LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Basis perhitungan : 1 hari operasi

Kapasitas TBS : 60 ton/jam

Konversi TBS ke POME : 60 % (Novaviro Technology, 2010)

Maka, jumlah produksi POME = 60 % x 60 ton/jam = 36 ton/jam = tahun hari 300 hari jam 20 jam ton 36 x x = 216000 ton/tahun Jumlah kebutuhan POME =

hari 365 tahun 1 x tahun ton 216000 = 591,7808 ton/hari = 591,7808 m3/hari = 591780,8 L/hari Karakteristik POME :

COD input : 53000 mg/L ...(Senafati, 2010). % Dekomposisi COD : 84,9%...(Senafati, 2010).

COD input : hari .L 8 , 591780 L mg 53000 x : 31.364,382 kg/hari

COD output : COD input – 0,849 x COD input

: 31.364,382 kg/hari – 0,849 x 31.364,382 kg/hari : 4736,022 kg/hari

COD terkonversi : 31.364,382 kg/hari – 4736,022 kg/hari : 26.628,36 kg/hari kgCOD kgCH 4 25 , 0 si terkonver yang COD diproduksi yang CH4 = (Novaviro Technology, 2010) Maka,

(2)

CH4 yang diproduksi = 0,25 x 26.628,36 kg/hari

= 6657,09 kg/hari Densitas CH4 (300C) = 0,6 kg/m3

Volume CH4 = 11095,15 m3/hari

Komposisi Biogas, % Volume (Novaviro Technology, 2010)  62,5 % CH4

 37 % CO2

 0,49 % H2O

 100 ppm H2S = 0,01 % H2S

Maka jumlah biogas

biogas dalam CH4 % diproduksi yang CH4 Jumlah = = 0,625 /hari m 11095,15 3 = 17.752,24 m3/hari

A.1 Penentuan Komposisi Bahan Baku A.1.1 Komposisi Senyawa Tambahan

Massa NaHCO3 = L kg hari kg POME L gr 1 : 8 , 591780 1 5 , 2 × = 1479,450 kg/hari Massa FeCL2 = L kg hari kg ml gr POME L L x 1 : 8 , 591780 100 9 , 29 1 10 300 6 × × − = 53,082 kg/hari Massa NiCL2 = L kg hari kg ml gr POME L L x 1 : 8 , 591780 100 4 , 0 1 10 300 −6 _× _× = 0,7101 kg/hari Massa CoCl2 = L kg hari kg ml gr POME L L x 1 : 8 , 591780 100 13 , 1 1 10 300 6 × × − = 2,0061 kg/hari A.2 Perhitungan Neraca Massa

(3)

Fungsi: sebagai tempat pncampur POME dengan padatan NaHCO3, dan Nutrisi M-01 2 5 6 3 4 1

Neraca massa komponen:

 POME : F1POME = 591.780,8219 kg/hari

 NaHCO3 : F2NaHCO3 = 1479,450 kg/hari

 FeCl2 : F3FeCl2 = 53,082 kg/hari

 NiCl2 : F4NiCl2 = 0,7101 kg/hari

 CoCl2 : F5CoCl2 = 2,0061 kg/hari

Neraca massa total: F6= 593.316,0701 kg/hari

A.2.2 Tanki Pencampur (M-02)

Fungsi: sebagai tempat mencampur POME dari Neutraliser dengan Nutrisi dan umpan recyle

M-02 6

21

7

Neraca massa komponen: Neraca Massa total :

(4)

F7 = 593.316,0701 kg/hari + F21 ………(a)

A.2.3 Fermentor (R-01)

Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri thermofilik.

6

7 19+20

21 10

22

Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi: (C6H10O5)n CH4(g) + CO2(g) + H2S(g) + H2O

POME Biogas 591.780,8219 kg/hari

Neraca Massa Total :

F6 = F22 + F10

593.316,0701kg/hari = F22 + 25.207,5142kg/hari F22 = 568.108,559 kg/hari

Dari data diketahui bahwa jumlah limbah yang di recycle 25%, maka F22 = 0,75 F19+20 568.108,559 kg/hari = 0,75 F19+20 F19+20 = 757.478,078 kg/hari F21 = F18+19 - F22 F21 = 189.369,520 kg/hari F7 = 782.685,593 kg/hari Karakteristik keluaran POME (Senafati, 2010):

POME , VS = 0,0426 kg/L

Maka TS POME = 0,0426 kg/L x F POME 

 → _mikroba

(5)

= 0,0426 kg/L x 591.780,8219 L/hari = 25.209,863 kg/hari Digester, VS : 0,0325 kg/L Discharge VS : 0,0125 kg/L  Alur 22 F22 = 568.108,559 kg/hari VS = 0,0125 kg/L F22VS = 7414,9499 kg/hari

F22 NaHCO3 = F3NaHCO3 = 1479,450 kg/hari

F22 FeCl2 = F3FeCl2 = 53,082 kg/hari

F22 NiCl2 = F3NiCl2 = 0,7101 kg/hari

F22 CoCl2 = F3CoCl2 = 2,0061 kg/hari

F22 Air = F21 – (F21VS + F21 NaHCO3+ F21 FeCl2 + F21 NiCl2 +

F21 CoCl2 ) = 559.158,365 kg/hari.  Alur 19+20 F18+19 = 757.478,078 kg/hari VS = 0,0325 kg/L F19+20VS = 25.705,1596 kg/hari

F19+20 NaHCO3 = F21NaHCO3/ 0,75 = 1972,6 kg/hari

F19+20 FeCl2 = F21FeCl2 / 0,75 = 70,776 kg/hari

F19+20 NiCl2 = F21NiCl2 / 0,75 = 0,9468 kg/hari

F19+20 CoCl2 = F21CoCl2 / 0,75 = 2,6748 kg/hari

F20+20 Air = 729.725,94 kg/hari  Alur 21 F21 = 189.369,520 kg/hari F21VS = 18.290,21 kg/hari F21 NaHCO3 = 493,15 kg/hari F21 FeCl2 = 17,694 kg/hari F21 NiCl2 = 0,2367 kg/hari F21 CoCl2 = 0,6687 kg/hari

(6)

F21 Air = 170.567,576 kg/hari.  Alur 10 F10 = 17.753,425 m3/hari = 25.207,514 kg/hari F10CH4 = 6657,09 kg/hari F10CO2 = 0,3698 x F16 = 0,37 x 17.753,425 m3/hari = 6568,767 m3/hari = 18.484,51 kg/hari F10H2S = 0,01x F10 = 0,01% x 17.753,425 m3/hari = 1,7753 m3/hari = 2,5742465 kg/hari F10H2O = 0,49 x F10 = 0,49 x 17.753,425 m3/hari = 86,99178 m3/hari = 62,895 kg/hari

A.2.4 Water Trap

Fungsi : Memisahkan air yang terkandung didalam biogas, dimana air terpisahkan 100 % 13 11  Alur 11 F11 = 25207,514 kg/hari F11CH4 = 6.657.09 kg/hari

(7)

F11CO2 = 18.484,51 kg/hari F11H2S = 2,5742465 kg/hari F11H2O = 62,895 kg/hari  Alur 13 F13 = 25.141,60 kg/hari F13CH4 = 6657,09 kg/hari F13CO2 = 18.484,51 kg/hari F13H2S = 2,5742465 kg/hari A.2.5 Desulfurisasi

Fungsi : untuk menyerap gas H2S yang terkandung dalam biogas, gas H2S

terserap sempurna

13 14

Neraca Massa Total :

F13 = 25.141,60 kg/hari F13H2S = 2,5742465 kg/hari F13CH4 = 6657,09 kg/hari F13CO2 = 18.484,51 kg/hari F14CH4 = 6.657,09 kg/hari F14CO2 = 18.484,51 kg/hari F14 = 25.141,60 kg/hari CH4 H2S = 0,01% CO2 CH4 CO2

(8)

A.2.6 Generator

15

16 14

udara

Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam Generator Reaksi :

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g)+ 2H2O(g)

H2O yang dihasilkan dalam bentuk steam. Dari literatur, di dapat bahwa 1 m3 biogas dapat menghasilkan 6 KWh listrik. (Anonim, Tanpa Tahun)

Dalam hal ini berarti gas methan yang mengalami reaksi dengan oksigen yang menghasilkan energi listrik, sehingga dapat disimpulkan bahwa dari 60% gas methane dalam biogas dapat menghasilkan 6 KWh listrik.

Neraca Massa Komponen: Kesetimbangan reaksi II : CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O Mula-mula : 416,56 833,12 - - Bereaksi : 416,56 833,12 416,56 833,12 Sisa : 0 0 416,56 833,12 CH4 : F16 CH4 = F14 CH4 – (416,56 kmol/hari x 16 kg/kmol) = 6.664,92 kg/hari – 6.664,92 kg/hari = 0 kg/hari CO2 : F16 CO2 = F14 CO2 + (416,56 kmol/hari x 44 kg/kmol) = 14.049,40 kg/hari + 18.328,64 kg/hari = 32.378,04 kg/hari

(9)

O2 :F16 O2 = F14 O2 – (833,12 kmol/hari x 32 kg/kmol) = 32.124,4816 kg/hari – 26.659,84 kg/hari = 5.464,642 kg/hari N2 : F16 N2 = F14 N2 = 120.350,1424 kg/hari H2O : F16 H2O = (833,12 kmol/hari x 18 kg/kmol) = 14.996,16 kg/hari

Neraca Komponen Total F16 = F14+ F15

= F14CH4 + F14CO2 + F14O2 + F15N2

= 6.664,92 kg/hari + 14.049,40 kg/hari + 32.124,4816 kg/hari + 120.350,1424 kg/hari

(10)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis perhitungan : 1 hari operasi

Satuan operasi : kJ/jam Temperatur basis : 25oC

Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: • Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas

Qi = Hi = (Van Ness, 1975)

• Perhitungan panas penguapan QV= N ΔHVL

• Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom.

Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom

Unsur Atom ΔE C 10,89 H 7,56 O 13,42 Fe 29,08 Cl 14,69 Ni 25,46 Co 25,71 Ca 26,19 K 28,78 Sumber : Perry, 1999 Rumus Metode Hurst dan Harrison:

∑

=

∆

⋅

=

n i Ei i pS

N

C

1

∫

= T 298 1 T dT Cp n

(11)

Dimana :

Cps = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K ( J/mol.K ) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa Ni = Jumlah unsur atom I dalam senyawa

ΔEi = Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1

Menghitung Cp glukosa:

Cp = 6.ΔEC + 12.ΔEH + 6.ΔEO

= 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6(13,42) = 236,58 J/mol.K

Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,25 K (J/mol.K)

Komponen Cp C6H12O6 236,58 NaHCO3 84,9 FeCl2 58,46 NiCl2 54,84 CoCl2 55,09 K2CO3 108,71 KHCO3 87,49

Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

3 2 dT cT bT a Cp = + + + ... (1) Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

dT dT CT bT a CpdT T T T T ) ( 2 3 2 1 2 1 + + + =

∫

... (2) ) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( 14 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2 2 1 T T d T T c T T b T T a CpdT T T − + − + − + − =

∫

... (3)

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :

∫

2 =

∫

+ ∆ + 2 1 1 T T v T T T T Vl l b b dT Cp H dT Cp CpdT ... (4)

(12)

∫

− + ∆ = 2 1 2 1 T T out T T out R N CpdT N CpdT H r dt dQ ... (5) • Data Cp untuk fasa gas:

Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)

Komponen a b c d e

Air 34,047 -9,65E-03 3,299E-05 -2,044E-08 4,302E-12 Methan 38,387 -2,36E-02 2,9E-04 -2,638E-07 8,007E-11 Karbonmonoksida 29,006 2,49E-03 -1,8E-05 4,798E-08 -2,873E-11

Karbondioksida 19,022 7,96E-02 -7,37E-05 3,745E-08 -8,133E-12 Hidrogen 17,638 6,7E-02 -1,314E-4 1,058E-07 -2,918E-11 H2S 34,52 -1,76E-02 6,77E-05 -5,32E-08 1,41E-11

Sumber: Reklaitis, 1983

• Data Cp untuk fasa cair:

Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)

Senyawa A b c d H2O(l) 1,82964.101 4,7211.10-1 -1,3387.10-3 1,3142.10-6 CH4(l) CO2(l) -5,70709 1,1041.101 1,02562 1,1595 -1,6656.10-3 -7,2313.10-3 -1,9750.10-5 1,55019.10-5 Sumber: Reklaitis, 1983

Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kkal/mol)

Komponen ΔHf CH4(g) -17,89 CO2(g) -94,05 H2S -4,82 H2O(l) -57,8 H2SO4 -0,1945 H2 0 CO -26,42 Sumber: Reklaitis, 1983

Perhitungan ΔHf0 (kkal/mol) dengan menggunakan metode Benson et al, dimana kontribusi gugusnya adalah:

(13)

Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al

Sumber : Perry, 1999

Rumus metode Benson et al: ΔHf o

298 = 68,29 + ∑Ni x Δhi

Dimana : ΔHf o298 = entalpi pembentukkan pada 298 K (kJ/mol)

Ni = jumlah group atom i di dalam molekul

Δhi = nilai dari kontribusi gugus atom pada tabel LB.6 ΔHf o 298 = 68,29 + ∑Ni x Δhi = 68,29 + 6.(-OH-) + 1(COH) + 4. (CH) + 1. (-CH2-) = 68,29 + 6.(-208,04) + 1.(2,09) + 4.(29,89) + 1.(-20,64) = -1.078,94 kJ/mol B.1 Tangki Neutraliser (M-01)

Fungsi: Melarutkan NaHCO3 , FeCl2, NiCl2 dan CoCl2 dengan POME

Alur 1 (30oC, 1 atm) Alur 2 (30oC, 1 atm) Alur 3 (30oC, 1 atm) Alur 4 (30oC, 1 atm) Alur 5 (30oC, 1 atm) 3 2 4 5 1 6

(14)

Energi masuk = N1C6H12O6

∫

303 298 CpdT + N1H2O

∫

303 298 CpdT + N2NaHCO3

∫

303 298 CpdT + N3 FeCl2

∫

303 298 CpdT + N4NiCl2

∫

303 298 CpdT + N5 CoCl2

∫

303 298 CpdT

Tabel LB.7 Perhitungan Energi yang masuk kedalam Tangki Neutraliser Alur Komponen F (kg/ hari) N (kmol/ hari) ∫Cp dT N x ∫CpdT (kJ) 1 Glukosa 25.209,863 140,05479 1.182,9 165.670,8164 Air 56.6570,95 31476,164 374,687 117.937.36,01 2 NaHCO3 1.479,452 17,612525 424,5 7.476,516863 3 FeCl2 39,8121 0,3138765 292,3 91,74611187 4 NiCl2 0,5326 0,0041060 274,2 1,125887904 5 CoCl2 1,5046 0,0115800 275,4 3,189733472 Qin (kJ/ hari) 11.966.979,4 Dari data termodinamika Perry, 1999 :

panas pelarutan NaHCO3 dalam air = -4,1 kkal/mol = -17,166 x103 kJ/kmol

panas pelarutan NiCl2 dalam air = +19,23 kkal/mol = 80,516 x103 kJ/kmol

panas pelarutan FeCl2 dalam air = +17,9 kkal/mol = 74,947 x 103 kJ/kmol

panas pelarutan CoCl2 dalam air = +18,5 kkal/mol = 77,459 x103 kJ/mol

N . ∆H = (17,61 x -17,166 + 0,4184 x 80,516 + 0,005474 x 74,947 + 0,015439 x 77,459 ) x103 = -274.568,44 kJ in out pelaru Q Q H N dt dQ ₌ _∆ ₊ ₋ tan . 0 = -274.568,44kJ + Qout – 11.966.979,4 Qout = 12,2415 x 106 kJ

Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error.

Energi keluar = N6C6H12O6

∫

T 298 CpdT + N6H2O

∫

T 298 CpdT + N6NaHCO3

∫

T 298 CpdT + N6 FeCl2

∫

T 298 CpdT + N6NiCl2

∫

T 298 CpdT + N6 CoCl2

∫

T 298 CpdT

Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error, sehingga didapat Tout = 30,115 oC = 303,115 K

(15)

Tabel LB.8 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki Neutraliser Komponen F (kg/hari) N(kmol/hari) ∫CpdT N x ∫CpdT

Glukosa 25.209,863 140,054794 1.210,0190 169.468,967 Air 566.570,958 31.476,1643 383,28471 12.064.332,68 NaHCO3 1479,450 17,6125 434,23203 7.647,922649 FeCl2 53,082 0,41849574 299,00123 93,84947294 NiCl2 0,7101 0,0054745 280,48627 1,151699884 CoCl2 2,0061 0,01543985 281,76493 3,268395054 Q (kJ/hari) 12.241.547,84 B.2 Tangki Pencampur (M-02)

Fungsi : Mencampur umpan POME dari bak Neutraliser dengan POME dari Alur Recycle

Panas masuk alur 6 sama dengan panas keluar tangki Neutraliser yaitu 12,2415 x 106 kJ/hari.

Temperatur aliran reycle adalah 37 0C, sehingga dapat dihitung panas dari alur

Recycle.

Tabel LB.9 Perhitungan Energi Alur Recycle dari Bak Sedimentasi Komponen F(kg/hari) N (kmol) ∫CpdT Nx ∫CpdT

Glukosa _18.290,12 _101,6117778 2.838,96 _288.471,7726 Air _170.567,576 _9.475,976444 _{900,201 8.530.285,242} NaHCO3 493,151 5,870845238 1.018,8 5.981,217129 FeCl2 17,694 0,139498581 701,52 97,86104447 NiCl2 0,237 0,001827153 658,08 1,202412767 CoCl2 0,669 0,005148926 661,08 3,403852228 Q 8.824.840,699

Sehingga total panas keluar M-02 : Q total = 12,2415 x 106 kJ + 8,8248 x 106

= 21,0863 x 106 kJ/hari

20

(16)

Untuk mengetahui suhu keluaran dari M-02, maka dilakukan trial error, sehingga didapatkan suhu 31,512 0C,

Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar M-02 Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari) ∫ Cp dT N x ∫Cp dT Glukosa 43.500,073 241,667072 1.544,2723 373.199,788 Air 744.058,2053 41.336,56696 500,5508713 20.691.054,61 NaHCO3 1.972,6 23,4833333 554,183473 13014,09305 FeCl2 70,776 0,55799432 381,596771 212,9107812 NiCl2 0,9468 0,00729936 357,967275 2,612932052 CoCl2 2,6748 0,02058647 359,599146 7,402876916 Q 21.086.392,83 B.3 Reaktor Fermentasi (R-01)

Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas

Alur 8 (1 atm, 31,512 ºC) Temperatur basis = 25ºC Reaksi: C6H12O6 + H2SO4 → 2CH4 + 4CO2 + 2H2O + H2S ΔHr = [ 2.ΔH f° CH4 (g) + 4.ΔHf° CO2 (g) + 2.ΔHf° H2O + ΔHf° H2S] – [ΔH f° C6H12O6 (s) + ΔHf°2SO4] = (2x-17,89 + 4x -94,05 + 2 x -57,8 + -4,82 ) – (-257,866 + -0,194) kkal/mol = -1.147.861,1 kJ/ kmol kmol/hari 98,86063 180 6 25.705,159 -43.500,073 Glukosa BM sisa Fglukosa -awal Fglukosa r = = = Reaktor Fermentasi 19 8 Glukosa Air NaHCO3 FeCl2 NiCl2 CoCl2 CH4 CO2 H2S H2O 10 Glukosa Air NaHCO3 FeCl2 NiCl2 CoCl2 T=30 oC T=55 oC

(17)

r ΔHr = -2,4851 x 107 Kj/ hari

Panas masuk reaktor (R-210) = panas keluar tangki pencampur (M-122) = 19.635.458,84 kJ

Energi keluar = N11C6H12O6

∫

out T 15 , 298 CpdT + N11H2O

∫

out T 15 , 298 CpdT + N11NaHCO3

∫

out T 15 , 298 CpdT + N11FeCl2

∫

ouy T 15 , 298 CpdT + N11NiCl2

∫

ouy T 15 , 298 CpdT + N11CoCl2

∫

ouy T 15 , 298 CpdT

Tabel LB.11 Entalpi POME yang keluar dari Fermentor Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari) ∫ Cp dT N x Cp dT Glukosa 25.705,1596 142,806442 7097,4 1.013.554,443 Air 729.725,94 40.540,33 2.256,08 91.462.376,15 NaHCO3 1.972,6027 23,4833654 2.547 59.812,13187 FeCl2 70,77 0,55794702 1.753,8 978,5274834 NiCl2 0,9468 0,00729936 1.645,2 12,00890725 CoCl2 2,6748 0,02058647 275,45 5,670543062 Q 92.536.738,93 Entalpi biogas = N16CH4

∫

out T 15 , 298 CpdT + N16CO2

∫

out T 15 , 298 CpdT + N16H2S

∫

out T 15 , 298 CpdT + N16H2O

∫

out T 15 , 298 CpdT

Tabel LB.12 Entalpi Biogas yang keluar dari Fermentor Komponen F (kg/hari) N (kmol/hari) ∫Cp dT

(j/mol) N x ∫Cp dT CH4 _6.657,534 _416,095875 255,225693 _106.198,3581 H2S _2,574246 _0,075713118 170,0003919 _12,87125968 CO2 _18.484,511 _420,1025227 186,2255519 _78.233,82414 H2O _62,895 _3,494166667 374,6878388 _1.309,221757 Q 185.754,2752

(18)

Qin Hr r Qout dT dQ ₌ ₊ _∆ ₋ = 185754,2752 kJ + 92536738,93 kJ + -2,4851 x 107 kJ - 21.086.392,83 kJ = 46.785.100,38 kJ

Digunakan air pemanas pada suhu T = 900C. Keluaran air pemanas = 600C Qin air pemanas = m.Cp.(ΔT)

= m.4,208.(90-25) = 273,52 m

Qout air pemanas = m.Cp.( ΔT) = m.4,187.(60-25) = 146,545 m dQ = dHr/dT (273,52 m - 146,545 m) = 46.785.100,38 kJ/hari 126,975 m = 46.785.100,38 kJ/hari m = 368459,1485 kg/hari = 15352,46 Kg/jam

Sehingga total kebutuhan air pemanas untuk 2 buah reaktor adalah = 30704,93 Kg/jam.

(19)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Bak Umpan POME (BP-01)

Fungsi : Menampung POME

Bentuk : Bak Silinder vertikal dengan alas datar Bahan konstruksi : Beton

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 0C

Waktu tinggal ( τ ) : 7 hari

Laju alir massa (F) = 591780,7808 kg/hari Densitas (ρ) = 1.000 kg/m3

Viskositas (µ) = 0,824 cP

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green,1999)

Menghitung volume tangki :

Laju alir volumetrik (Q) = ₃ kg/m 1000 / 8 591780,780 kg hari = 591,780 m3/hari Volume larutan = τ x Q = 7 hari x 591,780 m3/hari = 4142,465 m3 Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 4142,465 m3

= 4970,95 m3 Perhitungan ukuran bangunan

Ukuran bak :

Panjang bak (p) = 2 x lebar bak (l) maka p = 2l Tinggi bak (t) = ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l Maka :

Volume bak (V) = p x l x t 4970,95 m3 = 2l x l x ½ l Lebar bak (l) = 11,65 m Dengan demikian,

(20)

Panjang bak (p) = 23,31 m Tinggi bak (t) = 5,83 m

Lebar bak (l) = 11,65 m Tinggi larutan dalam bak = x 5,83 m

4970,95 4142,465

= 4,85 meter

LC.2 Pompa Umpan POME (P-01)

Fungsi : Memompa POME ke Bak Neutralisasi Jenis : Pompa screw pump

Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm Temperatur = 30 oC

Laju alir massa (F) = 591780,8 kg/hari = 15,1 lbm/sec Densitas (ρ) = 1000 kg/m3 = 62,427 lbm/ft3 Viskositas (µ) = 0,8 cP = 0,000538 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik, = = =

3 m m ft / lb 62,427 /sec lb 15,1 ρ F Q 0,2418 ft3

Desain pompa : Asumsi aliran turbulen

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 ( Walas ,1988)

= 3,9 (0,2418)0,45 (62,427)0,13 = 3,52 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel :

Ukuran nominal :

2 1 3 in

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 3,548 in = 0,2956 ft Diameter Luar (OD) : 4,00 in = 0,3333 ft

(21)

Kecepatan linear, v = Q/A = ₂ 3 0,0687 / 0,2418 ft s ft = 3,5196 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ ρ×v×D = lbm/ft.s 0,000538 ) 0,2956 )( / 3,5196 )( / 427 , 62 ( 3 ft s ft ft lbm = 120722,418 (Turbulen) ε/D = D x10 5 6 , 4 − = 0,0005 (Geankoplis, 1997) Pada NRe = 120722,418 dan ε/D = 0,0005

Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0047

Friction loss :

1 Sharp edge entrance= hc = 0,55

α 2 1 2 1 2 v A A       − = 0,55

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 3,5196 0 1 2 − = 0,1058 ft.lbf/lbm 2 elbow 90° = hf = n.Kf. c g v . 2 2 = 2(0,75)

( )(

1 32,174

)

2 3,5196 2 = 0,2887 ft.lbf/lbm 1 check valve = hf = n.Kf. c g v . 2 2 = 1(2,0)

( )(

1 32,174

)

2 3,5196 2 = 0,385 ft.lbf/lbm Pipa lurus 40 ft = Ff = 4f c g D v L . 2 . . 2 ∆ = 4(0,007)

( )(

)

(

0,2956

) (

.2.32,174

)

3,5196 . 40 2 = 0,4897 ft.lbf/lbm

1 Sharp edge exit = hex =

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − =

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 3,5196 0 1 2 − = 0,1925 ft.lbf/lbm

(22)

Dari persamaan Bernoulli :

(

)

(

)

0 2 1 ₂ ₁ 1 2 2 1 2 2 +∑ + = − + − + −v g z z P P F W_s v ρ α (Geankoplis,1997) dimana : v1 = v2 P1 = P2 ∆Z = 12 ft Maka :

(

12

)

0 1,4617 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm W_s s lbf lbm ft s ft Ws = - 13,4617 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , η= 75 % Ws = - η x Wp - 13,4617 = -0,75 x Wp Wp = 17,95 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp / . 550 1 x ft.lbf/lbm 17,95 lbm/s 15,1 × = 0,493 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1₂_Hp

LC.3 NaHCO3 Screw Conveyor (T-01)

Fungsi : Mengalirkan NaHCO3 ke bak Neutralisasi

Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 1 unit

(23)

Horizontal scew conveyor NaHCO3

Temperatur T = 30°C (303,15 K) Tekanan operasi P = 1 atm

Jarak angkut L = 30 ft = 9,144 m

Laju alir bahan F = 1479,4521 kg/hari = 61,643 kg/jam = 135,898 lb/jam

Densitas bahan ρ = 1059 kg/m3 = 66,081 lb/ft3

Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) ρ F Q= = 135,898 /66,0816 = 2,0565 ft3/jam 6 1 1 × = 12,34 ft3/jam

Dipilih screw conveyor dengan diameter 12 in,

Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga: Kecepatan putaran maximum(ωmax) = 60 rpm,

Kapasitas masksimum (Qmax) = 90 ft3/jam

Faktor S = 171

Horse Power factor (f ) = 0,7 Sehingga, kecepatan putaran (ω),

max max Q Q ω ω = × (Walas, 1988) ω = 90 60 34 , 12 x =6,8,23 rpm = 8,5 rpm

Daya conveyor : P = [sxω+ fxQxρ]xL (Walas, 1988) P = [171 x 8,5 + 0,7 x 12,34 x 66,081] x 30 = 59342,74 Faktor keamanan 20%, P =1,2 x 59324,74 = 71211,29 Umpan Keluaran L

(24)

Efisiensi 80%, P = 89014,11 = 0,0089 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,1 Hp

LC.4 FeCl2 Screw Conveyor (T-02)

Fungsi : Mengalirkan FeCl2 ke bak Neutralisasi

Bahan konstruksi : Carbon steel

Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 1 unit

Horizontal scew conveyor FeCl2

Temperatur T = 30°C Tekanan operasi P = 1 atm

Jarak angkut L = 30 ft = 9,144 m

Laju alir bahan F = 53,083 kg/hari = 2,212 kg/jam = 4,876 lb/jam

Densitas bahan ρ = 3160 kg/m3 = 197,184 lb/ft3

Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) ρ F Q= = (4,876 / 197,184 ) 6 1 1 × = 0,148 ft3/jam

Dipilih screw conveyor dengan diameter 12 in,

Dari Tabel 5.3 dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga: Kecepatan putaran maximum(ωmax) = 60 rpm,

Kapasitas masksimum (Qmax) = 90 ft3/jam

Faktor S = 171

Horse Power factor (f ) = 0,7 Sehingga, kecepatan putaran (ω),

Umpan

Keluaran

(25)

max max Q Q ω ω = × (Walas, 1988) ω = 90 60 148 , 0 x =0,0989 rpm = 1 rpm

Daya conveyor : P = [sxω+ fxQxρ]xL (Walas, 1988) P = [171 x 1 + 0,7 x 0,148 x 197,184] x 30 = 5742,85 Faktor keamanan 20%, P = 1,2 x 5742,85 = 6891,42 Efisiensi 80%, P = 8614,27 = 0,0086 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,01 Hp

LC.5 Tangki Neutralisasi (M-01)

Fungsi : Mencampur POME dengan NaHCO3 dan Nutrisi

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi :

P = 1 atm T = 30,2 0C

Waktu tinggal ( τ ) = 1 hari

Laju alir massa (F) = 593316,0701 kg/hari Densitas (ρ) = 1000,20 kg/m3 Viskositas (µ) = 0,8 cP

Laju alir volumetrik (Q) = ₃ kg/m 1000,20 / 1 593316,070 kg hari = 593,197 m3/hari Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 593,197 m3 = 711,837 m3

(26)

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 3 : 2 Volume silinder =

(

: 3:2

)

4 1 ₂ = T S S T H H D D π = 3 8 3 T D π DT ( diameter tangki ) = 8,46 m = 332,89 in HS ( tinggi silinder ) = 3/2DT = 3/2 x 8,46 = 12,69 m

Menghitung diameter dan tinggi tutup

Diameter tutup = diameter tangki = 8,46 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4

Tinggi tutup 2,115 m

Tinggi total = 12,69 + 2,115 = 14,805 m Menghitung tebal shell tangki

(Perry, 1999)

Dimana:

t = tebal shell (in)

P = tekanan desain (Psia) R = jari-jari dalam tangki (in) S = allowable stress (Psia) E = joint efficiency

n = umur alat (tahun)

C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 593,197 m3

Volum tangki = 711,837 m3 Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik

P = ρ x g x l

= 1000,2 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 12,34 m = 120956,18 Pa = 17,54 psia

Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi)

= 1,2 ( 14,696 + 17,54) = 38,68 psia = = 8,46 4 1 x C n P SE PR t . 6 , 0 + − = m x14,805 12,34 837 , 711 197 , 593 ₌

(27)

- Direncanakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-285 grade C - Allowable working stress (S) : 13.700 psia (Peters et.al., 2004) - Joint efficiency (E) : 0,8 (Peters et.al., 2004)

- Corossion allowance (C) : 0,125 in/tahun (Perry&Green,1999) - Umur alat : 10 tahun

t = 1,84 in

tebal shell standar yang digunakan adalah 2 in (Brownell&Young,1959) menghitung tebal tutup tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell

Tebal tutup atas = 2 in (Brownell&Young,1959)

Perancangan Sistem pengaduk

Jenis : flat 6 blade turbin impeller Baffle : 4 buah

Kecepatan putaran (N) : 0,3 rps (Geankoplis, 2003) Efisiensi motor : 80 %

Pengaduk didesain dengan standar berikut :

Da : Dt = 0,3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5

L : Da = 1 : 4 E : Da = 1:1 (Geankoplis, 2003)

Jadi :

1. Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 2,54 m = 8,33 ft

2. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 2,54 m

3. Lebar baffle ( J) = 0,705 m 4. Lebar daun baffle (W) = 0,508 m 5. Panjang daun impeller (L) = 0,635 m Daya untuk pengaduk :

Bilangan Reynold (NRe) = 0008 , 0 2 , 1000 54 , 2 3 , 0 2 2 _× _× = × × µ ρ a D N = 2419833,87

Dari tabel 3.4-5 (Geankoplis, 2003 ) diperoleh Np = 4

(

)

(

) (

10 0,125

)

68 , 38 6 , 0 ) 8 , 0 13700 ( 89 , 332 2 1 68 , 38 x x x x t + − × =

(28)

P = ₂ 3 5 5 3 3 5 3 det . / . 147 , 32 / 44 , 62 33 , 8 det 3 , 0 4 lbf ft lbm ft lbm ft g D N N c a P × × ×ρ = × × × = 8413,393 ft.lbf/det = 15,29 hp Efisiensi motor, η = 80 %

Jadi daya motor = 19 hp LC.6 Pompa Neutraliser (P-02)

Fungsi : Memompa bahan baku ke tangki pencampur Jenis : Pompa screw pump

Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm

Temperatur = 30,12 oC = 303,15 K

Laju alir massa (F) = 49443,01 kg/jam = 30,27 lbm/s Densitas (ρ) = 1000,203 kg/m3 = 62,44 lbm/ft3 Viskositas (µ) = 0,8 cP = 0,000538 lbm/ft.s

Laju alir volumetrik, = = =

3 m m ft / lb 62,44 /sec lb 30,27 ρ F Q 0,485 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)

= 3,9 (0,485)0,45 (62,44)0,13 = 4,82 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 5 in

(29)

Kecepatan linear, v = Q/A = 2 3 0,139 / 0,485 ft s ft = 3,489 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ × × ρ v D = bm/ft.s 0,000538 ) 0,4205 )( / 3,489 )( / 44 , 62 ( 3 l ft s ft ft lbm = 170421,79 (Turbulen) ε/D = D x10 5 6 , 4 − = 0,000358 (Geankoplis, 1997) Pada NRe = 127.816,349 dan ε/D = 0,000358

Friction loss :

α 2 1 2 1 2 v A A       − = 0,55

(

) ( )(

)

( )(

1 32,174

)

( )(

1 32,174

)

₍

( )(

_{) (}

)

₎

174 , 32 . 2 . 0,42058 3,489 . 40 2 = 0,3453 ft.lbf/lbm

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − =

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 3,489 0 1 2 − = 0,1891 ft.lbf/lbm

(30)

(

)

(

)

(

12

)

0 1,291 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm Ws s lbf lbm ft s ft Ws = - 13,291 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , η= 75 % Ws = - η x Wp - 13,291 = -0,75 x Wp Wp = 17,721 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp / . 550 1 x ft.lbf/lbm 271 , 7 1 lbm/ft 62,44 x /s ft 0,482 3 3 × = 0,975 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 Hp LC.7 Pompa Sedimentasi (P-03)

Fungsi : Memompa umpan recycle ke tangki pencampur Jenis : Pompa screw pump

Kondisi operasi :

(31)

Laju alir volumetrik, = = ₃ =

m m ft / lb 50,64 /sec 4,83 ρ F Q 0,0954 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)

= 3,9 (0,0954)0,45 (50,639)0,13 = 2,25 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 2 ½ in

Inside sectional area : 0,03322 ft2

Kecepatan linear, v = Q/A = ₂

3 0,03322 / 0,0954 ft s ft = 2,872 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ × × ρ v D = lbm/ft.s 0,000538 ) 0,2057 )( / 2,872 )( / 64 , 50 ( lbm ft3 ft s ft = 55670,108 (Turbulen) ε/D = D x10 5 6 , 4 − = 0,00073 (Geankoplis, 1997) Pada NRe = 55670,108 dan ε/D = 0,00073

Friction loss :

α 2 1 2 1 2 v A A       −

(32)

= 0,55

(

) ( )(

)

( )(

1 32,174

)

( )(

1 32,174

)

₍

( )(

_{) (}

)

₎

174 , 32 . 2 . 0,17224 2,872 . 40 2 = 0,598 ft.lbf/lbm

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − =

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 2,872 0 1 2 − = 0,128 ft.lbf/lbm Total friction loss : ∑ F = 1,239 ft.lbf/lbm

(

)

(

)

(

12

)

0 1,239 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm Ws s lbf lbm ft s ft Ws = - 13,239 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , η= 75 % Ws = - η x Wp - 13,239 = -0,75 x Wp Wp = 17,652 ft.lbf/lbm

(33)

Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp / . 550 1 x ft.lbf/lbm 17,652 lbm/ft 50,639 x /s ft 0,0954 3 3× = 0,155 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/4 Hp LC.8 Pompa Sedimentasi (P-05)

Fungsi : Memompa recyle ke tangki pencampur Jenis : Pompa screw pump

Kondisi operasi :

m m ft / lb 50,64 /sec 4,83 ρ F Q 0,0954 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)

= 3,9 (0,0954)0,45 (50,639)0,13 = 2,25 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 2 ½ in

(34)

Kecepatan linear, v = Q/A = ₂ 3 0,03322 / 0,0954 ft s ft = 2,872 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ × × ρ v D = lbm/ft.s 0,000538 ) 0,2057 )( / 2,872 )( / 64 , 50 ( lbm ft3 ft s ft = 55670,108 (Turbulen) ε/D = D x10 5 6 , 4 − = 0,00073 (Geankoplis, 1997) Pada NRe = 55670,108 dan ε/D = 0,00073

Friction loss :

α 2 1 2 1 2 v A A       − = 0,55

(

) ( )(

)

( )(

1 32,174

)

( )(

1 32,174

)

( )(

)

(

0,17224

) (

.2.32,174

)

2,872 . 40 2 = 0,598 ft.lbf/lbm

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − =

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 2,872 0 1 2 − = 0,128 ft.lbf/lbm Total friction loss : ∑ F = 1,239 ft.lbf/lbm

(35)

(

)

(

)

(

12

)

0 1,239 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm Ws s lbf lbm ft s ft Ws = - 13,239 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , η= 75 % Ws = - η x Wp - 13,239 = -0,75 x Wp Wp = 17,652 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp / . 550 1 x ft.lbf/lbm 17,652 lbm/ft 50,639 x /s ft 0,0954 3 3× = 0,155 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1/4 Hp

LC.9 Tangki pencampur (M-01)

Fungsi : Mencampur POME dengan umpan recycle

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi: Carbon steel SA-285 grade C

Jumlah : 1 unit Kondisi operasi :

P = 1 atm T = 32 0C

Laju alir massa (F) = 65223,799 kg/hari Densitas (ρ) = 952,945 kg/m3

(36)

Viskositas (µ) = 0,8 cP

Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) =

3 kg/m 952,945 / 65223,799kg hari = 68,44 m3/hari Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 68,44 m3 = 82,13 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (HS : DT ) = 3 : 2

Volume silinder =

(

: 3:2

)

4 1 2 = T S S T H H D D π = 3 8 3 T D π DT ( diameter tangki ) = 4,116 m = 162,06 in HS ( tinggi silinder ) = 3/2DT = 3/2 x 4,116 = 6,17 m

Diameter tutup = diameter tangki = 4,116 m Asumsi Hh : Di = 1 : 4

Tinggi tutup 1,03 m Tinggi total = 6,17 + 1,03 = 7,20 m

Menghitung tebal shell tangki

(Perry, 1999)

Dimana:

C = corrosion allowance (m/tahun) = = 4,116 4 1 x C n P SE PR t . 6 , 0 + − =

(37)

Volum larutan = 49,433 m3 Volum tangki = 59,32 m3

Tinggi larutan dalam tangki = 6,03 m Tekanan hidrostatik

P = ρ x g x l

= 952,945 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 6,03 m = 56062,2129 Pa = 8,13 psia

= 1,2 ( 14,696 + 8,13) = 27,39 psia

t = 1,45 in

tebal shell standar yang digunakan adalah 1 2

1 in (Brownell&Young,1959)

menghitung tebal tutup tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 1

2

Pengaduk didesain dengan standar berikut : = 20 , 7 13 , 82 44 , 68 x

(

) (

10 0,125

)

27 , 27 6 , 0 ) 8 , 0 13700 ( 2 06 , 162 39 , 27 x x x x t + −       =

(38)

Da : Dt = 0,3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5

Jadi :

6. Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 0,3 x 4,116 = 1,23 m

7. Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 1,23 m

8. Lebar baffle ( J) = 0,34 m 9. Lebar daun baffle (W) = 0,25 m 10.Panjang daun impeller (L) = 0,31 m Daya untuk pengaduk :

Bilangan Reynold (NRe) = 0008 , 0 945 , 952 23 , 1 8 , 0 2 2 _× _× = × × µ ρ a D N = 1453280,334

P = ₂ 3 5 5 3 3 5 3 det . / . 147 , 32 / 674 , 492 , 59 23 , 1 det 8 , 0 4 lbf ft lbm ft lbm ft g D N N c a P × × ×ρ = × × × = 4137,64 ft.lbf/det = 7,52 hp Efisiensi motor, η = 80 %

Jadi daya motor = 9,5 hp

LC.10 Pompa Umpan Bioreaktor Berpengaduk (P-04)

Kondisi operasi :

(39)

Laju alir volumetrik, = = ₃ = m m ft / lb 59,49 /sec lb 17,51 ρ F Q 0,294 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)

= 3,9 (0,294)0,45 (59,49)0,13 = 3,82 in

Ukuran nominal : 4 in

Inside sectional area : 0,0799 ft2 Kecepatan linear, v = Q/A = ₂

3 0,0799 / 0,294 ft s ft = 3,68 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ ρ×v×D = lbm/ft.s 0,000538 ) 0,3188 )( / 3,68 )( / 49 , 59 ( lbm ft3 ft s ft = 130084,322 (Turbulen) ε/D = D x10 5 6 , 4 − = 0,00047 (Geankoplis, 1997) Pada NRe = 130084,322 dan ε/D = 0,00047

Friction loss :

α 2 1 2 1 2 v A A       − = 0,55

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 3,68 0 1 2 − = 0,105 ft.lbf/lbm

(40)

2 elbow 90° = hf = n.Kf. c g v . 2 2 = 2(0,75)

( )(

1 32,174

)

( )(

1 32,174

)

( )(

)

(

0,3188

) (

.2.32,174

)

3,68 . 40 2 = 0,519 ft.lbf/lbm

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − =

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 3,68 0 1 2 − = 0,211 ft.lbf/lbm

Total friction loss : ∑ F = 1,575 ft.lbf/lbm

(

)

(

)

(

12

)

0 1,575 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm Ws s lbf lbm ft s ft Ws = - 13,575 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, η = 75 % Ws = - η x Wp - 13,575 = -0,75 x Wp Wp = 18,1 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp / . 550 1 x ft.lbf/lbm 18,82 lbm/s 17,51 ×

(41)

= 0,57 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 2 1 Hp LC. 11 Fermentor (R-01)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi Tipe : Bioreaktor berpengaduk

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup elipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C

Jumlah : 1 unit Waktu Tinggal : 6 hari Kondisi operasi :

P = 1 atm T = 55 0C

Laju alir volumetrik (Q) = ₃ kg/m 952,945 / 391342,79 kg hari = 410,67 m3/hari Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 410,67 m3 = 2956,8 m3

Volume silinder =

(

: 3:2

)

4 1 ₂ = T S S T H H D D π = 3 8 3 T D π DT ( diameter tangki ) = 13,59 m HS ( tinggi silinder ) = 3/2DT = 3/2 x 13,59 = 20,38 m

(42)

Hh : Dt = 1 : 6 (Brownell and Young, 1959) Tinggi tutup 2,27 m

Tinggi total = 20,38 + 2,27 = 22,65 m

Tinggi bahan dalam tangki =

tangki tangki tangki volume tinggi x dalam bahan volume = 8 , 2956 65 , 22 , 2464 x = 18,87 m

Pengaduk didesain dengan standar berikut :

Da : Dt = 0,3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5

Jadi :

Diameter impeller (Da) = 0,3 x Dt = 0,3 x 13,59 m = 4,08 m

Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 4,08 m

Lebar baffle ( J) = 1,13 m Lebar daun baffle (W) = 0,82 m Panjang daun impeller (L) = 1,02 m Daya untuk pengaduk :

Bilangan Reynold (NRe) = 0008 , 0 945 , 952 08 , 4 8 , 0 2 2 × × = × × µ ρ a D N = 1980589,23

P = ₂ 3 5 5 3 3 5 3 det . / . 147 , 32 / 674 , 492 , 59 59 , 13 det 1 , 0 4 lbf ft lbm ft lbm ft g D N N c a P × × ×ρ = × × × = 3171,91 ft.lbf/det = 5,76 hp Efisiensi motor, η = 80 % = = 13,59 6 1 x

(43)

Jadi daya motor = 7,2 hp Menghitung Tebal Tangki :

Menghitung tebal shell tangki

(Perry, 1999)

Dimana:

C = corrosion allowance (m/tahun) Volum larutan = 2462 m3

Volum tangki = 2956,08 m3 Tinggi larutan dalam tangki =

08 , 2956 65 , 22 2464 x = 18,87 Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l = 952,945 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 18,87 m = 176298,42 Pa = 25,57 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) (P operasi)

= 1,2 ( 14,696 + 25,57) = 48,32 psia

C n P SE PR t . 6 , 0 + − =

(44)

t = 2,43 in

tebal shell standar yang digunakan adalah 2 2

menghitung tebal tutup tangki

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas = 2

2

LC.12 Pompa Umpan Reaktor Floating Roof (P-03)

Kondisi operasi :

m m ft / lb 59,49 /sec lb 17,51 ρ F Q 0,294 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)

= 3,9 (0,294)0,45 (59,49)0,13 = 3,82 in

(

48,32

) (

10 0,125

)

6 , 0 ) 8 , 0 13700 ( 2 12 , 535 32 , 48 x x x x t + −       =

(45)

Ukuran nominal : 4 in

Inside sectional area : 0,0799 ft2 Kecepatan linear, v = Q/A = ₂

3 0,0799 / 0,294 ft s ft = 3,68 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ ρ×v×D = lbm/ft.s 0,000538 ) 0,3188 )( / 3,68 )( / 49 , 59 ( lbm ft3 ft s ft = 130084,322 (Turbulen) ε/D = D x10 5 6 , 4 − = 0,00047 (Geankoplis, 1997) Pada NRe = 130084,322 dan ε/D = 0,00047

Friction loss :

α 2 1 2 1 2 v A A       − = 0,55

(

) ( )(

)

( )(

1 32,174

)

( )(

1 32,174

)

₍

( )(

_{) (}

)

₎

174 , 32 . 2 . 0,3188 3,68 . 40 2 = 0,519 ft.lbf/lbm

(46)

1 Sharp edge exit = hex = c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − =

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 3,68 0 1 2 − = 0,211 ft.lbf/lbm

Total friction loss : ∑ F = 1,575 ft.lbf/lbm

(

)

(

)

(

12

)

0 1,575 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm W_s s lbf lbm ft s ft Ws = - 13,575 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa, η = 75 % Ws = - η x Wp - 13,575 = -0,75 x Wp Wp = 18,1 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp / . 550 1 x ft.lbf/lbm 18,82 lbm/s 17,51 × = 0,57 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 2 1 Hp LC.13 Bioreaktor Floating Roof (R-02)

Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi Bentuk : Floating Roof Tank

Bahan Konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C Jumlah : 1 unit

(47)

Kondisi operasi : P = 1 atm T = 55 0C

Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green,1999) Desain Tangki 1.

Menghitung volume tangki : Laju alir volumetrik (Q) =

3 kg/m 952,945 / 391342,8 kg hari = 410,67 m3/hari Volume Bahan = 2464 m3 Volume tangki, VT = ( 1+ 0,2 ) x 2464 m3 = 2956,8 m3

Volume silinder =

(

: 3:2

)

4 1 2 = T S S T H H D D π = 3 8 3 T D π DT ( diameter tangki ) = 13,59 m = 535,15 in HS ( tinggi silinder ) = 3/2DT = 3/2 x 13,59 = 20,38 m

Menghitung tebal shell tangki Volum larutan = 2464 m3 Volum tangki = 2956,8 m3 Tinggi larutan dalam tangki = Tekanan hidrostatik

P = ρ x g x l

= 952,945 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 17 m = 23 Psia

m x20,38 17 8 , 2956 2464 ₌

(48)

= 1,2 ( 14,696 + 23) = 45,25 psia

(Perry, 1999)

t = 2,35 in = 0,05 m

tebal shell standar yang digunakan adalah 2,35 in 2. Desain Tangki Atas

Diameter2 = D1-2xTebal shell1

= 12,2 m – 2 x (0,05) = 13,52 m

P1 = 1 atm

P2 = Po + Psetimbang

P setimbang (kPa) = exp{

C T B -A + } = exp{ 17 , 230 55 7 , 3885 387 , 16 + − } = 15,82 kPa P2 = 1 atm + 15,82 kPa = 1,156 atm P1V1 = P2V2 1. 2956,8 = 1,156 x V2 V2 = 2557,489 m3 V2 =Ax h

(

)

(

45,25

) (

10 0,125

)

6 , 0 ) 8 , 0 13700 ( 12 , 535 2 1 25 , 45 x x x x t + − = C n P SE PR t . 6 , 0 + − =

(49)

h = 2 2 4 1 489 , 2557 D π = 17,79 m

Maka jarak tangki kedua ke dasar tangki pertama = 20,38 m- 17,79 m = 2,59 m

Desain blower,

Dari Metawater Co.Ltd, 2010, untuk volume tangki 407 m3 maka jumlah gas yang disirkulasikan 3,6 m3/min

Maka untuk volume 1779,58 m3, jumlah gas yang sirkulasikan 15,75 m3/min. Daya blower dapat dihitung dengan persamaan,

33000 Q efisiensi 144 P= × × (Perry, 1997) Efisiensi blower, η = 75 % Q = 21,79 m3/min = 1307,67 m3/jam Sehingga, 33000 1307,67 0,75 144 P= × × = 5,7 hp

Maka dipilih blower dengan daya 6 hp

LC.14 Tangki Sedimentasi (RC-01/02)

Fungsi : Mengendapkan sebagian padatan-padatan yang keluar dari fermentor.

Jenis : Gravity Thickner Jumlah : 2 unit

Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, GradeC

Data :

Laju massa (F1) = 47342,3799 kg/2jam

Densitas air = 811,17 kg/m3 Diameter dan tinggi tangki

(50)

Kedalaman air = 3-10 m

Settling time = 1-3 jam

Dipilih : kedalaman air (h) = 5 m, waktu pengendapan = 2 jam Diameter dan Tinggi clarifier

Volume , V = ₃ kg/m 811,17 kg/2jam 47342,3799 = 58,36 m3/2jam Faktor kelonggaran = 20% Volume = 1,2 × 58,36 m3 = 70,035 m3 a. Diameter dan tinggi clarifier

Hs

½ D

Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4:3

∼ Volume silinder clarifier (Vs) = Vs =

4 H πD s

2

(Brownell & Young, 1959)

Vs = 3 πD3

∼ Volume alas berupa kerucut (Vc)

½ D Hc Vs = 12 H πD c 2 ... (Perry, 1999) Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (Hc : D) = 1:2

Vc = 24 πD3 ... (Perry, 1999) ∼ Volume (V) V = Vs + Vc = 8 D 3π 3 70,035 m3 = 1,178097 D3

(51)

D = 3,9 m Hs = (4/3) × D = 5,2 m

b. Diameter dan tinggi kerucut

Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter (Hh : D) = 1: 2

Diameter tutup = diameter tangki = 3,9 m Tinggi tutup =       2 m 3,9 = 1,95 m Tinggi total = 7,15 m

LC.15 Pompa Bak Penampung Akhir (L-221)

Fungsi : Memompa ampas menuju bak penampung akhir Bentuk : Pompa sentrifugal

Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

m m ft / lb 50,6395 /sec lb 28,99 ρ F Q 0,572 ft3/s

Di,opt = 3,9 (Q)0,45 (ρ)0,13 (Walas,1988)

= 3,9 (0,572)0,45 (50,6395)0,13 = 5,05 in

Dari Appendiks A.5 Geankoplis (1997), dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 5 in

(52)

Inside sectional area : 0,139 ft2

Kecepatan linear, v = Q/A = ₂

3 0,139 / 0,572 ft s ft = 4,11 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ ρ×v×D = lbm/ft.s 0,000538 ) 42058 , 0 )( / 11 , 4 )( / 6395 , 50 ( 3 ft s ft ft lbm = 163181,3 (Turbulen) ε/D = D x10 5 6 , 4 − = 0,000359 (Geankoplis, 1997) Pada NRe = 138212,9 dan ε/D = 0,000359

Dari Fig.2.10-3 Geankoplis (1997), diperoleh harga f = 0,0047 Friction loss :

α 2 1 2 1 2 v A A       − = 0,55

(

) ( )(

)

( )(

1 32,174

)

( )(

1 32,174

)

( )( )

(

0,42058

) (

.2.32,174

)

. 11 , 4 40 2 = 0,471 ft.lbf/lbm

c g v A A . . 2 1 2 2 2 1 α       − =

(

) ( )(

)

174 , 32 1 2 4,11 0 1 2 − = 0,263 ft.lbf/lbm

(53)

Total friction loss : ∑ F = 1,789 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli :

(

)

(

)

(

12

)

0 1,789 . / 0 . / . 174 , 32 / 174 , 32 0 ₂ 2 = + + + + ft ftlbf lbm W_s s lbf lbm ft s ft Ws = - 13,789 ft.lbf/lbm P Effisiensi pompa , η= 75 % Ws = - η x Wp - 13,789 = -0,75 x Wp Wp = 18,38 ft.lbf/lbm Daya pompa : P = m x Wp = s lbf ft hp / . 550 1 x ft.lbf/lbm 18,38 lbm/s 28,99 × = 0,96 Hp

Maka dipilih pompa dengan daya motor = 1 Hp

LC.16 Water Trap (WT-01)

Fungsi : Sebagai wadah pemisah air dan biogas. Bahan konstruksi : Carbon Steel SA –285 Grade C

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi :

Tekanan = 1 atm

(54)

Kebutuhan perancangan = 1 hari

Komponen Laju massa (kg/jam) Laju mol (kmol/jam) CH4 6.657,53424 416.0959 H2S 2,57424657 420.1025 CO2 18.484,5106 3.49417 H2O 62,8950575 0.074616 Total 25.207,5142 839.7672

Volume air untuk penyimpanan 1 hari (24 jam) Laju alir air = 62,895 kg/hari

ρcairan =0,723 kg/m3 Volume Cairan = 86,991 723 , 0 895 , 62 ₌ m3/hari

Waktu Tinggal = 1 hari

Volume = 86,991 m3

Volume Tangki, 2 x Volume Cairan = 2 x 86,991 m3 = 173,983 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3:2

Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4

Volume silinder = 2 3 8 3 4 D Hs D π π = ×

Volume tutup elipsoidal = 3 24×D π Vt = Vs + 2Vh Vt = 3 24 11 D × π Diameter tangki = 4,94m 3,14 11 173,983 24 11 24 3 3 = × × = πt V = 194,63 in Tinggi tangki = 4,94 7,41 m 2 3 = ×

Tinggi tutup elipsoidal = 4,94 1,235 m 4

1

= ×

(55)

Tebal tangki

Allowable stress(S) = 13700 psi

Efisiensi sambungan (E) = 0,8

Corrosion factor (CA) = 0,125 in/tahun

Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia

Tekanan design = 1,05 x 14,696 = 15,431 psia n (tahun pemakaian) = 10 tahun

in tahun tahun in t 387 , 1 ) 10 / 25 , 1 ( 431 , 15 6 , 0 8 , 0 13700 ) 63 , 194 2 1 ( 431 , 15 = × + × − × × =

maka digunakan silinder dengan tebal tangki 1,5 in (0,0381m).

LC.17 Desulfuriser (D-01) Fungsi : menyerap gas H2S.

Jenis : Fixed bed ellipsoidal

Bahan : Carbon steel, SA-283, grade C

Kondisi operasi T = 65 0C (Walas, 1988)

P = 1 atm

Jumlah gas terserap (F) = 2,5742 kg/hari Volume adsorbent :

Katalis yang digunakan adalah ZnO (Mann & Spath, 2001) Sebanyak 30 kg H2S/100 kg adsorbent.

Densitas adsorbent = 1250 kg/m3 (Mann & Spath, 2001) Porositas pada design adsorber (ε) = 0,4 (Mann & Spath, 2001) Jumlah katalis = 2,5742x 100/30

= 6,6 kg/hari

Faktor keamanan 20%

Jumlah katalis aktual = (1+0,2) x 6,6

= 8,25 kg

volume adsorbent = )/(1 0,4) 0,011m /hari

1250 25 , 8

(56)

Direncanakan banyak nya katalis selama 10 bulan operasi, maka : Volume adsorbent = 0,011 hari m3 x 30 10bulan bulanhari × = 3,3 m3 Ukuran adsorber : Volume total = 3,3 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : D) = 3 : 2

Volume silinder = 2 3 8 3 4 D Hs D π π = × Diameter tangki = 1,4m 3,14 3 3 , 3 8 3 8 3 3 = × × = πt V Tinggi tangki = 1,4 2,1m 2 3_× ₌

Direncanakan tangki mempunyai tutup dan alas berbentuk ellipsoidal, Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (Ht:D) = 1:4

Tinggi tutup elipsoidal = 1,4 0,35m 4

1 = ×

Tinggi total adsorber = Hs + 2xHe = 2,81 m

Tebal dinding tangki :

Tekanan = 1 atm = 14,696 psi

Tekanan design = (1,05 x 14,696) = 15,43 psi

Allowable working stress (S) = 13700 psi

Efisiensi sambungan (E) = 0,8

Corrosion factor (CA) = 0,125 in/thn

Umur alat (n) = 10 thn Tebal silinder (t) = ts = CA P 6 , 0 SE PR n + − = (0,125 10) ) 43 , 15 x (0,6 0,8) x (13700 in) 5 , 55 2 1 ( 43 , 5 1 × + − × = 1,28 in

(57)

LC.18 Generator (G-01) Generator terdiri dari : - Kompresor

- Turbin Kompresor

Fungsi : Menaikkan tekanan udara luar menuju ruang bakar Jenis : Centrifugal compressor

Jumlah : 1 unit Data:

Laju alir massa = 173.188,90 kg/hari = 7.216,204 kg/jam

Densitas udara = 1126 kg/m3 = 70,294 lbm/ft3 = 34,47 ft3/menit

(

)

(

)

jam m m kg hari kg lumetrik LajualirVo 6,409 / 24 / 126 .. 1 / 90 ,. 188 . 173 3 3 = =

Diameter pipa ekonomis (De) dihitung dengan persamaan :

De = 3,9 (Q)0,45( ρ )0,13 (Timmerhaus,1991) = 3,9 (7216,204 ft3/detik)0,45(0,062862 lbm/ft3)0,13

= 1,95 in

Dipilih material pipa commercial steel 2 inchi Sch 40 : Diameter dalam (ID) = 2,067 in

Diameter luar (OD) = 2,375 in Luas penampang (A) = 0,0233 ft2

Tekanan masuk (P1) =1 atm = 2116,224 lb/ft2 = 14,696 psia Tekanan keluar (P2) = 6 atm = 12.679,344 lb/ft2 = 88,716 psia Temperatur masuk = 300C Rasio spesifik (k) = 1,4 = −           −       = −           −       = − − 1 4 , 1 1 7 , 14 2 , 88 77 , 3 2 , 88 4 , 1 1 1 ) ( 4 , 1 1 4 , 1 1 1 2 2 x x k P P xQ kxP P Daya k k 778,39 Jika efisiensi motor adalah 80 %, maka : 972,99 hp

Turbin

Fungsi : Menurunkan tekanan gas dari ruang pembakaran Jenis : Centrifugal expander