan (kcal/kgoC)

Dt = perubahan temperatur (oC)

(Reff : Smith J.M, hal.116)

Panas Pembentukan (∆Hp)

Panas pembentukan suatu zat adalah jumlah panas yang terjadi atau

dibutuhkan untuk pembentukan suatu mol zat terlarut dan unsur-unsurnya.

Panas Pembakaran (∆Hb)

Panas pembakaran adalah jumlah panas yang terjadi untuk membakar 1 mol

zat tersebut secara sempurna dengan satuan kcal/kgmol.

Panas Penguraian

Panas penguraian yaitu panas yang terjadi atau diperlukan oleh satu mol

untuk menguraikannya menjadi unsur-unsurnya. Besarnya panas penguraian sama

dengan panas pembentukan, tetapi tandanya berlawanan.

2) Panas laten

Panas laten adalah panas yang dibutuhkan atau dibebaskan pada waktu

terjadi perubahan fase pada tekanan 1 atmosfer.

274

3) Panas sensibel

Panas sensibel adalah kalor yang dapat diserap atau dilepas berkaitan

dengan kenaikan suhu atau penurunan suhu tanpa disertai perubahan fase.

Rumus yang digunakan :

Qs = m.Cv.dT ( volume tetap)

Qs = m.Cp.dT (tekanan tetap)

4) Massa (m)

Jika massa zat pereaksi yang digunakan untuk reaksi besar, maka akan

berbanding lurus dengan yang dikeluarkan.

Rumus : Q = m.Cp

Dimana :

Q = Panas yang terjadi (Btu)

M = Jumlah mol zat (lbmol)

Cp = Kapasitas panas (BTU/lbmoloK)

dT = Perbedaan Suhu (oK)

5) Tekanan (P)

Pada gas ideal, enthalpy tidak tergantung pada tekanan, demikian juga bila

zat pereaksi berupa zat padat atau cair.

6) Temperatur (T)

Temperatur merupakan ukuran sifat panas atau sifat dingin suatu benda.

Panas akan mengalir dari benda yang bersuhu tinggi ke benda yang bersuhu

rendah. Panas merupakan ukuran energi kinetik total partikel dalam benda.

Sedangkan suhu merupakan ukuran energi kinetik rata-rata.

275

2.2 Data-data Neraca Panas

Data ditiap Alat :

a. Raw Mill

- Bahan baku masuk Raw Mill : 560.860 Kg

Dengan Komposisi :

Limestone : 420.465 Kg

Clay : 95.346,5 Kg

Iron Ore : 11.217,3 Kg

Silica Sand : 33.651,6 Kg

- Suhu umpan masuk Raw Mill : 30 oC

- Suhu H2O dalam umpan masuk : 30 oC

- Suhu dust lost dari SP : 300 oC

- Suhu gas hasil pembakaran masuk Raw Mill : 330 oC

- Suhu udara panas dari cooler : 300 oC

- Suhu H2O dalam umpan Raw Mill : 100 oC

- Suhu Debu keluar Raw Mill : 85 oC

- Suhu udara panas keluar Raw Mill : 85 oC

b. Blending Silo

- Suhu Raw Meal keluar Blending Silo : 85 oC

- Suhu Raw Meal tertinggal di Blending Silo : 85 oC

- Massa Raw Meal masuk SP : 484.904,75 Kg

c. Suspension Preheater

276

- Derajat kalsinasi CaCO3 dan MgCO3 : 90%

- Suhu CO2 hasil Kalsinasi : 845 oC

- Suhu gas hasil pembakaran dari Kiln : 800 oC

- Suhu udara tertier : 784 oC

- Suhu batubara : 30 oC

- Suhu produk suspension preheater : 831 oC

- Suhu dust lost keluar Suspension Preheater : 348 oC

- Suhu umpan Kiln : 800 oC

- Suhu N2 dari Batubara : 330 oC

d. Rotary Kiln

- Suhu batubara : 70 oC

- Suhu udara sekunder : 900 oC

- Suhu udara primer : 32 oC

- Suhu CO2 hasil Kalsinasi : 900 oC

- Suhu gas hasil pembakaran Kiln : 800 oC

- Suhu klinker panas keluar kiln : 1300 oC

e. Clinker Cooler

- Suhu udara pendingin : 32 oC

- Suhu udara sekunder : 900 oC

- Suhu udara tersier : 748 oC

- Suhu debu keluar : 90 oC

- Suhu klinker dingin keluar Clinker Cooler : 90 oC

277

f. Finish Mill

- Massa Gypsum kering masuk : 10.732,175 Kg

- Massa Additive : 40.004,25 Kg

- Massa Pozzolan : 7.669,78 Kg

- Massa Fly Ash : 13.424,78 Kg

- Suhu Gypsum masuk Finish Mill : 32 oC

- Suhu H2O Gypsum : 32 oC

- Suhu Additive masuk Finish Mill : 32 oC

- Suhu Pozzolan masuk Finish Mill : 32 oC

- Suhu Fly ash masuk Finish Mill : 32 oC

- Suhu debu keluar Finish Mill : 80 oC

- Suhu semen keluar Finish Mill : 80 oC

- Suhu Refernsi : 25 oC

278

A. Neraca Panas di Raw Mill

Basis : 1 jam operasi

Suhu Referensi = 25 oC = 298 oK

Neraca Panas : Input = Output

Q1 + Q2 +Q3 + Q4 + Q5 = Q6 + Q7 + Q8 + Q9 + Q10 + Q11

Panas Masuk

1. Panas yang dibawa umpan masuk Raw Mill

Massa umpan Kering = 560.860 Kg

Suhu umpan masuk = 30 oC = 303 K

Umpan masuk :

a. Limestone = 420.465 Kg

Mol Limestone =

Qa =

=

279

b. Clay = 95.346,2 Kg

Mol Clay =

Qb =

=

c. Silica Sand = 33.651,6 Kg

Mol Silica Sand =

Qc =

=

d. Iron Ore = 11.217,2 Kg

Mol Iron Ore =

Qd =

=

280

Q1 = Qa + Qb + Qc + Qd

=

2. Panas dari gas hasil pembakaran SP yang masuk Raw Mill

Suhu GHP masuk Raw Mill = 330 oC

Suhu GHP keluar SP = 330 oC

Sehingga : ∆t = (330 – 25) oC

= 305 oC

Harga Cp untuk CO2, O2, N2 dan SO4 didapat dari R. H Perry Fig 13.03,

Sedangkan CP H2O diperoleh dari R. H Perry Fig 13.05

KomponenMassa

(Kg)

Cp

(Kcal/Kg oC)

∆T

(oC)

Q

(Kcal)

CO2 0,226 305 5.536.830,51

H2O 14.227,83 0,470 305 2.039.559,43

SO2 376,7 0,168 305 19.302,108

N2 0,252 305 21.509.314,04

O2 9.890,461 0,225 305 678.732,88

Total (Q2) 29.783.738,97

Jadi Q2 = 29.783.738,97 Kcal

281

3. Panas yang dibawa dust loss dari SP

Massa dust loss dari preheater =

Suhu dust loss SP = 300 oC

Cp (300 oC) = 0,245 Kcal/KgoC (Peray : Fig 13.03)

Q3 =

=

4. Panas yang dibawa udara panas dari Cooler

Massa udara panas dari Cooler =

Suhu udara panas = 300 oC


Q4 =

=

5. Panas yang dibawa H2O dalam umpan masuk

Massa H2O dalam umpan masuk =

Suhu H2O dalam umpan masuk = 30 oC

Mol H2O dalam umpan =

282

=

=

Diagram alir Neraca Panas di Raw Mill

Keterangan :

Panas Masuk :

Q1 : Panas yang dibawa umpan bahan baku masuk ke Raw Mill

Q11

Q10

Q9

Q8

Q7

Q6

Q3

Q3

Q2

Q5

Q1

RAW MILL

283

Q2 : Panas hasil pembakaran SP

Q3 : Panas dust lost SP

Q4 : Panas gas buang dari cooler

Q5 : Panas dari H2O dalam umpan masuk Raw Mill

Panas Keluar :

Q6 : Panas yang dibawa tepung baku ke Blending Silo

Q7 : Panas penguapan H2O dalam umpan masuk Raw Mill

Q8 : Panas yang dibawa udara keluar Raw Mill (menuju Cyclone)

Q9 : Panas Laten penguapan H2O

Q10 : Panas yang Hilang

Q11 : Panas yang dibawa debu keluar EP

Panas Keluar

Panas yang dibawa tepung baku ke Blending Silo (Q6)

Massa produk RM kering =

Suhu umpan = 85 oC

Cp (85 oC) = 0,207 Kcal/Kg oC (Peray : Fig 13.03)

Q6 =

=

Panas dari penguapan H2O produk Raw Mill (Q7)

Massa H2O dalam umpan RM =

Suhu H2O dalam umpan RM = 100 oC


Q7 =

284

=

Panas yang dibawa udara panas keluar RM menuju Cyclone (Q8)

Massa udara panas keluar RM =

Suhu udara panas keluar RM = 85 oC


Q8 =

=

Panas Laten Penguapan H2O (Q9)

Massa H2O dalam umpan RM =

Hf penguapan H2O (100 oC) = 539,1 Kcal/Kg (Perry : chapter 2-151)

Q9 = m x Hf H2O

=

Panas yang dibawa Debu keluar EP (Q11)

Massa debu keluar EP =

Suhu debu keluar EP = 85 oC


Q11 =

=

Panas yang hilang ke sekeliling (Q10)

285

Q10 = (Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5) – (Q6 + Q7 + Q8 + Q9 + Q11)

=

Keterangan Input

(Kcal)

Output

(Kcal)

Kehilangan

(Kcal)

(Q1) Panas yang dibawa Umpan masuk RM

(Q2) Panas dari GHP di SP 29.783.738,97

(Q3) Panas yang dibawa Dust Loss dari SP

(Q4) Panas dari udara Cooler

(Q5) Panas dari H2O umpan masuk

(Q6) Panas tepung baku ke Blending Silo

(Q7) Panas penguapan H2O produk RM

(Q8) Panas keluar RM menuju Cyclone

(Q9) Panas laten penguapan H2O

(Q10) Panas yang hilang ke sekeliling

(Q11) Debu keluar EP

Jumlah 54.527.541,9 6.806.983,384 47.720.558

Total 54.527.541,9 54.527.541,9

Kadar Heat Loss = Panas yang Hilang x 100%

Total panas

286

=

2. Neraca Panas di Blending Silo

Neraca Panas :

Input = Output

Q6 = Q12 + Q13 + Q14

Panas Masuk

Panas produk Raw Mill kering

Q6 =

Diagram Alir Panas pada Blending Silo

Keterangan :

Panas Masuk :

Q6 : Panas yang dibawa Raw Meal masuk ke Blending Silo

Panas Keluar :

Q12 : Panas masuk Junction Box


Q14

Q13

Q12

Q6 BLENDING SILO

287

Q14 : Panas yang dibawa masuk ke SP

Panas Keluar

Panas masuk Junction Box (Q12)

Massa umpan masuk Junction Box =

Suhu tepung baku = 85 oC

CP (85 oC) = 0,207 Kcal/Kg oC (Peray : Fig 13.03)

Q12 =

=

Panas yang dibawa masuk SP (Q14)

Massa tepung baku masuk SP =

Suhu tepung baku masuk SP = 85 oC

CP (85 oC) = 0,207 Kcal/Kg oC (Peray : Fig 13.03)

Q14 =

=

Panas yang Hilang (Q13)

Q13 = Q6 – (Q12 + Q14)

=

288

Maka dari perhitungan neraca panas di Blending Silo dapat diketahui :

Keterangan Input

(Kcal)

Output

(Kcal)

Kehilangan

(Kcal)

(Q6) Panas yang dibawa Raw

Meal masuk ke Blending Silo

(Q12) Panas masuk Junction Box

(Q14) Panas yang dibawa masuk

SP

(Q13) Panas yang Hilang

Jumlah 6.806.938,384 6.806.931,367 7,107

Total 6.806.938,384 6.806.938,384


Total panas

=

289

3. Neraca Panas di Suspension Preheater

Neraca Panas :

Input = Output

Q14 + Q15 + Q16 + Q17 + Q18 + Q19 + Q20 = Q2 + Q3 + Q21 + Q22 + Q23 + Q24 + Q25 +

Q26 + Q27

Panas Masuk

Panas yang dibawa tepung baku masuk SP (Q14)

Q14 =

Panas dari batubara masuk SP (Q15)

Panas dari Batubara

Massa Batubara kering = 33.635,71 Kg

Suhu batubara kering = 70 oC

Cp (70 oC) = 0,284 Kcal/KgoC (Perry : Fig 13.04)

Qa =

=

Panas sensible Batubara

Massa batubara kering =

NHV L =

Qb =

=

290

Panas yang dibawa Batubara (Q15) = Qa + Qb

=

=

Panas GHP dari Kiln (Q16)

Suhu gas hasil pembakaran Kiln = 800 oC

Sehingga : ∆t = (800 – 25) oC

= 775 oC

Harga Cp untuk CO2, N2, SO2, didapat dari Perry, Fig 13.03

Sedangkan Cp H2O diperoleh dari Perry, Fig 13.05

Komponen Massa

(Kg)

Cp

(Kcal/KgoC)

∆t Q

(Kcal)

CO2 44.076,046 0, 254 775 8.676.369,655

N2 153.559,07 0,259 775 30.823.144,33

SO2 206,7 0,183 775 29.315,227

H2O 7.807,05 0,250 775 1.512.615,938

O2 3.710,87 0,245 775 704.601,441

Q total 41.746.046,59

Jadi Q16 = 41.746.046,59Kcal

291

Panas dari CO2 hasil Kalsinasi Kiln masuk SP (Q17)

Massa CO2 hasil Kalsinasi =

Suhu CO2 = 900 oC


Q32 =

=

Panas udara Tertier (Q18)

Massa udara tersier =

Suhu udara tersier = 748 oC


Q18 =

=

Panas H2O dalam umpan masuk Preheater (Q19)

Massa H2O dalam umpan masuk SP =

Suhu H2O dalam umpan masuk SP = 78 oC


Q19 =

=

Panas H2O dalam Batubara (Q20)

292

Massa H2O dalam Batubara =

Suhu Batubara = 70 oC


Q20 =

=

Diagram Alir Panas pada Suspension Preheater

Keterangan :

Panas Masuk :

Q14 = Panas yang dibawa tepung baku masuk SP

Q15 = Panas Batubara masuk SP

Q16 = Panas dari Gas Hasil Pembakaran Kiln ke SP

Q17 = Panas dari CO2 hasil Kalsinasi diKiln masuk SP

Q3

Q2

Q26

Q27

Q25

Q24Q23

Q22

Q21

Q20

Q19

Q18

Q17

Q16

Q15

Q14

SUSPENSION

PREHEATER

293

Q18 = Panas yang dibawa udara panas dari Cooler / udara tersier

Q19 = Panas H2O dalam umpan masuk SP

Q20 = Panas H2O dalam Batubara

Panas Keluar :

Q2 = Panas dari Gas Hasil Pembakaran SP

Q3 = Panas yang dibawa debu keluar SP

Q21 = Panas CO2 hasil Kalsinasi

Q22 = Panas dari reaksi Disosiasi CaCO3 dan MgCO3

Q23 = Panas penguapan H2O dalam umpan Batubara

Q24 = Panas Konveksi

Q25 = Panas yang dibawa N2 dari Batubara

Q26 = Panas yang dibawa produk keluar SP (umpan Kiln)

Q27 = Panas yang Hilang

Panas Keluar :

Panas yang dibawa debu keluar SP (Q3)

Q3 = (dari Perhitungan Neraca Panas Raw Mill)

Panas Gas Hasil Pembakaran SP (Q2)

Q2 = (dari Perhitungan Neraca Panas Raw Mill)

Panas CO2 hasil Kalsinasi (Q21)

294

Massa CO2 hasil Kalsinasi =

Suhu CO2 hasil Kalsinasi = 330 oC


Q21 =

=

Panas dari reaksi disosiasi CaCO3 dan MgCO3 (Q22)

Panas dari reaksi disosiasi CaCO3

Massa CaCO3 =

Hf CaCO3 =

Qa =

=

Panas dari reaksi disosiasi MgCO3

Massa MgCO3 =

Hf MgCO3 =

Qb =

=

Sehingga :

Panas dari reaksi disosiasi CaCO3 dan MgCO3

Q22 = Qa + Qb

=

Panas penguapan H2O dalam Batubara (Q23)

Panas penguapan H2O sampai 100 oC

Massa H2O dalam umpan masuk SP =

295

Suhu H2O = 100 oC


Qa =

=

Panas laten penguapan H2O


Hf H2O (100 oC) = 539,1 Kcal/KgoC (Peray : table 22.01)

Qb =

=

Sehingga :

Panas yang dibawa H2O Batubara

Q23 = Qa + Qb

=

Panas Konveksi (Q24)

Q = hc. A. (Ts-To) Kcal

A =

296

Dimana :

Hc= Koefisien perpindahan panas (Kcal/J.m2 oC)

A = Luas permukaan Cyclone (m2)

Ts = Suhu Shell Cyclone (oC)

To= Suhu Lingkungan (oC)

s = Panjang sisi miring Cyclone (m)

ta = Panjang sisi tegak Cyclone (m)

Da= Diameter Cyclone atas (m)

Db= Diameter Cyclone bawah (m)

Data Pabrik :

Cyclone Jumlah Da (m) Ta (m) Db (m) S (m)

1 2 5 4,9 0,3 8,93

2 1 6,9 5,0 0,7 9,50

3 1 6,9 5,0 0,7 9,50

4 1 6,9 5,0 0,7 9,50

A1 =

A2 = A3 = A4 =

Suspension Preheater terdiri atas 4 Stage, dimana :

Stage I = Jumlah 2 Buah

A = 151,24 m2

s = 10 Kcal/m2 oC

297

T2 = 365 oC

T1 = 25 oC

Maka QI = S x A x dT x 2

=

Stage II = Jumlah 1 Buah

A = 221,68 m2

s = 12 Kcal/m2 oC

T2 = 590 oC

T1 = 25 oC

Maka QII = S x A x dT

=

Stage III = Jumlah 1 Buah

A = 221,68 m2

s = 13 Kcal/m2 oC

T2 = 790 oC

T1 = 25 oC

Maka QIII= S x A x dT

=

Stage IV = Jumlah 1 Buah

A = 221, 68 m2

s = 16 Kcal/m2 oC

T2 = 850 oC

298

T1 = 25 oC

Maka QIV= S x A x dT

=

Jadi Panas Konveksi Total adalah

Q24 = QI + QII + QIII + QIV

=

Panas yang dibawa Produk keluar SP (umpan Kiln) (Q26)

Massa Produk SP = 297.901,075 Kg

Suhu umpan Kiln = 800 oC


Q26 =

=

Panas yang dibawa N2 dari batubara (Q25)

Massa N2 dari Batubara = 417,08 Kg

Suhu N2 = 330 oC


Q25 =

=

Panas yang Hilang ke sekeliling (Q27)

Q27 = (Q14 + Q15 + Q16 + Q17 + Q18 + Q19 + Q20) – (Q2 + Q3 + Q21 + Q22 + Q23 + Q24 +

Q25 + Q26)

=

299

Maka dari Perhitungan Neraca Panas di SP dapat diketahui :

Keterangan Input

(Kcal)

Output

(Kcal)

Kehilangan

(Kcal)

(Q14) Panas yang dibawa tepung baku masuk SP 6.029.316,98

(Q15) Panas Batubara masuk SP 130.458.912,4

300

(Q16) Panas dari Gas Hasil Pembakaran Kiln 41.746.046,59

(Q17) Panas dari CO2 hasil Kalsinasi di Kiln 3.398.689,385

(Q18)Panas yang dibawa udara tersier 62.152.741,11

(Q19) Panas H2O dalam umpan masuk SP 50.783,13

(Q20) Panas H2O dalam Batubara 25.084,34

(Q2) Panas dari Gas Hasil Pembakaran SP 3.240.909,31

(Q3) Panas yang dibawa debu keluar SP 29.783.738,97

(Q21) Panas CO2 hasil Kalsinasi 11.357.675

(Q22) Panas reaksi Disosiasi CaCO3 dan MgCO3 91.390.426,32

(Q23) Panas penguapan H2O dalam Batubara 1.317.530,18

(Q24) Panas Konveksi 15.324.412

(Q25) Panas yang dibawa N2 dari Batubara 32.056,768

(Q26) Panas yang dibawa produk keluar SP 60.027.066,61

(Q27) Panas yang Hilang 31.419.815,6

Jumlah 243.861.573,94 60.027.066,61 183.834.507,38

Total 243.861.573,94 243.861.573,94


Total Panas

=

301

4. Perhitungan Neraca Panas di Kiln

Neraca Panas :

Input = Output

302

Q26 + Q28 + Q29 + Q30 + Q31 + Q32 = Q16 + Q32 + Q33 + Q34 + Q35 + Q36 + Q37 + Q38 + Q39

+ Q40

Panas Masuk

Panas yang dibawa Umpan Kiln (Q26)

Q26 =

Panas dari Batubara (Q28)

Massa Batubara Kering =

Suhu batubara = 70 oC


Q27 =

=

Panas yang dibawa Udara Sekunder (Q29)

Massa Udara Sekunder =

Suhu Udara sekunder = 900 oC


Q28 =

=

Panas yang dibawa Udara Primer (Q30)

Massa Udara Primer =

Suhu udara Primer = 32 oC

303


Q29 =

=

Panas Sensible Batubara (Q31)

Massa batubara kering =

NHV Batubara =

Q30 =

=

Panas yang dibawa H2O dalam Batubara (Q32)


Suhu Batubara = 70 oC


Q31 =

=

Diagram Alir Panas pada Rotary Kiln

Q32

Q31

Q30

Q29

Q28

ROTARY KILN

304

Keterangan :

Panas Masuk

Q26 = Panas yang dibawa Umpan Kiln

Q28 = Panas dari Batubara

Q29 = Panas dari udara Sekunder

Q30 = Panas yang dibawa udara Primer

Q31 = Panas Sensieble Batubara

Q32 = Panas H2O dalam Batubara

Panas Keluar

Q16 = Panas dari GHP Kiln

Q17 = Panas dari CO2 hasil kalsinasi

Q33 = Panas Disosiasi

Q34 = Panas yang dibawa H2O dalam Batubara

Q35 = Panas Konveksi

Q36 = Panas Konduksi

Q37 = Panas Radiasi

Q38 = Panas yang dibawa klinker panas

Q17

Q40

Q39

Q38

Q37

Q36

Q35

Q34

Q33

Q16

Q26

305

Q39 = Panas N2 dari batubara


Panas Keluar

Panas dari GHP Kiln (Q17)

Q16 = 41.746.046,59Kcal (dari perhitungan Neraca Panas SP)

Panas dari CO2 dari Kalsinasi di Kiln (Q17)

Q17 = (dari perhitungan Neraca Panas SP)

Panas dari reaksi disosiasi CaCO3 dam MgCO3 (Q33)

Panas dari Reaksi disosiasi CaCO3

Massa CaCO3 = 32.772,27Kg

Hf CaCO3 = 270,16Kcal/Kg

Qa =

=

Panas dari reaksi disosiasi MgCO3

Massa MgCO3 =

Hf MgCO3 =

Qb =

=

Sehingga panas dari reaksi disosiasi CaCO3 dan MgCO3

Q33 = Qa + Qb

=

Panas yang dibawa H2O menguap dalam Batubara (Q34)

Massa H2O dalam batubara = 1.258,73Kg

306

Suhu H2O menguap = 100 oC


Qa =

=

Panas laten penguapan H2O

Massa H2O dalam Batubara = 1.258,73Kg

Hf H2O (100 oC) =

Qb =

=

Sehingga :

Panas yang dibawa H2O ikut menguap (Q33)

Q34 = Qa + Qb

=

Panas Konveksi (Q35)

Rumus

Q Konveksi = Hc . A . (Ts – T0) Kcal

Dimana :

Hc = Koefisien perpindahan panas Konveksi (Kcal/m2 oC)

Ts = Suhu Shel Kiln (oC) = 1300 oC = 1573 K

T0 = Suhu Lingkungan (oC) = 25 oC = 298 K

A = Luas permukaan perpindahan panas ( m2 )

Diketahui :

A = 1.542,05 m2 (lapisan baja)

Hc untuk silinder horizontal khusus udara Panas pada tekanan 1 atm adalah :

307

Hc =

=

=

Maka :

Q35 = Hc . A . (Ts – T0) Kcal

=

Panas Konduksi (Q36)

Rumus : Q Konduksi =

Q =

308

Am =

Dimana :

Km = Koefesien perpindahan panas konduksi

X1 = jari-jari Lapisan baja

Am = Luas Permukaan (m2)

X2 = jari-jari lapisan batu tahan api

Am1 = Luas permukaan lapisan Baja

L = Panjang Kiln

Am2 = Luas Permukaan lapisan batu tahan api

Diketahui :

Dalam Kiln terdapat 2 lapisan :

1. Lapisan baja

Tebal = 0,028 m

Km1 = 0,225 Kcal/m oC

2. Lapisan Batu tahan api

Tebal = 0,25 m

Km2 = 4,71 Kcal/m oC

L = 84 m

D = 5,6 m

T1 = 1.350 oC

T2 = 25 oC

Maka :

309

Jari-jari lapisan 1 (X1) =

Jari-jari lapisan 2 (X2) =

D1 =

D2 =

Am1 =

Am2 =

= 1.667,36 m2

Sehingga :

= 155.170,40 kcal

Panas radiasi (Q37)

Rumus : Q radiasi = σ x A x F (T14 – T2

4)

310

Dimana :

A : luas penampang (m2)

σ : konstanta Stefan - Boltzman

T : suhu (0K)

Diketahui :

A = 1.667,36 m2 (lapisan batu tahan api)

σ = 5,669 x 10-8 W/m2K4

T1 = 1.6230K

T2 = 1.5730K

F = 0,927 (Holman, gb 8-15)

Maka :

Q radiasi = σ x A x F (T14 – T2

4)

Q37 = 5,669 x 10-8 W/m2K4 x 1.667,36 m2 x 0,927(1.6234 - 1.5734)oK

= 42.227.491 W

= 17.102.270,720 kcal

Panas yang dibawa klinker panas keluar (Q38)

Massa klinker panas keluar = 275.946,579kg

311

Suhu klinker panas = 1300ºC

Cp (1.300ºC) = 0,254 kcal/kgºC (Peray : Fig 13.01)

Q38 =

=

Panas N2 dalam batu bara (Q39)

Massa N2 dalam batu bara = 228,86 kg

Suhu N2 = 900oC

Cp (900oC) = 0,255 (Peray : Fig 13.02)

Q39 =

=


312

Q40 = (Q26 +Q28 + Q29 + Q30 + Q31 + Q32) - (Q16 +Q17 + Q33 + Q34 + Q35 + Q36 + Q37 + Q38 +

Q39)

=

Maka dari perhitungan neraca panas di Rotary Kiln dapat diketahui

KeteranganInput

(kcal)

Output

(kcal)

Kehilangan

(kcal)

(Q26) Panas yang dibawa umpan kiln 60.027.066,61

(Q28) Panas dari batu bara 219.788

(Q29) Panas dari udara sekunder 34.315.780,28

(Q30) Panas yang dibawa udara primer 79.781,27

(Q31) Panas sensible batu bara 100.126.729,5

(Q32) Panas H2O dalam batu bara 26.662,13

313

(Q16) Panas dari gas hasil pembakaran 41.746.046,59

(Q17) Panas dari CO2 hasil kalsinasi 3.398.689,39

(Q33) Panas disosiasi 9.112.024,50

(Q34) Panas dibawa H2O dalam batu bara 722.951,57

(Q35) Panas konveksi 762,85

(Q36) Panas konduksi 155.170,400

(Q37) Panas radiasi 17.102.270,720

(Q38) Panas yang dibawa klinker panas 121.365.299,61

(Q39) Panas N2 dalam batu bara 51.064,39

(Q40) Panas yang hilang 1.105.523,7

Jumlah 194.795.807,79 121.365.299,61 73.430.508,1

Total 194.795.807,79 194.795.807,79


Total Panas

=

314

5. Perhitungan neraca panas di clinker cooler

Input = Output

Q38 + Q41 = Q18 + Q4 + Q28 + Q42 + Q43 + Q44

Panas Masuk

Panas yang dibawa klinker panas/umpan cooler (Q38)

Q38 = 121.365.299,61 Kcal

Panas yang dibawa udara pendingin (Q40)

Massa udara pendingin = 806.784 kg

315

Suhu udara pendingin = 32ºC

Cp (32ºC) = 0,229 kcal/kgºC (Peray : Fig 13.03)

Q41 =

=

Diagram Aliran panas pada Clinker Cooler

Q44

Q43

Q42Q4

Q18

Q41

Q38 CLINKER

COOLER

316

Keterangan :

Panas Masuk :

Q38 = Panas yang dibawa Klinker umpan masuk Cooler

Q41 = Panas yang dibawa udara pendingin

Panas Keluar :

Q18 = Panas yang dibawa udara Tersier

Q4 = Panas yang dibawa udara ke Raw Mill

Q28 = Panas yang dibawa udara Sekunder

Q42 = Panas yang dibawa debu keluar Cooler


Q44 = Panas yang dibawa Klinker dingin

Panas Keluar :

Panas yang dibawa udara tersier masuk SP (Q18)

Q18 = (dari perhitungan Neraca Panas SP)

Panas yang dibawa udara keluar menuju Raw Mill (Q4)

Q4 = (dari perhitungan Neraca Panas di Raw Mill)

Panas yang dibawa udara sekunder masuk Kiln (Q28)

Q28 = (dari perhitungan Neraca Panas di Kiln)

Panas yang dibawa debu keluar Cooler (Q42)

Massa debu keluar Cooler = 55,19Kg

Q28

317

Suhu debu keluar Cooler = 90 oC


Q42 =

=

Panas yang dibawa klinker dingin (Q44)

Massa klinker dingin/produk Cooler= 275.891,389kg

Suhu klinker dingin keluar = 90ºC


Q44 =

=


Q43 = (Q38 + Q41) – (Q18 + Q4 + Q28 + Q42 + Q44)

=

Maka dari perhitungan neraca panas di Cooler dapat diketahui :

KeteranganInput

(kcal)

Output

(kcal)

Kehilangan

(kcal)

(Q37) Panas yang dibawa klinker masuk 121.365.299,61

(Q41) Panas dari batu bara 1.293.268,340

(Q18) Panas yang dibawa udara tersier 62.152.741,11

(Q4) Panas udara keluar raw mill 20.697.705,64

(Q28) Panas yang dibawa udara sekunder 34.315.780,28

(Q42) Panas yang dibawa debu keluar EP 853,79

318

(Q43) Panas yang hilang 2.229.432,8

(Q44) Panas yang dibawa klinker dingin 3.192.063,37

Jumlah 122.658.567,95 3.192.063,37 117.167.080,7

Total 122.658.567,95 122.658.567,95


Total Panas

=

6. Perhitungan Neraca Panas di Finish Mill

Panas Masuk

Panas yang dibawa klinker dingin (Q44)

Q44 = 3.192.063,37 Kcal

Panas yang dibawa Gypsum (Q45)

Massa gypsum kering =

Suhu gypsum masuk = 32ºC


319

Q45 =

=

Panas H2O yang dibawa dalam Gypsum (Q46)

Massa H2O dalam gypsum = kg

Suhu masuk = 32 oC

Cp (32oC) = 0,470 kcal/kgoC (Peray : Fig 13.05)

Q46 =

=

Panas yang dibawa dalam Additive (Q47)

Massa Additive =

Suhu masuk = 32 oC

Cp (32oC) = 0,281 Kcal/kgoC (Peray : Fig 13.05)

Q47 =

=

Panas yang dibawa Pozzolan (Q48)

Massa H2O dalam Pozzolan =

Suhu masuk = 32 oC


Q48 =

=

Panas yang dibawa Fly Ash (Q49)

Massa H2O dalam Fly Ash =

Suhu masuk = 32 oC

320


Q49 =

=

Diagram Aliran Panas pada Finish Mill

Q54

Q53

Q52

Q51

Q50

Q49Q48

Q47

Q46

Q45

Q44 FINISH MILL

321

Keterangan :

Panas Masuk :

Q44 : Panas yang dibawa klinker dingin

Q45 : Panas yang dibawa gypsum masuk finish mill

Q46 : Panas penguapan H2O dalam gypsum

Q47 : Panas yang dibawa Additive

Q48 : Panas yang dibawa Pozzolan

Q49 : Panas yang dibawa Fly Ash

Panas Keluar :

Q50 : Panas yang dibawa debu keluar finish mill

Q51 : Panas yang dibawa H2O dari gypsum

Q52 : Panas yang dibawa keluar reject


Q54 : Panas yang dibawa semen keluar Finish Mill

Panas Keluar

Panas yang dibawa debu keluar (Q50)

Total massa debu terbuang =

Suhu debu keluar = 80ºC


322

Q50 =

=

Panas yang penguapan H2O dari gypsum (Q51)

Massa H2O yang menguap =

Suhu H2O = 100oC

Cp (100oC) = 0,470 kcal/kgoC (Peray, Fig 13.05)

Q51 =

=

Panas yang keluar bersama Reject (Q52)

Massa reject =

Suhu reject = 800 C

Cp (800 C) = 0,160 kcal/kgoC (Peray, Fig 13.01)

Q52 =

= .

Panas yang dibawa semen (Q54)

Massa semen = 233.768,823 Kg

Suhu semen keluar = 80ºC


Q54 =

=


323

Q53 = (Q44 +Q45 +Q46 + Q47+ Q48 + Q49 ) - (Q50 + Q51 + Q52 + Q54)

=

Maka dari perhitungan neraca panas di Finish Mill dapat diketahui :

Keterangan Input

(kcal)

Output

(kcal)

Kehilangan

(kcal)

(Q44)Panas yang dari klinker dingin 3.192.063,37

(Q45)Panas yang dibawa gypsum 19.532,55

(Q46)Panas H2O dalam gypsum 3.177,77

(Q47)Panas yang dibawa Additive 104.011,05

(Q48)Panas yang dibawa Pozzolan 17.824,56

(Q49)Panas yang dibawa Fly Ash 24.194,55

(Q50)Panas debu keluar Finish Mill 6.080,80

(Q51)Panas H2O dari gypsum 34.047,62

(Q52)Panas yang dibawa keluar reject 364.853,50

(Q53)Panas yang Hilang 268.649,31

324

(Q54)Panas semen keluar Finish Mill 2.687.172,62

Jumlah 3.360.803,85 2.687.172,62 673.631,23

Total 3.360.803,85 3.360.803,85


Total Panas

=

NERACA PANAS TOTAL per 1 jam operasi

No Nama AlatInput

(kcal)

Output

(kcal)

Panas yang hilang ke

sekeliling

(kcal)

1 Raw Mill 54.527.541,90 6.806.983,38 47.720.558

2 Blending Silo 6.806.938,38 6.806.931,37 7,107

3Suspension

Preheater243.861.573,94 60.027.066,61 183.834.507,38

4 Rotary Kiln 194.795.807,79 121.365.299,61 73.430.508,10

5 Clinker Cooler 122.658.567,95 3.192.063,37 117.167.080,70

6 Finish Mill 3.360.803,85 2.687.172,62 673.631,23

Jumlah 626.011.233,81 203.184.940.8 422.826.293

Total 626.011.233,81 626.011.233,81

Documents

Lampiran 2 Neraca Panas.doc