LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA & ENERGI

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA & ENERGI

• Perhitungan Neraca Massa

Basis perhitungan : 1 Jam Operasi Kapasitas Produksi =20.000 tahun ton x hari 330 tahun 1 x ton 1 kg 1000 x jam 24 hari 1 = 2.525,25 jam kg

Dari literatur didapat biji coklat kering hasil fermentasi terdiri dari : 6 % kulit dan 94 % keping biji. Keping biji coklat kering hasil fermentasi rata-rata mengandung 2,5 % air dimana keping biji tanpa air mengandung 54 % lemak dan 46 % padatan coklat (tepung). Lemak cokelat mengandung pelarut n-pentana tidak lebih dari 5 ppm, air tidak lebih dari 0,5 % . Produk samping yang dihasilkan adalah tepung coklat (cocoa powder), kandungan lemak tidak lebih dari 2 % dan pelarut tidak lebih dari 5 ppm, dalam % berat. (US Patent references 6361814, 2002).

Dengan metode ekstraksi menggunakan pelarut organik (n-pentana) lemak dapat diekstrak sebanyak 99 % dari total lemak dalam bahan baku. Untuk mendapatkan 2.525,25 kg/jam lemak coklat dibutuhkan bahan baku sebanyak :

99 , 0 / kg 525,25 . 2 jam

= 2.550,75 kg/jam lemak dilarutkan dalam n-pentana Kebutuhan keping biji coklat non air hasil fermentasi :

54 , 0 / 2550,75 kg jam = 4753,625 kg/jam Total kebutuhan keping biji coklat tanpa kulit :

975 , 0 / 4753,625 kg jam = 4844,74 kg/jam Total kebutuhan biji coklat kering hasil fermentasi : 94 , 0 / kg 4844,74 jam = 5153,98 kg/jam

Kapasitas bahan baku = 5153,98 jam kg x kg 1000 ton 1 x hari 1 jam 24 x tahun 1 hari 330 = 40819,54 ton/tahun.

(2)

LA-1. Hammer Mill -101

Tujuan : Memisahkan kulit biji dengan keping biji dan menghaluskan keping biji menjadi ukuran yang diinginkan.

Pada bagian atas hammer mill dilengkapi dengan blower, blower ini berguna untuk menarik kulit biji dan kotoran – kotoran lainnya.

Alur 1

F1 (bahan baku) = 5153,98 kg/jam

F1kulit = 0,06 x 5153,98 kg/jam = 309,24 kg/jam F1keping biji = 0,94 x 5153,98 kg/jam = 4844,74 kg/jam

Alur 2

F2kulit = 0,06 x 5153,98 kg/jam = 309,24 kg/jam

Alur 3 F3

No

keping biji = 0,94 x 5153,98 kg/jam = 4844,74 kg/jam

Tabel LA-1 Neraca Massa pada Hammer Mill - 101

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

Alur 1 Alur 2 Alur 3

1 Kulit 309,24 309,24 -

2 Keping biji 4844,74 - 4844,74

Jumlah 5153,98 309,24 4844,74

Jumlah 5153,98 5153,98

Keping biji tediri dari air 2,5 % dan sisanya terdiri 54 % lemak, 46 % padatan dan untuk perhitungan maka n-Pentana di andaikan sebagai n, lemak sebagai l, padatan

HM-101 Kulit Keping biji 1 3 _{Keping biji} 2 _Kulit

(3)

LA-2. Tangki Penampung Sementara Cokelat Pasta (MT-101)

Lemak Lemak

Padatan Padatan

Air Air

Tujuan : Memanaskan dan menampung coklat pasta (cocoa liquor) agar seluruh lemak mencair dari padatan coklat.

Pada mixing tank 101 hanya ada 1 alur masuk (F3) dan 1 alur keluar (F4). maka massa yang masuk sama dengan massa yang keluar.

Alur 3 = Alur 4 F3 = F4 = 4844,74 kg/jam F3a = F4a = 0,025 x 4844,74 = 121,13 kg/jam F3l + F3p = F3 – F3a = 4844,74 – 121,13 kg/jam = 4723.62 kg/jam F3l = F4l = 0,54 x 4723.62 = 2550,75 kg/jam F3p = F4 Komponen p = 0,46 x 4723.62 = 2172,86 kg/jam

Tabel LA-2 Neraca Massa Pada Tangki Penampung Sementara Cokelat Pasta (MT-101) Masuk (kg/jam) Alur 3 Keluar (kg/jam) Alur 4 Lemak 2550,75 2550,75 Padatan 2172,86 2172,86 Air 121,13 121,13 Total 4844,74 4844,74 MT – 101 3 4

(4)

LA-3. Tangki Pencampur Cokelat Pasta Dengan n-Pentana (MT-102)

Tujuan : Melarutkan lemak coklat kedalam pelarut n-pentana.

Pada mixing tank kelarutan lemak coklat dalam n-pentana adalah 20 %.

Alur 4

F4coklat pasta = 4844,74 kg/jam

F3a = F4a = 0,025 x 4844,74 = 121,13 kg/jam F3l + F3p = F3 – F3a = 4844,74 – 121,13 kg/jam = 4723.62 kg/jam F3l = F4l = 0,54 x 4723.62 = 2550,75 kg/jam F3p = F4 l F n F l F 3 5 3 = + p = 0,46 x 4723.62 = 2172,86 kg/jam Alur 5 0,2 0,2 F5p + 0,2 F3l = F3l F5n = 4 F3l

Untuk selanjutnya perbandingan pelarut n-pentana dan lemak coklat adalah 4 : 1 F5n = 4 x 2550,75 = 10203 kg/jam Alur 6 F6 = F4 + F5 = 4844,74 + 10203 = 15047,74 kg/jam F6l = 2550,75 kg/jam F6p = 2172,86 kg/jam F6n = 10203 kg/jam F6a = 121,13 kg/jam MT-102 n-Pentana Lemak Padatan air 4 5 6 Lemak Padatan n-Pentana air

(5)

Tabel LA-3 Neraca Massa pada Tangki Pencampur Cokelat Pasta Dengan n-Pentana (MT-102)

No Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 6 Alur 4 Alur 5 1 Lemak 2550,75 - 2550,75 2 Padatan 2172,86 - 2172,86 3 n-Pentana - 10203 10203 4 Air 121,13 - 121,13 Jumlah 4844,74 10203 15047,74 Jumlah 15047,74 15047,74

LA-4. Filter Press - 101

FP - 101 n-Pentana Lemak Air Lemak Padatan n-Pentana Air 6 7 14 Lemak Padatan n-Pentana

Tujuan : Memisahkan fasa cair (lemak dan n-pentana) dan fasa padat (padatan,lemak dan n-pentana).

Dengan metoda ekstraksi menggunakan pelarut, 99 % dari total lemak yang terdapat dalam pasta coklat dapat diekstrak (ketaren, 1986).

Alur 6 F6 = 15047,74 kg/jam F6l = 2550,75 kg/jam F6p = 2172,86 kg/jam F6n = 10203 kg/jam F6a = 121,13 kg/jam

(6)

l F l F 6 7 Alur 7 = 0,99 F7 l F n F 6 7 l = 0,99 x 2550,75 = 2525,25 kg/jam = 4 F7n = 4 x 2525,25 = 10100,97 kg/jam F7a = F6a = 121,13 kg/jam F7 = 2525,25 + 10100,97 + 121,13 = 12747,35 kg/jam Alur 14 F14 = F6 – F7 = 15047,74 – 12747,35 = 2300,39 kg/jam F14p = F6 l F l F 6 8 p = 2172,86 kg/jam = 0,01 F14 l F n F 8 8 l = 0,01 x 2550,75 = 25,5075 kg/jam = 4 F14 No n = 4 x 19,131 = 102,03 kg/jam

Tabel LA-4 Neraca Massa pada Fillter press - 101

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

Alur 6 Alur 7 Alur 14

1 Lemak 2550,75 2525,25 25,5075 2 Padatan 2172,86 - 2172,86 3 n-Pentana 10203 10100,97 102,03 4 Air 121,13 121,13 - Jumlah 15047,74 12747,35 2300,39 Jumlah 15047,74 15047,74

(7)

LA-5. Tank – 103

Lemak Lemak

n-pentana n-pentana

Air

Tujuan : Menampung campuran lemak dan pelarut sebanyak volume 1 jam operasi.

Pada tangki penampung ada 1 alur masuk (F7) dan 2 alur keluar (F19 & F8). Air dipisahkan keluar melalui alur 19 berdasarkan perbedaan densitas.

F7l = F8l = 2525,25 kg/jam F7n = F8n = 10100,97 kg/jam F7a = F19a = 121,13 kg/jam F8 = 12626,22 kg/jam F19 = F19 Komponen a = 121,13 kg/jam

Tabel LA-5 Neraca Massa Pada Tank – 103 Masuk (kg/jam) Alur 7 Keluar (kg/jam) Alur 8 Keluar (kg/jam) Alur 19 Lemak 2525,25 2525,25 - n-pentana 10100,97 10100,97 - Air 121,13 - 121,13 Jumlah 12747,35 12626,22 121,13 Jumlah 12747,35 12747,35 T- 103 7 8 19

(8)

LA-6. Heat Exchanger

Tujuan : Menaikkan temperatur campuran lemak, pelarut dan air sebelum masuk ke menara evaporator.

Pada heat exchanger hanya ada 1 alur masuk (F7) dan 1 alur keluar (F8). maka massa yang masuk sama dengan massa yang keluar.

F8l = F9l = 2525,25 kg/jam F8n = F9n = 10100,97 kg/jam F8 = F9

LA-7. Evaporator – 101

Tujuan : Memisahkan pelarut n-pentana dengan lemak coklat dengan cara menguapkan n-pentana.

Pada evaporator ada 1 alur masuk (F = 12626,22 kg/jam

9

) dan 2 alur keluar (F10 & F11). Kandungan n-pentana pada produk lemak cokelat (F10) adalah 5 ppm.

Alur 9 F9l = 2525,25 kg/jam 9 Evaporator - 101 n-Pentana Lemak n-Pentana 9 11 10 _Lemak n-Pentana HE - 101 Lemak n-Pentana 8 9 Lemak n-Pentana

(9)

Alur 10 F9l = F10 ) l F ( n F 10 10 l = 2525,25 kg/jam = 5 ppm F10 ₆ 10 ) (2525,25 x 5 n = = 0,0126 kg/jam F10 = 2525,25 + 0,0126 = 2525,262 kg/jam Alur 11 F11 = F9 – F10 No = 12626,22 – 1893,948 = 7575,746 kg/jam

Tabel LA-6 Neraca Massa pada Evaporator - 101 Komponen Masuk (kg/jam)

Alur 9 Keluar (kg/jam) Alur 10 Alur 11 1 Lemak 2525,25 2525,25 - 2 n-Pentana 10100,97 0,0126 10100,97 Jumlah 12626,22 2525,262 10100,97 Jumlah 12626,22 12626,22

(10)

LA-8. Spray Dryer - 101

Tujuan : Menaikkan temperatur campuran cake sehingga pelarut menguap. Pada ruang pengering hanya ada 1 alur masuk (F14) dan 1 alur keluar (F15). maka massa yang masuk sama dengan massa yang keluar. Dalam neraca massa proses pengeringan diasumsikan udara panas mengandung 0 kg H2O (Himmelblau, 2001).

F14 = F15 = 2300,39 kg/jam F14p = F15p = 2172,86 kg/jam F14l = F15l = 25,5075 kg/jam F14n = F15

LA-9. Cyclon - 101

Tujuan : Memisahkan uap n-pentana dengan padatan coklat (tepung coklat). Pada ruang pengering hanya ada 1 alur masuk (F

n = 102,03 kg/jam

15

) dan 2 alur keluar (F16 & F17). Kandungan n-pentana di padatan coklat tidak lebih 5 ppm..

Alur 15 15 SD – 101 Lemak Padatan n-Pentana 14 15 Lemak Padatan n-Pentana Cyclon - 101 n-Pentana Lemak n-Pentana Padatan 15 17 16 Lemak n-Pentana Padatan

(11)

F15l = 25,5075 kg/jam F15n = 102,03 kg/jam Alur 16 F15p = F16p = 2172,86 kg/jam F15l = F16 ) p F l F ( n F 15 15 16 + l = 25,5075 kg/jam = 5 ppm F16 ₆ 10 ) 25,5075 (2172,86 5 + n = = 0,0109 kg/jam F16 = 2172,86 + 25,5075 + 0,0109 = 2198,378 kg/jam Alur 17 F17 = F15 – F16 No = 2300,39 – 2198,378 = 102,011 kg/jam

Tabel LA-7 Neraca Massa pada Cyclon - 101

Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 15 Alur 16 Alur 17

1 Lemak 25,5075 25,5075 -

2 Padatan 2172,86 2172,86 -

3 n-Pentana 102,03 0,0109 102,011

Jumlah 2300,39 2198,378 102,011

(12)

• Perhitungan Neraca Energi

Basis perhitungan : 1 Jam operasi Suhu referensi : 25 0

Gugus

C Satuan panas : kilo juole

Tabel LA-8 Harga Cp Setiap Gugusan

Nilai kapasitas panas (Cp) untuk lemak coklat : 1. Palmitic acid (C16H32O2) = CH3(CH2)14

Bm = 256 ; = 1(-CH

COOH

3) + 14(-CH2-) + 1 (-COOH)

(13)

2. Stearic acid (C18H36O2) = CH3(CH2)16 Bm = 284 ; = 1(-CH COOH 3) + 16(-CH2-) + 1(-COOH) = 1(8,8) + 16(7,26) + 1(19,1) = 144,06 kkal/kmol0C = 2,121 kj/kg0 3. Oleic acid (C C 18H34O2) = CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7 Bm = 282 ; = 1(-CH COOH 3) + 14(-CH2-) + 1(CH=CH) + 1(-COOH) = 1(8,8) + 14(7,26) + 1(5,10) + 1(19,10) = 134,64 kkal/kmol0C = 1,995 kj/kg0 4. Linoleic acid (C C 18H32O2) = CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CH(CH2)7 Bm = 280 ; = 1(-CH COOH 3) + 12(-CH2-) + 2(CH=CH) + 1(COOH) = 1(8,8) + 12(7,26) + 2(5,10) + 1(19,1) = 125,22 kkal/kmol0C = 1,870 kj/kg0 1. Starch (C C Nilai kapasitas panas (Cp) untuk padatan coklat :

6H10O5) = CH3O(COH)2CH2 Bm = 162 ; = 1(CH COH 3O) + 1(CH2O) + 1(CH2) + 3 (COH) = 1(17,5) + 1(18,2) + 1(7,26) + 3(12,66) = 80,94 kkal/mol0C = 2,088 kj/kg0 2. Karbohidrat (C C 6H12O6) = CH3(CHOH)4 Bm = 180 ; = 1(CH COH 3) + 4(CHOH) + !(COH) = 1(17,5) + 4(18,2) + 1(12,66) = 102,96 kkal/kmol0C = 2,393 kj/kg0 3. Theobromine (C C 7H8N4O2) = (C=O)2(NH)N2=N=C=C(CH3)2 Bm = 180 ; = 2( _C=O) + (N-H) + 2(N) + (N=) + 2(CH =CH 3) + (=C-H) = 2(12,66) + 10,5 + 2(7,5) + 4,5 + 2(3,8) + 2(8,8) + 5,1 = 85,62 kkal/kmol0C = 1,987 kj/kg0 4. Protein (C C 2H5NO2) = CH3 Bm = 75 ; = 1(CH NHCOOH 3) + 1(NH) + 1(COOH) = 8,8 + 10,5 + 19,1 = 38,4 kkal/kmol0C = 2,142 kj/kg0 5. Nitrogen (N C 2) = 6,677 kj/kg0 6. P C (Perry’s, 1999) 2O5 = 0,063 kj/kg0 7. NaCl = 0,836 kj/kg C (Perry’s, 1999) 0

Nilai kapasitas panas (Cp) untuk pelarut :

(14)

n-Pentana (C5H12) = 4,786 kj/kg0C (Perry’s,

1999)

Nilai kapasitas panas (Cp) untuk air : Air (H2O) = 4,185 kj/kgo

- Palmitic acid : 25 %

C (Geankoplis, 1983)

Komposisi lemak coklat terdiri :

- Stearic acid : 35 % - Oleic acid : 38 % - Linoleoc acid : 2 % Cp total lemak = 0,25(2,117) + 0,35 (2,121) + 0,38 (1,995) + 0,02 (1,870) = 2,067 kj/kg0 - Starch : 14 % C

Komposisi padatan coklat terdiri :

- Karbohidrat : 22 % - Protein : 21 % - Theobromine : 4 % - Nitrogen : 32,5 % - P2O5 - NaCl : 3 % : 3,5 %

Komposisi air dalam keping biji coklat : - Air : 2,5 %

Cp total padatan = 0,14 (2,088) + 0,21 (2,142) + 0,04 (1,987) + 0,325 (6,677) + 0,035 (0,263) + 0,03 (0,836) + 0,22 (2,393)

= 3,552 kj/kg0C

Cp total coklat pasta (lemak, padatan & air)

= 0,526 (2,067) + 0,449 (3,552) + 0,025 (4,185) = 2,845 kj/kg0C

(15)

LA-10. Tangki Penampung Sementara Cokelat Pasta (MT-101) Steam P = 2 atm, T = 180 0

C

Coklat pasta Coklat pasta

P =1 atm, T = 30 0C P = 1 atm, T = 60 0C P = 2 atm, T = 100 0C

Kondensat Energi Masuk

Q = m . Cp . Δt

Jumlah energi masuk (Q masuk) pada 30 o

Komponen

C adalah:

Tabel LA-9 Neraca Energi Masuk pada Tangki Penampung Sementara Cokelat Pasta m (kg/jam) Cp (kJ/kgoC) ΔT (oC) Qm (kJ/jam)

Coklat pasta 4844,74 2,845 5 68916.427 Jumlah 4844,74 68916.427

Energi Keluar

Jumlah panas yang keluar (Qkeluar) pada 60 o

Komponen

C adalah :

Tabel LA-10 Neraca Energi Keluar pada Tangki Penampung Sementara Cokelat Pasta m (kg/jam) Cp (kJ/kgoC) ΔT (oC) Qk (kJ/jam)

Coklat pasta 4844,74 2,845 35 482414.99 Jumlah 4844,74 482414.99

Panas yang dilepas steam (Qs):

Qs = Qk – Qm = 482414.99 kJ/jam – 68916.427 kJ/jam = 413498,559 kJ/jam

Dari Tabel steam Smith, 2004 diperoleh: HV (180oC, 2 atm) = 2828,6 kJ/kg

Hl (100oC, saturated steam) = 419,0 kJ/kg

Q = Hv - Hl

MT – 101

(16)

= 2829,94 kJ/kg – 419,0 kJ/kg = 2410,94 kJ/kg

Masa steam yang diperlukan:

kg/jam 171.50927 kJ/kg 94 , 410 2 kJ/jam 413498.559 Q Qs m = = =

LA-11. Tangki Pencampur Cokelat Pasta Dengan n-Pentana (MT-102) n-Pentana

P = 1 atm, T = 28 0

Coklat pasta

C

Coklat pasta, n-Pentana P = 1 atm, T = 60 0C P = 1 atm

Tujuan : Tempat bercampurnya coklat pasta dengan n-pentana, besarnya temperatur hasil pencampuran T3 :

m1 Cp (T3-T1) + m2 Cp (T3-T2) = 0 (Saad, 1994) (4844,74 x 2,845 x (T3 - 60)) + (10203 x 4,786 x (T3 - 28) = 0 13783,285 (T3 – 60) + 48831,558 (T3 – 28) = 0 62614,843 T3 = 826997,1 + 1367283,624 T3 = 35 0C Energi Masuk Q = m . Cp . Δt

Jumlah energi masuk (Q masuk) cokelat pasta pada 60 oC, n-pentana pada 28 0

Komponen

C adalah:

Tabel LA-11 Neraca Energi Masuk pada Tangki Pencampur Cokelat Pasta Dengan n-Pentana m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qm (kj/jam) Coklat pasta 4844,74 2,845 35 482414.99 n-pentana 10203 4,786 3 146494.67 MT – 102 4 5 6

(17)

Energi Keluar

Komponen

C adalah :

Tabel LA-12 Neraca Energi Keluar pada Tangki Pencampur Cokelat Pasta Dengan n-Pentana m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qk (kj/jam) Coklat pasta & n-pentana 15047,74 4,159 10 628909,66 Jumlah 15047,74 628909,66 LA-12. Evaporator - 101 Steam P = 2 atm, 180 0 P = 1 atm, T = 70 C 0

Lemak, n-pentana P = 1 atm, T = 105 C n-pentana 0 C Lemak, n-pentana P = 2 atm, 100 0C Kondensat

Tujuan : Memekatkan lemak cokelat dengan cara menguapkan n-pentana, kompoisi n-pentana pada produk akhir tidak lebih 5 ppm.

Pada menara evaporator umpan terlebih dahulu melewati heat exchanger untuk menaikkan temperatur sampai 70 0C lalu dipekatkan sampai temperatur 105 0

12626,22 2525,25 C. Cp umpan dialur 9 = x 2,067 + 12626,22 10100,97 x 4,786 = 4,242 kj/kg0C

Panas laten (Hvl) n-pentana : 359,491 kj/kg (Reaklaitis, 1983) F Cp (T1 – T2) + S (Q) = L hl + ∑ V Hvl (Geankoplis, 1983) 12626,22 x 4,274 (105 – 70) + S (2410,94) = 2525,25 (0) + 10100,97 (359,491) S (2410,94) = 3631207,806 – 1888756,269 EV – 101 9 ₁₁ 10

(18)

S = 94 , 2410 7 1742451,53 = 722,727 kg/jam

Jumlah steam yang dibutuhkan pada unit evaporator adalah 722,727 kg/jam.

Energi Masuk

Jumlah energi panas yang masuk (Qmasuk) pada 70 o

Komponen

C adalah : Tabel LA-13 Neraca Energi Keluar pada Evaporator - 101

m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qm (kj/jam) Lemak coklat & n-pentana 12626,22 4,242 45 2410219.1 Jumlah 12626,22 2410219,1 Energi Keluar Q = m . Cp . Δt

Jumlah energi keluar (Q keluar) pada 105 o

Komponen

C adalah: Tabel LA-14 Neraca Energi Masuk pada Evaporator - 101

m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qk (kj/jam) n-pentana 10100,97 3,130 80 2529282.9 Lemak cokelat & n-pentana 2525,262 2,067 80 417577.82 Jumlah 12626.235 2946860.7

LA-13. Heat Exchanger – 101

Heat Exchanger 101 n-Pentana P = 1 atm ;T = 105 0C Lemak n-Pentana P =1 atm T = 35 0C 8 11 9 Lemak n-Pentana P = 1 atm T = 70 0C 12 n-Pentana P = 1 atm 0

(19)

Fungsi : Menaikkan umpan dialur 8 sebelum masuk ke menara evaporator dan menurunkan temperatur uap n-pentana sebelum kembali di alirkan ke kondensor untuk kembali dicairkan. Q = W1 x Cp1 x ΔT = W2 x Cp2 x Δt (Kern, 1965) Q = 12626,22 x 4,242 x ( 70 – 35 ) = 10100,97 x 3,13 (105 – t1) 3319683,791 – 1874614,8754 = 31616,036 t1 t1 = 45,70 0C Energi Masuk Q = m . Cp . Δt

Jumlah panas masuk (Q masuk) pada 35 o

Komponen

C adalah:

Tabel LA-15Neraca Panas Masuk Pada Heat Exchanger – 101

m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qm (kj/jam) Lemak cokelat & n-pentana 12626,22 4,242 10 535604,252 Jumlah 12626,22 535604,252 Energi Keluar Q = m . Cp . Δt

Komponen

C adalah: Tabel LA-16Neraca Panas Keluar Pada Heat Exchanger – 101

m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qk (kj/jam) Lemak cokelat & n-pentana 12626,22 4,242 45 2410219,136 Jumlah 12626,22 2410219,136

(20)

LA-14. Condensor – 101 Air pendingin P = 1 atm, T = 24 o n-Pentana n-Pentana P = 1 atm, T = 45,7 C o C P = 1 atm, T = 28 o P = 1 atm, T = 45 C o C Air pendingin bekas

Fungsi : Menurunkan temperatur uap n-pentana dan merubah fasa n-pentana kembali ke fasa cair pada temperatur 28 0C.

Energi Masuk

Q = m . Cp . Δt

Jumlah panas masuk (Q masuk) pada 45,7 o

Komponen

C adalah: Tabel LA-17Neraca Energi Masuk Pada Condenser - 101

m (kg) Cp (kJ/kg.0 ∆ C) T (C) Qm (kJ/jam) n-Pentana 10100,97 3,13 20,7 654451,947 Jumlah 10100,97 654451,947 Energi Keluar Q = m . Cp . Δt

Komponen

C adalah: Tabel LA-18 eraca Energi Keluar Pada Condenser - 101

m (kg) Cp (kJ/kg.0 ∆ C) T (C) Qk (kJ/jam) CD – 101

(21)

Jumlah 10100,97 94848,108

Q = Qk – Qm

= (94848,108– 654451,947) kJ/jam = - 559603,838 kJ/jam

Maka panas yang diserap air pendingin sebesar 559603,838 kJ/jam.

Digunakan air pendingin dengan temperatur masuk 24 0C, 1 atm dan keluar pada temperatur 45 0C, 1 atm. Cp air = 4,185 kj/kg.0

dT Cp Q . C (Geankoplis, 1983). Q = m x Cp x dT m = = ) 45 24 ( 185 , 4 559603,838 -− x = 6367,456 kg/jam

Massa air pendingin yang dibutuhkan adalah 6367,456 kg/jam

LA-15. Spray Dryer – 101

Uap pelarut udara panas

Tg1, H1 G, Tg2, H

Padatan Tepung coklat kering

L

2

s1, Ts1, X1 Ls2, Ts2, X2

Ts1 = umpan padatan masuk pada 35 0C

Ts2 = tepung coklat kering keluar pada 75 0C

Tg2 = gas masuk pada 150 0C

Tg1 = gas keluar pada 60 0C

X1 = fraksi awal n-pentana terhadap tepung coklat

(22)

H1 = fraksi awal n-pentana dalam udara panas

H2 = fraksi akhir n-pentana dalam udara buang

X1

2300,39 102,03

= = 0,0444 kg n-pentana/kg tepung coklat X2 = 5 ppm n-pentana/kg tepung coklat

Neraca massa pengeringan :

G.H2 + Ls1.X1 = G.H1 + Ls2.X2 (Geankoplis, 1983)

G (0) + 2300,39 x 0,0444 = G.H1 + 2198,36 x 5.10-6

G.H1 = 102,126 kg /jam

Neraca energi pengeringan : - Untuk udara T0 = 0 0C Hvl n-pentana = 359,491 kj/kg (Reaklaitis, 1983) H’g2 = Cs (Tg2 – T0) + H2.Hvl (Geankoplis, 1983) = [1,005 + 1,88(0)] (150 – 0) + (0 x 359,491) = 150,75 kj/kg udara kering H’g1 = Cs (Tg1 – T0) + H1.λ (Geankoplis, 1983) = [1,005 + 1,88(H1)] (60 – 0) + (H1 . 359,491) = 60,3 + 472,291 H

- Untuk umpan masuk

1 Cp n-pentana = 4,786 kj/kg0 2198,36 25,5075 C (Reaklaitis, 1983) Cp umpan = x 2,067 + 2198,36 2172,86 x 3,552 + 2198,36 102,03 x 4,786 = 3,756 kj/kg0C H’s1 = Cps (Ts1 – T0) + X1 Cpn-pentana (Ts1-T0) (Geankoplis, 1983) = 3,756 (35 – 0) + 0,0444(4,786) (35 - 0) = 138,897 kj/kg tepung coklat kering

(23)

= 281,718 kj/kg tepung coklat kering

G.H’g2 + Ls1.H’s1 = G.Hg1 + Ls2.H’s2 + Q (Geankoplis, 1983)

Diasumsikan tidak ada panas yang hilang didalam alat pengering. Q = 0

G. 150,75 + 2300,39 . 138,897 = G (60,3 + 472,291 H1) + (2172,86 x 281,718) + 0 G. 150,75 + 319517,269 = G (60,3 + 472,291 H1) + 612133,773 G. 90,45 = 472,291 G.H1 + 299800,556 G. 90,45 = 472,291 (102,126) + 292616,504 G. 90,45 = 340849,694 G = 3768,377 kg udara / jam

Maka kebutuhan udara untuk menguapkan n-pentana dari tepung coklat adalah 348033,746 kg/jam.

Energi Masuk

Q = m . Cp . Δt

Komponen

C adalah:

Tabel LA-19 Neraca Panas Masuk Pada Spray dryer & Cyclon -101 m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qm (kj/jam) Padatan cokelat 2172,86 3,552 10 77179.987 Lemak cokelat 25,5075 2,067 10 527.24003 n-pentana 102,03 4,786 10 4883.1558 Jumlah 2300,39 61943,116 Energi Keluar Q = m . Cp . Δt

Jumlah panas yang keluar (Qkeluar) tepung cokelat pada 75 oC, gas n-pentana

pada 60 0

Komponen C adalah:

Tabel LA-20 Neraca Panas Keluar Pada Spray dryer & Cyclon -101 m (kg/jam) Cp (kj/kgoC) ΔT (oC) Qk (kj/jam)

(24)

Tepung cokelat 2198,36 3,535 50 388560.13 n-pentana 102,126 3,130 35 11187.903 Jumlah 2300,39 399748.03 LA-16. Condensor – 102 Air pendingin P = 1 atm, T = 24 o n-Pentana n-Pentana P = 1 atm, T = 60 C o C P = 1 atm, T = 28 o P = 1 atm, T = 45 C o C Air pendingin bekas

Energi Masuk

Q = m . Cp . Δt

Komponen

C adalah: Tabel LA-21 Neraca Energi Masuk Pada Condenser - 102

m (kg)/kam Cp (kJ/kg.0 ∆ C) T (C) Qm (kJ/jam) n-Pentana 102,126 3,13 35 11187.903 Jumlah 102,126 11187,903 Energi Keluar Q = m . Cp . Δt

Komponen

C adalah: Tabel LA-22 Neraca Energi Keluar Pada Condenser - 102

m (kg)/jam Cp (kJ/kg.0 ∆ C) T (C) Qk (kJ/jam) n-Pentana 102,126 3,13 3 1598.2719 Jumlah 102,126 1598,2719 CD – 101

(25)

= (1598,2719 - 11187,903) kJ/jam = - 9589.6314 kJ/jam

Maka panas yang diserap air pendingin sebesar 9589.6314 kJ/jam.

Digunakan air pendingin dengan temperatur masuk 24 0C, 1 atm dan keluar pada temperatur 45 0C, 1 atm. Cp air = 4,185 kj/kg.0

dT Cp Q . C (Geankoplis, 1983). Q = m x Cp x dT m = = ) 45 24 ( 185 , 4 9589.6314 -− x = 109,116 kg/jam

Massa air pendingin yang dibutuhkan adalah 109,116 kg/jam

Total kebutuhan steam = 171,509 + 722,727 = 894,236 kg/jam Total kebutuhan air pendingin = 6367,456 + 109,116 = 6476,571 kg/jam Total kebutuhan udara = 348033,746 kg/jam

(26)

LAMPIRAN B

SPESIFIKASI ALAT

LB-1 gudang Bahan Baku (G-101)

Fungsi : Penyimpanan biji cokelat untuk kebutuhan selama 17 hari.

Bentuk : Prisma segi empat beraturan. Bahan konstruksi : Beton

Kondisi penyimpanan : Kondisi ruang. Kebutuhan biji cokelat 5153,98 kg/jam.

Kebutuhan biji cokelat untuk 17 hari = 5153,98 kg/jam x 24 jam/hari x 17 hari = 2.102.823,84 kg.

Berat 1 biji cokelat = 85 biji dalam 100 gr = 1,176.10-3 Jumlah biji cokelat untuk 17 hari = 2.102.823,84 kg x

kg/biji. (Riyadi, 2007) biji / kg 10 . 176 , 1 biji 1 3 − = 1.788.115.510 biji

1 buah biji berdiameter 1 cm = 0,01 m Panjang biji 2 cm = 0,02 m Volume biji cokelat = 1,57.10-6 m

Volume biji cokelat untuk 17 hari = 1.788.115.510 x 1,57.10

3 -6 = 2807,341 m Faktor kelonggaran (fk) = 30 % 3 Volume gudang = 1,3 x 2807,341 = 3649,544 m Gudang direncanakan berukuran (v) = p x l x t

3 Dimana : p : l : t = 4t : 4t : t Tinggi gudang = 3 16 3649,544 = 6,1 m Maka Panjang gudang = 4 x 6,1 = 24,44 m

(27)

LB-2 Tangki Penyimpanan n-Pentana (T-101)

Fungsi : Penyimpanan n-pentana untuk kebutuhan selama 2 jam operasi dan make up selama 30 hari.

Kondisi : T = 28 o

Jenis : Silinder tegak, alas datar dan tutup ellipsoidal. C, P = 1 atm

Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-283 grade C Jumlah : 1 unit

Tabel LB-1 Komposisi n-Pentana Dalam Produk Lemak Cokelat dan Tepung Cokelat Komponen Alur 10 Massa (kg/jam) Alur 16 Massa (kg/jam) n-pentana 0,0126 0,0109 Total 0,0235 kg/jam Densitas n-pentana = 626 kg/m3 = 39,022 lbm/ft3 Perhitungan : a. Volume

• Kebutuhan make up n-pentana selama 30 hari = 16,92 kg/bulan. • Kebutuhan n-pentana selama 2 jam operasi :

10230 kg/jam x 2 jam = 20460 kg.

• Total kebutuhan n-pentana = 20460 + 16,92 = 20476,92 kg • Volume total n-pentana :

= ₃ 32,71 3 kg/m 626 kg 20476,90 m =

• Faktor keamanan tangki 20 %, maka:

• Volume tangki (V) = (100 % + 20 % ) x Volume Bahan = 1,2 x 32,71 m3 = 39,253 m3

(28)

b. Diameter (D) dan Tinggi Tangki (L) Hh H D Hc L

Gambar LB-1 Ukuran Tangki

• Volume shell tangki (VS

V ) s πD H 4 1 2 = ; asumsi, H : D = 3 : 2 Maka Vs πD3 1,177D3 8 3 ₌ =

• Volume tutup tangki (Vh

V ) h D3 24 π = = 0,131 D3 • Volume tangki (V)

(Brownell & Young , 1959)

V = Vs + Vh 32,253 = 1,177 D 3 + 0,131 D D = 2,91 m = 114,566 in = 9,549 ft 3 r = 0,5 D = 1,455 m = 4,773 ft = 57,283 in H = 4,23 m = 166,535 in = 13,878 ft Vs = 29,016 m

c. Diameter dan Tinggi Tutup

3

Diameter tutup tangki = diameter tangki = 2,82 m

Tinggi tutup (Hh) = D/4 (walas, 1988) =

4 m 2,91

(29)

d. Tebal Shell Tangki (Brownell & Young, 1959) Volume tutup tangki (Vh D3

24 π

) = = 0,131 D3 Volume cairan dalam shell (V

= 3,228 m c = V - V Shell) = (39,253 – 3,228) m h 3 = 36,025 m Tinggi cairan (H 3 c = ) = (Vc/Vs) x Hs 3 3 m 29,016 m 025 , 6 3 x 4,365 m = 5,419 m L = Hh + H Tekanan hidrostatik : = 4,365 m + 0,727 m = 5,092 m = 200,472 in P = ((H -1) x ρ) / 144 ft2/in2 =

(Brownell & Young, 1959)

144 022 , 39 ) 1 32 , 14 ( − x = 3,6 psi

Tekanan operasi = 14,696 psi + 3,6 psi = 18,3 psi Joint Efficiency (Ej) = 0,85 Allowable Stress (S) = 12650 Psia

Corrosion allowance (CA

Umur alat (n) = 10 tahun ) = 0,125 in/tahun

C = n x C

Tebal Shell Tangki :

A tt C 0,6.P 2.S.Ej Pr ₊ − = (Timmerhous, 2004) =

₍

_{) (}

₎

1,25inc 3 , 18 x 0,6 0,85 x psi 12650 2831 , 57 x psi 18,3186 + − psi in = 1,347 in

Tebal shell standar dari tabel 5.4 brownell & young, 1959 dipilih =

8 3 1 in

(30)

e. Ukuran Tutup Tangki t C r a ID OD b icr OA sf A B

Gambar LB-2 Ukuran Tutup Tangki

Tutup tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell, maka: Tebal tutup tangki =

8 3 1 in

Dari Tabel 5.4 Brownell dan Young (1959), diperoleh nilai : Sf = Flange lurus = 2,75 in = 0,0698 m

icr = Radius sudut bagian dalam = 4,125 in = 0,1048 m

Dimensi keseluruhan : OA = t + b + sf (Brownell dan Young, 1959) Dimana OA = Hh = Tinggi keseluruhan tutup tangki

b = Pinggan bagian dalam a = Radius dalam

r = radius pinggan Sehingga pinggan dalam,

b = 0,727 – 0,0698 – 0,1048 = 0,5524 m Maka diperoleh radius pinggan dalam sebesar:

r = b + AC

Dimana : AC = BC2 − AB2

AB = a – icr BC = r – icr a = D/2 = 1,455 m

(31)

maka r = b+ BC2 − AB2

(r – b)2 = (r – icr)2 – (a – icr) r

2

– 2br + b2 = (r2 – 2r(icr) + icr2) – (a2 – 2a(icr) + icr2

2br = b ) 2 + 2r(icr) + a2 2 (0,5524) r = 0,5524 + 2r (0,1048) + 1,455 – 2a(icr) 2 r = 2,365 m – 2(1,455)(0,1048)

LB-3 Tangki Penampung Sementara Cokelat Pasta (MT-101)

Fungsi : Menampung cokelat pasta untuk kebutuhan 1 jam operasi dan menaikkan temperatur dari 30 0C menjadi 60 0 Kondisi : T = 60

C

o

Jenis : Tangki berpengaduk. Silinder tegak, alas dan tutup elipsoidal

C, P = 1 atm

Bahan konstruksi : Stainless Steel, SA-240 tipe 304 Jumlah : 2 unit

Tabel LB-2 Komposisi Cokelat Pasta Dalam Tangki

Komponen Massa (kg/jam) Densitas (kg/m3) Volume (m3/jam) Viscositas (Cp)

Cokelat pasta 4844,74 980 4,944 57,65

Perhitungan, Analog dengan LB-2 dihasilkan : a. Volume

Volume tangki , V = 1,2 x 4,944 = 5,932 m3 b. Diameter (D) dan Tinggi Tangki (L)

Gambar LB-3 Ukuran Tangki

Hh H D Hc L Hh

(32)

• Volume shell tangki (VS V ) s πD H 4 1 2 = ; asumsi, H : D = 3 : 2 • Volume tutup tangki (Vh

V ) h 3 D 24 π = = 0,131 D • Volume tangki (V) 3 V = Vs + 2.Vh 5,932 m 3 = 1,177 D3 + (2 x 0,131 D3 D = 1,6 m = 62,99 in = 5,25 ft ) r = 0,5 D = 0,8 m = 2,625 ft = 31,496 in H = 2,4 m = 94,488 in = 7,873 ft Vs = 4,823 m3

Diameter tutup tangki = diameter tangki = 1,6 m

Tinggi tutup (Hh) = D/4 = 4 m 1,6 = 0,4 m = 15,748 in d. Tebal Shell Tangki

Volume tutup tangki (Vh D3

24 π

) = = 0,131 D3 = 0,536 m Volume cairan dalam shell (V

3 c = V - (2.V Shell) h ) = (5,932 – (2 x 0,536) m 3 = 3,378 m Tinggi cairan (H 3 c = ) = (Vc/Vs) x H 3 3 m 4,823 m 3,378 x 2,4 m = 1,68 m L = (2.Hh ) + H Tekanan hidrostatik : = 2,4 m + (2 x 0,4) m = 3,2 m = 125,984 in P = ((H -1) x ρ) / 144 ft2/in2 =

2 2 3 / 144 lbm/ft 115 , 61 x ) 1 ft (7,873 in ft − = 2,917 psi

(33)

Joint Efficiency (Ej) = 0,85 Allowable Stress (S) = 18750 Psia

Corrosion allowance (CA

Umur alat (n) = 10 tahun ) = 0,05 in/tahun

C = n x C

A tt C 0,6.P 2.S.Ej Pr ₊ − = (Timmerhous, 2004) =

₍

_{) (}

₎

0,5in 613 , 17 x 0,6 0,85 x psi 18750 496 , 31 x psi 17,613 + − psi in = 0,534 in

8 5

in e. Ukuran Tutup Tangki

t C r a ID OD b icr OA sf A B

Gambar LB-4 Ukuran Tutup Tangki

8 5

in

(34)

Sehingga pinggan dalam,

r = b + AC Dimana : AC = 2 2 AB BC − AB = a – icr BC = r – icr a = D/2 = 0,8 m maka r = b+ BC2 − AB2 (r – b)2 = (r – icr)2 – (a – icr) r 2 2

2br = b ) 2 + 2r(icr) + a2 2 (0,3143) r = 0,3143 – 2a(icr) 2 + 2r (0,0476) + 0,82 r = 0,62115 m – 2(0,8)(0,0476) f. Pengaduk

Jenis : Gate paddle agitator Kecepatan putar (N) : 180 rpm = 3 rps Effisiensi motor : 80 %

Dasar pemilihan anchor/gate paddle agitators : - Kecepatan putar rendah : 20 – 200 rpm. - Dapat menyapu dinding dasar tangki.

- Digunakan pada cairan yang berviskositas tinggi, mis : pasta.

- Ditujukan terhadap proses yang mengharapkan terjadinya perpindahan panas.

Standar sistem pengadukan :

Da : D = 1 : 3 W : Da = 1 : 5 C : D = 1 :3

Diameter blade (Da) = 1/3 x D = 1/3 x 5,25 ft = 1,75 ft Lebar blade (W) = 1/5 x Da = 1/5 x 1,75 ft = 0,35 ft

Tinggi pengaduk dari dasar tangki (C) = 1/3 x D = 1/3 x 5,25 ft = 1,75 ft Viskositas cokelat pasta = 57,65 Cp

(35)

Daya untuk pengadukan : Bil reynold (Nre) =

µ ρ x Da x N 2 = lbm/ft.s .10 38,739 lbm/ft 61,115 ft) (1,75 3/s 3 -3 2 = 14494,283 Dari gambar 3.4-4 Geankoplis, 1983.garis 5 diproleh : Np = 0,38

Daya motor (P) = gc . .Da Np.N3 5ρ = ₂ 3 5 3 .s lbm.ft/lbf 147 , 32 lbm/ft 61,115 . ft) (1,75 . s) (3 . 0,38 = 320,1437 ft.lbf/s Karena effisiensi motor, η = 80 %

Jadi daya motor (P) = 400,179 ft.lbf/s = 0,727 hp g. Koil Pemanas L = Da = 1,75 ft N = 180 rpm = 10800 rph Pada T = 60 0C 140 0 ρ = 980 kg/m F, diproleh data : 3 3 3 kg/m 16,0185 lbm/ft 1 x = 61,115 lbm/ft μ = 57,65 Cp x 3 Cp 1 lbm/ft.h 2,419 = 139,46 lbm/ft.h k = 0,0974 btu/h.ft.0 c = 1,169 btu/lbm. F 0 Dipilih koil 1 in BWG 18, ID = 0,902 in = 0,0753 ft, OD 1 in = 0,0833 ft F a “ = 0,2618 ft2 Rej = /ft µ ρ N L2 = lbm/ft.h 139,46 lbm/ft 61,115 /h 10800 ft) (1,75 2 3 = 14494,325 Untuk Rej = 12010,289; dari fig 20-2 kern 1965 didapat J = 700

J = 14 , 0 3 / 1 w x k c. x k hi.Di       µ µ       µ − 700 = x 1 0974 , 0 139,46 x 1,169 x 0,0974 hi.0,0753 −1/3      

(36)

650hi = 10750,551 btu/jam.ft2.0

hid = hi x (ID/OD) = 10750,551x (0,0753/0,0833) = 9178,085 btu/ft F 2 .0 Uc = F.h hid hi hid x hi + = 10750,551 9178,085 9178,085 x 10750,551 + = 5242,444 btu/ft 2 .0 Untuk koil steam dan fluida medium organik : Rd = 0,005

F.h hd = 1/Rd = 200 Ud = hd Uc hd x Uc + = 5242,444 200 200 x 5242,444 + = 192,65 btu/ft 2 .0 Dari data perhitungan lampiran A (LA–15) diproleh :

F.h Qs = 413498,559 kJ/jam = 391919,473 btu/jam T1 = 180 0C = 140 0F ; T2 = 100 0C = 86 0 ΔT = 140 – 86 = 54 F 0 A = F T x Ud Qs ∆ = 192,65 x 54 391919,473 = 37,673 ft External surface per l in (a”) = 0,2618 ft

2

Luas permukaan spiral per lilitan = π x 0,6 x 0,2618 = 0,493 ft /ft Jumlah lilitan = 2 2 ft 0,493 ft 37,673 = 76,416 lilitan = 77 lilitan

LB-4 Tangki Pencampur Cokelat Pasta Dengan n-Pentana (MT-102)

Fungsi : Mencampur cokelat pasta dengan n-pentana, sehingga lemak cokelat melarut kedalam n-pentana.

Kondisi : T = 35 o

Jenis : Tangki berpengaduk. Silinder tegak, alas dan tutup elipsoidal

C, P = 1 atm

Bahan konstruksi : Carbon Steel, SA-283 grade C Jumlah : 2 unit

Komponen Massa (kg/jam) Densitas (kg/m3) Volume (m3/jam) Viscositas (Cp)

Cokelat pasta 4844,74 980 4,944 57,65

n-Pentana 10203, 626 16,298 0,23

(37)

Perhitungan, Analog dengan LB-1, dihasilkan : a. Volume

V ) s πD H 4 1 2 = ; asumsi, H : D = 3 : 2 • Volume tutup tangki (Vh

V ) h D3 24 π = = 0,131 D • Volume tangki (V) 3 V = Vs + 2.Vh 25,49 m 3 = 1,177 D3 + (2 x 0,131 D3 D = 2,572 m = 101,259 in = 8,438 ft ) r = 0,5 D = 1,286 m = 4,219 ft H = 3,858 m Vs = 20,034 m3

Diameter tutup tangki = diameter tangki = 2,368 m Tinggi tutup (Hh) = D/4 = 4 m 2,572 = 0,643 m d. Tebal Shell Tangki

24 π

3 c = V - (2.V Shell) h ) = (25,49 – (2 x 2,229) m 3 = 21,0324 m Tinggi cairan (H 3 c = ) = (Vc/Vs) x H 3 3 m 20,034 m 0324 , 1 2 x 3,858 m = 4,05 m L = (2.Hh ) + H = 3,858 m + (2 x 0,643) m = 5,144 m

(38)

Tekanan hidrostatik : P = ρ x g x L

= 708,375 kg/m3 x 9,8 m/s2 = 35710,034 pa

x 5,144 m (Brownell & Young, 1959)

Faktor keamanan : 5 % Maka, Pdesain

Joint Efficiency (Ej) = 0,80

= 1,05 x 35710,034 = 37495,535 pa = 37,495 kpa

Allowable Stress (S) = 12650 Psia = 87218,714 kpa Corrosion allowance (CA

C = n x C

A tt C 1,2.P 2.S.Ej D x P + −

= (Brownell dan Young, 1979)

=

(

2 x 87218,714kpa x 0,8

) (

1,2x37,495

)

1,25in 259 , 101 x kpa 37,495 ₊ − kpa inci = 1,277 in

8 3 1 in e. Ukuran Tutup Tangki

8 3 1 in

Dari Tabel 5.4 Brownell dan Young (1959), diperoleh nilai : Sf = Flange lurus = 3 in = 0,0762 m

(39)

Maka diperoleh radius pinggan dalam sebesar: r = b + AC Dimana : AC = 2 2 AB BC − AB = a – icr BC = r – icr a = D/2 = 1,286 m maka r = b+ BC2 − AB2 (r – b)2 = (r – icr)2 – (a – icr) 2 (0,462) r = 0,462 2 2 r = 2,237 m + 2r (0,1048) + 1,286 – 2(1,286)(0,1048) f. Pengaduk

Jenis : 3 Blade propeller agitator Kecepatan putar (N) : 480 rpm = 8 rps

Effisiensi motor : 80 %

Dasar pemilihan anchor/gate paddle agitators : - Merupakan tipe yang umum digunakan.

- Dapat digunakan pada posisi mana saja didalam tangki. - Kecepatan putar 400 – 1750 rpm.

- Digunakan pada bahan cair dan viskositas rendah. Standar sistem pengadukan :

Da : D = 1 : 3 W : Da = 1 : 5 C : D = 1 :3

Diameter blade (Da) = 1/3 x D = 1/3 x 8,438 ft = 2,812 ft Lebar blade (W) = 1/5 x Da = 1/5 x 2,812 ft = 0,562 ft

Tinggi pengaduk dari dasar tangki (C) = 1/3 x D = 1/3 x 8,438 ft = 2,812 ft Viskositas cokelat pasta = 18,375 Cp

= 12,347 x 10-3 Daya untuk pengadukan :

(40)

Bil reynold (Nre) = µ ρ x Da x N 2 = lbm/ft.s .10 12,347 lbm/ft 44,176 ft) (2,812 8/s 3 -3 2 = 226331,791 Dari gambar 3.4-4 Geankoplis, 1983.garis 4 diproleh : Np = 0,8

Daya motor (P) = gc . .Da Np.N3 5ρ = ₂ 3 5 3 .s lbm.ft/lbf 147 , 32 lbm/ft 44,176 . ft) (2,812 . s) (8/ . 0,8 = 98965,191 ft.lbf/s

Karena effisiensi motor, η = 80 %

Jadi daya motor (P) = 123706,489 ft.lbf/s = 224,92 hp

LB-5 Filter Press (FP-101)

Fungsi : Memisahkan campuran lemak, n-pentana dan air dengan cake Jenis : Plate and Frame Filter Press

Temperatur : 35 o

Dari neraca massa diperoleh: C

Laju alir filtrat : 12747,35 kg/jam

(79,239 % n-pentana; 19,889 % lemak dan 0,952 % air) Densitas filtrat :       +       +       + + 965 , 993 13 , 121 626 97 , 10100 898 25 , 2525 13 , 121 97 , 10100 25 , 2525 = 668,485 kg/m3 = 41,732 lbm/ft3

Laju alir cake : 2300,39 kg/jam

(94,156 % padatan cokelat; 1,169 % lemak dan 4,675 % n-pentana) Densitas cake :       +       +       + + 626 03 , 102 898 5075 , 25 322 , 178 86 , 2172 03 , 102 5075 , 25 86 , 2172 =185,875 kg/m3 = 11,6 lbm/ft3

(41)

Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan: L . A (1 – E) ρC       − W 1 W = ρ ( V + E . L . A) (Prabhudesai, 1984) Dimana:

L = Tebal cake pada frame A = Luas penyaringan efektif (m2 E = Poros partikel = 0,05

)

ρ = Densitas cairan ρC

W = Fraksi masa cake dalam umpan = Densitas cake

V = Volume filtrat hasil penyaringan (m3

Direncanakan luas penyaringan efektif filter press untuk waktu proses 1 jam. )

Maka jumlah umpan yang harus dipisahkan = 11285,84 kg/jam Volume filtrat hasil penyaringan =

3 m kg 485 , 68 6 kg 35 , 2747 1 = 19,069 m

Tebal cake yang diestimasi pada frame = 2,5 in = 0,0635 m (Prabhudesai, 1984)

3

Dipilih plate and frame dengan ukuran 1450 mm Luas frame = 2,9 m2 Maka: L . A (1 – E) ρC       −W W 1 = ρ ( V + E . L . A) 0,0635 x A x (1-0,05) x 185,875 = 668,485 (19,069 + 0,05 x 0,0635 x A)       − 180, 1 18 , 0 11,213 A = 2798.664 A = 249,592 m Maka jumlah plate =

2 2 2 m 2,9 m 249,592 = 86,066 Unit Faktor Keamanan 8 %

Jumlah plate yang dibutuhkan = 1,08 x 86,066 = 92,951 plate Filter Press dibagi menjadi 2 unit maka setiap unit terdiri dari :

(42)

LB-6 Tangki Penampung Filtrat (T-103)

Fungsi : Menampung filtrat yang dihasilkan filter press, memisahkan air dari campuran n-pentana dan lemak berdasarkan gaya gravitasi. Untuk kebutuhan 1 jam operasi.

Kondisi : T =35 o

Jenis : Tangki. Silinder tegak, alas dan tutup elipsoidal C, P = 1 atm

Bahan konstruksi : Stainless Steel, SA-283 grade C Jumlah : 1 unit

Bahan Massa (kg/jam) Densitas (kg/m3) Volume (m3/jam)

Filtrat 12747,35 654,858 19,466

Perhitungan, Analog dengan LB-2 dihasilkan : c. Volume

Volume tangki , V = 1,2 x 19,466 = 23,359 m3 d. Diameter (D) dan Tinggi Tangki (L)

V ) h D3 24 π = = 0,131 D • Volume tangki (V) 3 V = Vs + 2.Vh 23,359 m 3 = 1,177 D3 + (2 x 0,131 D3 D = 2,532 m = 99,685 in = 8,307 ft ) r = 0,5 D = 1,266 m = 4,1535 ft = 49,8425 in H = 3,798 m = 149,527 in = 12,46 ft Vs = 19,32 m3

(43)

h. Diameter dan Tinggi Tutup

Diameter tutup tangki = diameter tangki = 2,532 m Tinggi tutup (Hh) = D/4 = 4 m 2,532 = 0,633 m i. Tebal Shell Tangki

24 π

3 c = V - (2.V Shell) h ) = 19,114 m Tinggi cairan (H 3 c = ) = (Vc/Vs) x H 3 3 m 19,114 m 19,114 x 3,798 m = 3,798 m L = (2.Hh ) + H Tekanan hidrostatik : = 3,798 m + (2 x 0,633) m = 5,064 m = 199,369 in P = ((H -1) x ρ) / 144 ft2/in2 =

2 2 3 / 144 lbm/ft 838 , 40 x ) 1 ft (12,460 in ft − = 3,25 psi Tekanan operasi = 14,696 psi + 3,25 psi = 17,946 psi Joint Efficiency (Ej) = 0,8

Allowable Stress (S) = 12650 Psia Corrosion allowance (CA

C = n x C

A tt C 0,6.P 2.S.Ej Pr + − = (Timmerhous, 2004) =

(

12650psix 0,8

) (

0,6x17,946

)

1,25in 8425 , 49 x psi 17,946 + − psi in = 1,338 in

8 3 1 in

(44)

j. Ukuran Tutup Tangki

8 3 1 in

r = b + AC Dimana : AC = BC2 − AB2 AB = a – icr BC = r – icr a = D/2 = 1,266 m maka r = b+ BC2 − AB2 (r – b)2 = (r – icr)2 – (a – icr) r 2 2

2br = b ) 2 + 2r(icr) + a2 2 (0,4582) r = 0,4582 – 2a(icr) 2 r = 2,214 m + 2r (0,105) + 1,266 – 2(1,266)(0,105)

(45)

LB-7 Heat Exchanger (HE-101)

Fungsi : Menaikkan suhu campuran lemak dan n-pentana dari 35 0C menjadi 700C, menurunkan suhu uap n-pentana dari 105 0C menjadi 45,7 0

Jenis : 1-2 Shell and tube C.

Jumlah : 1 Unit

Dari perhitungan neraca panas pada lampiran A diperoleh: Fluida panas

Laju alir uap n-pentana masuk = 10100,97 kg/jam = 22268,598 lb/jam Panas yang dilepas steam = 3319683,71 kj/jam = 3146396,297 Btu/jam

Tawal = 105 oC = 221 o

T

F

akhir = 45,7 oC = 114,26 oF

Laju alir minyak = 12626,22 kg/jam = 27835,765 lb/jam Fluida dingin

Tawal = 35 oC = 95 o

T

F

akhir = 70 oC = 158 oF

Tabel LB-5 Data Temperatur Pada HE-101

Temperatur Fluida Panas Fluida Dingin Selisih Tinggi T1 = 221 0F t2 = 158 0F ∆T = 63 0F Rendah T2 = 114,26 0F t1 = 95 0F ∆T = 19,26 0F F 45,44 63 19,3 log 2,3 43,74 -Δt ΔT Log 2,3 Δt ΔT LMTD = o       =       − = 5 , 0 t T t t S 694 , 1 t t T T R 1 1 1 2 1 2 2 1 = − − = = − − =

Dari Gambar 19 Kern (1965), diperoleh nilai FT

∆T

= 0,85 maka:

(46)

Rd ≥ 0,003 ∆P ≤ 10 Psi F 167,63 2 26 , 114 221 2 T T T 1 2 0 c = + = + = F 5 , 126 2 95 158 2 t t tc 1 2 = 0 + = + =

1. Dari Tabel 8 Kern (1965) untuk medium organik UD = 20-60, diambil UD = 60

Btu/jam.ft2 . oF

(

)

2 o 0 2 D ft 57,844 13 F 38,62 F . Btu/jam.ft 60 Btu/jam 297 , 146396 3 Δt U Q A= = = x

2. Digunakan 1 in OD tubes 1 in BWG 18, Dari Tabel 10 Kern (1965), diperoleh: 1 in OD, l = 20 ft; dengan luas permukaan luar “a” = 0,2618 ft2

Jumlah tubes, /ft

(

)

259,328buah ft ft 0,2618 ft 20 ft 1357,844 a x l A t N ₂ 2 = = =

Dari Tabel 9 Kern (1965), dengan square pitch 2-P diperoleh jumlah tube terdekat adalah Nt = 288 pada shell =27 in

3. Koreksi U A = L x Nt x a” D = 20 x 228 x 0,2618 = 1507,968 ft2 F ft jam. Btu 54,027 62 , 38 x 1507,968 jam Btu 297 , 146396 3 Δt x A Q U 2 D = = =

Tube : Fluida Panas (uap n-pentana)

4. Flow area (at), dari Tabel 10 Kern (1965), diperoleh untuk 1 in OD tube square pitch, at’ = 0,639 ft2 2 ft 0,639 2 x 144 228 x 0,639 n x 144 Nt x at' at = = =

(47)

5. Laju alir masa, Gt 2 jam.ft lbm 136 , 4849 3 0,639 22268,598 at Wt Gt = = = 6. Bilangan Reynold Pada 1 in 18 BWG diperoleh Dt = 0,075ft 12 0,902 = (Tabel 10 Kern, 1965) Pada Tc = 167,6 o = 0,0174 lbm/ft. jam

F, diperoleh µ = 0,0072 cp (Fig. 15 Kern, 1965)

793 , 50211 1 0,0174 136 , 34849 x 0,075 μ Gt x Dt Ret = = = 7. Pada Tc = 167,6 0 Cp = 0,6 btu/lbm.

F, dari Fig 5 Kern (1965) diproleh :

0 K = 0,0901 btu/jam.ft F 2 (0 3 1 3 1 3 1 i 0901 , 0 0174 , 0 x 6 , 0 075 , 0 0901 , 0 580 K μ cp Dt K JH t hi t K μ cp Dt K JH h       =       = Φ Φ       = F/ft) = 339,935 OD ID x t h t h_io _i Φ = Φ = 339,935 x (0,902/1) = 306,62 8. tw = tc ho hio hio + + (Tc - tc) = 126,5 + 62 , 306 729,44 729,44 + (167,63 – 126,5) = 155,44 o Pada tw = 155,44 F o Фt =

F diperoleh

µ

w = 0,0165 lbm/ft.jam (Fig. 15 Kern, 1965)

1,007 0,0165 0,0174 μ μ 0,14 0,14 w =       =       hio = 306,62 x 1,007 = 308,766

(48)

Shell : Fluida Dingin (Campuran lemak dan n-pentana) : B = 11 in (jarak baffle)

C’ = 0,25 in ID = 27 in

4. Flow area, untuk 1 in OD tube 1 1/4 in square pitch 2-P, jumlah tube 112 buah dengan panjang tube = 20 ft, diperoleh:

ashell xPt 144 xB ' IDxC = = 25 , 1 144 11 25 , 0 27 x x x = 0,4125 ft2 5. Laju alir masa (Gs)

(Kern, 1965) 2 s s ft jam lbm 64 , 7480 6 0,4125 27835,765 a W G = = =

6. Bilangan Reynold (Re)

Pada tc = 126,5 oF, diperoleh µ = 0,247 lbm/ft.jam (Fig. 14 Kern, 1965)

0825 , 0 12 99 , 0 De = = ft (Fig 28 Kern,1950) 22539,084 0,247 64 , 67480 x 0,0825 μ Gs . De Res = = =

7 Pada Re = 26489,96 dari Fig 28, Kern (1965) diperoleh JH = 90 8 cp = 0,288 Btu/lbm. o K = 0,279 Btu/jam ft F 2 (oF/ft) (Tabel 5 Kern, 1965 ) 3 1 3 1 0 3 1 0 279 , 0 247 , 0 288 , 0 0825 , 0 279 , 0 90 K μ cp Dt K JH h K μ cp Dt K JH h       =       = Φ Φ       = x s s = 192,997 Pada tw = 155,44 o Фs = F diperoleh µw = 0,270 lbm/ft.jam 1,005 0,275 0,279 μ μ 0,14 0,14 w =       =       ho = 192,997 x 1,005 = 193,962

(49)

9 Koefesien Uc F jam.ft Btu 115 , 19 1 193,962 308,766 193,962 x 308,766 ho hio ho x hio c U = 2 0 + = + = 10. Faktor Pengotor Rd 0,010 54,027 x 115 , 19 1 027 , 54 115 , 19 1 U x U U U Rd D C D C − = − = = Syarat Rd ≥ 0,003

Maka design Heat Exchanger memenuhi

Penurunan Tekanan

1. Pada Ret = 150211,793 ; maka Tube f = 0,00014 (Fig. 26 Kern, 1965 ) s = 0,634 Gt = 34849,136 lb/jam.ft2 g 2 V2 ; = 0,012 (Fig 27 Kern,1950)

(

)

Psi 0,0124 1,007 x 0,634 x 0,075 x 10 x 5,22 2 x 20 34849,136 0,00014 t φ x s x Dt x 10 x 5,22 n L G f ΔP 10 2 10 2 = = = t Psi 0,15 0,634 0,012 x 2 4 2 . . . 4 ΔP 2 = = = x g s V n r 2. ΔPT = ΔPt + ΔP = 0,0124 + 0,15 = 0,174 psi r

(50)

1. Untuk : Res = 22539,081 Shell f = 0,0012 (Fig 29 Kern, 1965) Ds = (27 in / 12) = 2,25 ft s = 0,68 N + 1 = 12 L/B = (12 x 20)/11 = 21,82 Psia 13 , 0 1,005 x 0,68 x 0,0825 x 10 x 5,22 82 , 21 x 25 , 2 22539,081) ( 0,0012 s φ x s x De x 10 x 5,22 ) 1 ( Gs f ΔP 10 2 10 2 = = + = x N Ds s

∆Ps ≤ 10 Psia , maka desain Heat Exchanger diterima

LB-8 Evaporator (EV-101)

Fungsi : Memekatkan lemak cokelat, sehingga kandungan n-pentana dalam lemak cokelat tidak lebih 5 ppm.

Jenis : single evaporator, falling film Bahan : stainless steel type 316

Jumlah : 1 unit

Alasan pemilihan jenis film jatuh : (APV Evaporator, 2000) -Waktu kontak umpan singkat.

- Didalam tabung zat cair mengalir kebawah. - Pada bagian atas terdapat pendistribusi umpan.

- Digunakan pada produk yang memiliki viskositas tidak lebih dari 300 cp. Kondisi Operasi :

Media Pemanas : superheated steam

Tekanan : 1 atm

Suhu umpan masuk : 70 0 Suhu operasi : 105 C 0 C = 221 0 Suhu steam : 180 F 0 C = 356 0 Suhu kondensat : 100 F 0 C = 212 0F

(51)

Data dari perhitungan neraca panas, didapat : Massa steam (ms

Panas laten steam : 2410,94 kj/kg = 1037,504 btu/lb (Smith, 2001) ) : 722,727kg/jam = 1593,324 lb/jam

Overall heat transfer coefficient : 250 Btu/ft2 h 0 Perhitungan luas permukaan pemanasan (A):

F (Lamp 8 McCabe, 1976) t U A Q= ⋅ ⋅∆ (Mccabe, 1976) t U ) ( m t U Q A s s ∆ ⋅ λ = ∆ ⋅ = 2 ft 98 , 8 4 ) 221 356 ( 250 504 , 1037 1593,324 = − ⋅ = x A

Diambil panjang pipa 12 ft dengan OD 3/4 in, BWG 12

Untuk OD 3/4 in, BWG 12, surface per linear (a”t) = 0,1963 ft2 Jumlah tube = (Kern, 1965) 793 , 20 12 1963 , 0 48,98 = × ≈ 21 buah. LB-9 Condensor (CD-101)

Fungsi : Menurunkan suhu n-pentana dari 45,7 0C menjadi 28 0

Jenis : 1-2 Shell and tube

C da mengubah dari fasa uap ke fasa cair, dengan mengunakan air pendingin.

Jumlah : 1 Unit

Dari perhitungan neraca panas pada lampiran A diperoleh: Fluida panas

Laju alir uap n-pentana masuk = 10100,97 kg/jam = 22268,598 lb/jam Panas yang dilepas uap n-pentana = 559603,838 kj/jam = 530392,517 Btu/jam Tawal = 45,7 oC = 114,3 o

T

F

(52)

Laju alir air pendingin = 6367,456 kg/jam = 14037,694 lb/jam Fluida dingin Tawal = 24 oC = 75,2 o T F akhir = 45 oC = 113 oF

Tabel LB-6 Data Temperatur Pada CD-101

Temperatur Fluida Panas Fluida Dingin Selisih Tinggi T1 = 114,3 0F t2 = 113 0F 1,3 0F Rendah T2 = 82,4 0F t1 = 75,2 0F 7,2 0F F 4 113 -114,3 75,2 -82,4 ln 113) -(114,3 -75,2) -(82,4 ) t T ( ) t -(T ln ) t T ( ) t -(T LMTD o 2 1 1 2 2 1 1 2 =       =       − − − = 968 , 0 t T t t S 843 , 0 t t T T R 1 1 1 2 1 2 2 1 = − − = = − − =

Dari Gambar 19 Kern (1965), diperoleh nilai FT

∆T = 0,85 maka: LMTD = FT x LMTD = 0,85 x 4 = 3,4 0 Rd ≥ 0,003 F ∆P ≤ 10 Psi F 98,3 2 4 , 82 114,3 2 T T T 1 2 0 c = + = + = F 1 , 94 2 75,2 113 2 t t t 1 2 0 c = + = + =

1. Dari Tabel 8 Kern (1965) untuk light organik UD = 75-150, diambil UD = 150

Btu/jam.ft2 . oF

(

)

2 o 0 2 D ft 985 , 039 1 F 3,4 F . Btu/jam.ft 150 Btu/jam 517 , 30392 5 Δt U Q A = = + =

(53)

3/4 in OD, L = 20 ft; dengan luas permukaan luar “a” = 0,1963 ft2 Jumlah tubes, /ft

(

)

264,897buah ft ft 0,1963 ft 20 ft 985 , 039 1 a x l A t N ₂ 2 = = =

Dari Tabel 9 Kern (1965), dengan square pitch 2-P diperoleh jumlah tube terdekat adalah Nt = 270 pada shell =21,25 in

3. Koreksi U A = L x Nt x a” D = 20 x 270 x 0,1963 = 1060,02 ft2 F ft jam. Btu 147,165 4 , 3 x 02 , 060 1 jam Btu 5177 , 30392 5 Δt x A Q U 2 D = = =

4. Flow area (a) a. Tube side

Flow area (at), dari Tabel 10 Kern (1965), diperoleh untuk 3/4 in OD tube square pitch, at’ = 0,334 ft2

2 ft 0,156 4 x 144 270 x 0,334 n x 144 Nt x at' at = = = b. Shell side B = 4 in (jarak baffle) ; C’ = 0,25 in ; ID = 15,25 in

Flow area, untuk 3/4 in OD tube 1 in square pitch 2-P, jumlah tube 204 buah dengan panjang tube = 20 ft, ID = 21,25 in, diperoleh:

ashell xPt 144 xB ' IDxC = = 1 144 4 25 , 0 25 , 21 x x x = 0,147 ft2 5. Laju alir massa (G)

(Kern, 1965)

a. Tube side Laju alir masa, Gt

2 jam.ft lbm 140940,494 0,156 22268,598 at Wt Gt = = = Ρn-pentana = 0,626 gr/ml = 39,02 lb/ft3

(54)

s ft 1,003 39,02 x 3600 140940,494 x 3600 Gt V = = = ρ b. Shell side

Laju alir masa (Gs)

2 s s ft jam lbm 517 , 95494 0,147 14037,694 a W G = = = 2 ft jam lbm 168 ) (270 x 20 14037,494 Nt x L W G" 3 2 3 2 = = = (Kern, 1965)

6. Koefisien perpindahan panas a. Tube side

Untuk V = 1,007 ft/s,

Pada 98,3 0F diproleh µ = 0,0064 cp = 0,015 lb/ft.jam (Fig 15 Kern, 1965)

ft 0543 , 0 12 0,652 D = = (Tabel 10 Kern, 1965) 321 , 496952 0,0154 140940,494 x 0,0543 Gt x D Ret = = = µ hi = 380 Btu/jam ft2.0

hio = hi x (ID/OD) = 380 x (0,652/0,75) = 330,347 btu/jam.ft

F (Fig 25 Kern, 1965)

2

.0 b. Shell side

F

asusi awal ho = 200 btu/jam.ft2.0 t F w = tc ho hio ho + + (Tc - tc) = 94,1 + 200 330,347 200 + (98,3 – 94,1) = 105,05 o Pada tw = 105,05 F 0 Kf = 0,367 btu/ft.jam. F, diproleh : 0 Sf = 1 kg/lt (Tabel 6 Kern, 1965) F (Tabel 4 Kern, 1965)

μf = 0,62 cp = 1,5 lb/ft.jam (Fig 14 Kern, 1965) ho sebenarnya = 1850 btu/ft2.jm.0F (Fig 12-9 Kern, 1965)

ft 0792 , 0 12 0,95 De = = (Fig 28 Kern, 1965) 9 , 3456 95494,517 x 0,0543 Gs x D Res = = = µ

(55)

7. Koefisien menyeluruh F jam.ft Btu 280,296 1850 347 , 330 1850 x 330,347 ho hio ho x hio c U = 2 0 + = + = 8. Dirt factor (Rd) 0,0030 147,165 x 280,296 165 , 147 280,296 U x U U U Rd D C D C − = − = = Syarat Rd ≥ 0,003

Maka design Heat Exchanger memenuhi

Penurunan Tekanan

1. Pada Ret = 496952,521; maka Tube f = 0,00012 (Fig. 26 Kern, 1965 ) s = 0,626 Gt = 140940,494 lb/jam.ft2 g 2 V2 ; = 0,003 (Fig 27 Kern,1950)

(

)

Psi 1,075 1 x 0,626 x 0,0543 x 10 x 5,22 4 x 20 140940,494 0,00012 t φ x s x Dt x 10 x 5,22 n L G f ΔP 10 2 10 2 = = = t Psi 0,077 0,626 0,003 x 4 x 4 g 2 . s V . n . 4 ΔPr 2 = = = 2. ΔPT = ΔPt + ΔP = 1,075 + 0,077 = 1,1517 psi r

(56)

1. Untuk : Res = 3456,9 Shell f = 0,0024 (Fig 29 Kern, 1965) Ds = (21,25 in / 12) = 1,77 ft s = 1 N + 1 = 12 L/B = (12 x 20)/4 = 60

(

)

Psia 0079 , 0 1 x 1 x 0,0792 x 10 x 5,22 60 x 77 , 1 3456,9 0,0024 s φ x s x De x 10 x 5,22 ) 1 ( Gs f ΔP 10 2 10 2 = = + = x N Ds s

∆Ps ≤ 10 Psia , maka desain Condensor diterima

LB-10 Tangki Produk (T-102)

Fungsi : Menampung produk lemak cokelat selama 24 jam produksi.

Kondisi : T = 105 o

Jenis : Tangki Silinder tegak, alas datar dan tutup elipsoidal C, P = 1 atm

Bahan konstruksi : Stainless steel, SA-240 tipe 304. Jumlah : 1 unit

Produksi lemak cokelat 2525,25 kg/jam, tangki digunakan untuk menampung produksi selama 24 jam. Maka :

2525,25 x 24jam 60606kg jam kg = ρproduk 3 3 m kg 626 kg 0,0126 m kg 898 kg 2525,25 kg 0,0126 kg 2525,25 + + = = 898,154 kg/m Volume produk = 3 3 m kg 898,154 kg 60606 = 67,478 m3

(57)

Perhitungan, Analog dengan LB-4, dihasilkan : a. Volume

V ) h D3 24 π = = 0,131 D • Volume tangki (V) 3 V = Vs + 2.Vh 80,974 m 3 = 1,177 D3 + (2 x 0,131 D3 D = 3,832 m = 150,865 in = 12,572 ft ) r = 0,5 D = 1,916 m = 6,286 ft H = 5,748 m Vs = 66,258 m3

Diameter tutup tangki = diameter tangki = 3,832 m Tinggi tutup (Hh) = D/4 = 4 m 3,832 = 0,958 m d. Tebal Shell Tangki

24 π

3 c = V - V Shell) = 80,974 – 7,37181 m h 3 = 73,6 m Tinggi cairan (H 3 c = ) = (Vc/Vs) x H 3 3 m 66,258 m 73,6 x 5,748 m = 6,385 m L = Hh + H = 0,958 m + 6,385 m = 7,343 m

(58)

Tekanan hidrostatik : P = ρ x g x L

= 898,154 kg/m3 x 9,8 m/s2 = 64632,42 pa

x 7,343 m (Brownell & Young, 1959)

Faktor keamanan : 5 % Maka, Pdesain

Joint Efficiency (Ej) = 0,85

= 1,05 x 64632,42 = 67864,04 pa = 67,864 kpa

Allowable Stress (S) = 18750 Psia = 129276,75 kpa Corrosion allowance (CA

C = n x C

A tt C 1,2.P 2.S.Ej D x P + −

= (Brownell dan Young, 1979)

=

(

2 x 129276,75kpa x 0,85

) (

1,2x67,864

)

0,5in in/m 39,37 x m 832 , 3 x kpa 67,864 ₊ − kpa = 0,597 in

8 5

in e. Ukuran Tutup Tangki

8 5

in

Dari Tabel 5.4 Brownell dan Young (1959), diperoleh nilai : Sf = Flange lurus = 2 in = 0,0508 m

(59)

Maka diperoleh radius pinggan dalam sebesar: r = b + AC Dimana : AC = 2 2 AB BC − AB = a – icr BC = r – icr a = D/2 = 1,916 m maka r = b+ BC2 − AB2 (r – b)2 = (r – icr)2 – (a – icr) 2 (0,8596) r = 0,8596 2 2 + 2r (0,0476) + 1,9162 r = 2,6 m – 2(1,916)(0,0476) LB-11 Screw Conveyor (SC-101)

Fungsi : Memindahkan coklat cake dari filter press ke bucket elevator. Jenis : a-solid continuous.

Jumlah : 1 Unit

ρ cokelat cake : 185,809 kg/m3

= 0,186 lbm/m

Q (kapasitas yang diperlukan) = 2300,39 kg/jam = 2,3 ton/jam

3

L (panjang) dengan sudut inklinasi β (50 γ (loading efficiency) = 0,32 ) menurun = 10 m n (kecepatan putar) = 75 rpm C (faktor kemiringan) = 0,9 D (diameter screw) = 3 c . . . n . 8 , 0 . . 60 Q . 4 ρ γ π (Zainuri, 2006) = 3 9 , 0 186 , 0 32 , 0 75 8 , 0 14 . 3 60 3 , 2 4 x x x x x x x = 0,247 m Daya motor yang dibutuhkan ; W0

N (faktor gesekan) = 2,5 0 367 W . L . Q 0 = - sin β (Zainuri, 2006) = 367 5 , 2 10 3 , 2 x x - sin 5 = 0,0695 kw. Jika efisiensi motor 90 %, maka :

(60)

N η 0 N = = 9 , 0 0695 , 0 = 0,077 kw = 0,1036 hp LB-12 Spray Dryer (SD – 101)

Fungsi : Menguapkan n-pentana dari padatan cokelat dengan mengunakan udara panas.

Jenis : Spray dryer Jumlah : 1 Unit Dari lampiran A diproleh :

Laju alir udara : 2768,377 kg udara/ jam = 2,3 lbm/s Umpan masuk cokelat cake : 2274,89 kg/jam

Terdiri dari padatan : 2172,86 kg/jam n-pentana : 102,03 kg/jam Udara masuk pada 150 0

Udara keluar pada 60 C

0

Volume spesifik udara pada 150 C

0

C = 19,13 ft3 Volume spesifik udara pada 60

/lbm (Geankoplis, 1983)

0

C = 14,54 ft3 Laju alir volumetrik udara :

/lbm (Geankoplis, 1983)         ₊ 2 ft 14,54) (19,13 x s lbm 2,3 3 lbm _{= 38,72 ft}3

Waktu tinggal didalam menara pengering diperkirakan 6 detik, maka : /s Vd (volume menara) = 38,72 ft3/s x 6 s = 232,323 ft Vd = 4D 3 12 ) D . . 866 , 0 ( 4 D . 2 ₊ π 3       π (Walas, 1988) 232,323 ft3 = 3,3683 D D = 4,1 ft 3 Rasio L/D = 5 (Walas, 1988)

Maka tinggi menara pengering, L = 5 x 4,1 = 20,5 ft

Untuk ukuran standar, ukuran partikel 150 μm didapat : (Walas, 1988) Kecepatan putar motor = 3600 rpm; 0,5 hp

(61)

LB-13 Cyclon 01 (C-101)

Fungsi : Memisahkan uap n-pentana dari padatan cokelat. Bahan konstruksi : Stainless steel

Jumlah : 1 buah

Untuk ukuran standar (www. Spesifikasi : AJDesign.co.org) Lc = 12 ft = 3,65 m DB = Lc / 2 = 1,82 m Sc = DB / 4 = 0,455 m Hc = Lc / 2 = 1,82 m Do = DB / 4 = 0,91 m B = DB / 8 = 0,23 m A = DB / 6 = 0,3 m LB-14 Bak Penampung 01 (BP-101)

Fungsi : Menampung kulit biji cokelat yang telah dipisahkan dari hammer mill.

Bentuk : Bidang Kubus Bahan konstruksi : Beton

Jumlah : 1 buah

Data :

Kapasitas kulit = 309,24 kg/jam

Kapasitas untuk 24 jam = 24 jam x 309,24 kg/jam = 7421,76 kg Densitas kulit biji cokelat, ρ = 749,04 kg/m3

Perhitungan : Volume = ₃ / 04 , 749 76 , 7421 m kg kg = 9,9 m Volume bak = P x L x t 3 Dimana, P : L : t = 2t : 2t : t DB A Do Hc Lc B S

(62)

Tinggi bak = 3 4 9 , 9 = 1,353 m Panjang bak = 2 x t = 2,7 m Lebar bak = 2 x t = 2,7 m LB-15 Bak Penampung 02 (BP-102)

Fungsi : Menampung produk padatan cokelat (tepung cokelat). Bentuk : Bidang Kubus

Bahan konstruksi : Stainless stell

Jumlah : 1 buah

Data :

Kapasitas tepung cokelat = 2198,378 kg/jam

Kapasitas untuk 24 jam = 24 jam x 2198,378 kg/jam = 5276,072 kg Densitas tepung cokelat cokelat, ρ = 185,809 kg/m3

Perhitungan : Volume = ₃ / 809 , 185 2198,378 m kg kg = 283,953 m Volume bak = P x L x t 3 Dimana, P : L : t = 4t : 4t : t Tinggi bak = 3 16 283,953 = 2,608 m Panjang bak = 4 x t = 10,43 m Lebar bak = 4 x t = 10,43 m

(63)

LB-16 Pompa 01 (P-101)

Fungsi : Memompakan campuran n-pentana dan cokelat pasta ke filter press.

Jenis : Sentrifugal Pump Bahan konstruksi : Commercial Steel

Jumlah : 1 buah

Data :

Temperatur = 35 0

Laju alir massa (F) = 11285,84 kg/jam = 6,905 lbm/s C Densitas = 708,375 kg/m3 = 44,176 lbm/ft Viskositas = 18,375 cp = 12,347.10 3 3 Perhitungan : lbm/ft.det

Laju alir volumetrik: Q = ρ F = ₃ lbm/ft 44,176 lbm/s 6,905 = 0,156 ft3 Diameter optimum : /det Dopt = 3,9 (Q)0,45 . (ρ)0,13 = 3,9 (0,156) (Timmerhaus, 2004) 0,45 . (44,176) = 2,766 in 0,13

Dipilih material pipa commercial steel 3 in schedule 40. (Geankoplis, 1983) Diameter dalam (ID) = 3,068 in = 0,256 ft

Luas penampang dalam (A) = 0,0513 ft2 Kecepatan linier, V = A Q = ₂ 3 ft 0,0513 /det ft 0,156 = 3,04 ft/det.

Bilangan Reynold, NRe =

μ ρDV = lbm/ft.det 12,347.10 ft/det 3,04 x ft 0,256 x lbm/ft 44,176 3 -3 = 2784,44