Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat Dari Alang - Alang Dengan Kapasitas 80.000 Ton Tahun

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas Produk : 80.000 ton/tahun

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Satuan Operasi : kg/jam

Waktu kerja per tahun : 330 hari

Bahan baku : alang – alang

Produk utama : Selulosa Asetat (C6H7O2OH((OCOCH3)2)

Penentuan Kapasitas

Dalam perencanaan pendirian suatu pabrik dibutuhkan suatu prediksi kapasitas agar produksi yang dihasilkan dapat memenuhi kebutuhan, terutama kebutuhan dalam negeri.

Perkiraan kapasitas pabrik dapat ditentukan dari nilai impor setiap tahun dengan menggunakan rumus :

F = P ( 1 + i )n

Dimana : F = nilai impor tahun 2015 P = nilai impor tahun 2014

i = parameter kenaikan impor tiap tahun n = jumlah tahun (1)

Tabel LA.1. Data Kebutuhan impor Selulosa asetat di Indonesia

TahunImpor Jumlah

(Ton) % kenaikan

2010 78.272 -

2011 84.516 7.98

2012 83.570 -1.12

2013 45.305 - 45.78

2014 89.825 98.26

Total 381.488 59.34

(Sumber: Badan Pusat Statistik Nasional (BPS), 2010-2014)

(2)

F = P ( 1 + i )n

F(2015) = 89.825(1+(0.11868))1

= 100.485,431 Ton

Maka dapat diprediksikan nilai impor pada tahun 2015 adalah 100.485,431 Ton. Berdasarkan perkiraan kebutuhan selulosa asetat pada tahun 2015, maka pra rancangan pabrik ini akan menutupi kebutuhan impor tersebut sebesar 80.000 ton/tahun. Rancangan pabrik selulosa asetat ini dibuat dengan kapasitas 80.000 ton/tahun yang direncankan ditujukan untuk memenuhi kebutuhan impor.

Produksi Selulosa Asetat : �80.000 _{��ℎ��}�� × 1 ��ℎ�� 330 ℎ�� ×

1 ℎ�� 24 �� ×

1000 �� 1 ��

: 10101,0101 kg/jam

Untuk basis umpan 1000 kg/jam alang-alang dihasilkan produk selulosa asetat sebesar 632,8575 kg/jam, maka untuk kapasiitas produksi 80.000 ton/tahun atau 10101,0101 kg/jam, diperoleh kapasitas bahan baku sebanyak 15960,9550 kg/jam. Dengan faktor pengalinya:

1000 kg/jam X =

632,8575 kg/jam 10101,0101 kg/jam

X =

10101,0101 _jamkg x 1000 kg/jam

632.8575 kg/jam

X = 15960,9550 kg/jam (bahan baku)

Rumus molekul dan berat molekul komponen yang terlibat serta komposisi kandungan utama alang-alang dapat dilihat pada Tabel LA.1 dan LA.2.

Tabel LA.2 Kandungan Kimia Alang-alang

Kandungan Kadar

Selulosa 44,28 % 0,4428 %

Silika 3.6 % 0,036 %

Lignin 18,12 % 0,1812 %

Air 28,58 % 0,2858 %

Abu 5,42 % 0,0542 %

(3)

Selulosa lignin

abu

Selulosa lignin

abu Tabel LA.3 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen

Nama Rumus Molekul Berat Molekul

(kg/kmol)

Selulosa C6H7O2(OH)3 162

Selulosa triasetat C6H7O2((OCOCH3)3) 288

Selulosa asetat C6H7O2OH((OCOCH3)2) 246

Asetat anhidrat (CH3CO)2O 102

Asam asetat CH3COOH 60

Air H2O 18

Asam sulfat H2SO4 98

Sumber : Wikipedia, 2014

LA.1 TANKI EKSTRAKSI (T–101)

Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari alang-alang dan tahap awal untuk proses bleaching

1 5

4

NaOH

(4)

Tabel LA.4 Analisa derajat kebebasan Tangki Ekstraksi (T-101) Tanki

Ekstraksi

Keterangan

Jumlah variabel

Jumlah Neraca TTSL

Spesifikasi : Komposisi

Hubungan pembantu Konversi

Ratio spliter Ratio Laju alir

14

6

7

- - -

F1Selulosa ,F1 air, F1 lignin, F1 abu, F1 silika, F4 NaoH, F4 H2O, F5 Selulosa, F5air, F5 lignin, F5 abu, F5 silika, F5 NaoH, F5 H2O

Selulosa, air, lignin, abu, silika, NaOH

F1Selulosa ,F1 air, F1lignin, F1abu, F1 silika, F5 NaOH, F5H2O

Basis

Derajat kebebasan

1 0

Neraca Massa Total :

�1 ₊_�4 ₌_�5

Neraca Massa Komponen : a. Selulosa

F1 = 15960,9550 kg/jam

F1 selulosa = 0.4428 x F1

= 0.4428 x 14963,3952 kg/jam = 7067,5109 kg/jam

F5 selulosa = F1 selulosa

= 7067,5109 kg/jam b. H2O

(5)

= 0.2858 x 15960,9550 kg/jam = 4561,6409 kg/jam

c. Lignin

F1 lignin = 0.1812 x F1

= 0.1812 x 15960,9550 kg/jam = 2892,1250 kg/jam

F5 Lignin = F1 lignin

= 2892,1250 kg/jam d. Abu

F1 abu = 0.0542 x F1

= 0.0542 x 15960,9550 kg/jam = 865,0838 kg/jam

F5 abu = F1 abu

= 865,0838 kg/jam e. Silika

F1 silika = 0.036 x F1

= 0.036 x 15960,9550 kg/jam = 574,5944 kg/jam

F5 silika = F1 silika

= 574,5944 kg/jam

f. NaOH

Untuk tahap ekstraksi, larutan NaOH 8% yang diperlukan adalah 10% dari jumlah bahan baku alang - alang.

F4 =

10 100 ×F1

= 10

100 × 15960,9550 kg/jam

= 1596,0955 kg/jam F4 NaOH = 0.08 x F4

(6)

F5 NaOH = F4 NaOH

= 127,6876 kg/jam g. H2O

F4 H2O = F4 – F4 NaOH

= 1596,0955 – 127,6876 kg/jam = 1468,4079 kg/jam

F5 H2O = F4 H2O + F1 H2O

=1468,4079 + 4561,6409 kg/jam = 6030,0488 kg/jam

Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Tangki Ekstraksi (T-101)

komponen Masuk (kg/jam) keluar (kg/jam)

alur 1 alur 4 alur 5

Selulosa 7067,5109 7067,5109

air 4561,6409 1468,4079 6030,0488

lignin 2892,1250 2892,1250

abu 865,0838 865,0838

silika 574,5944 574,5944

NaoH 127,6876 127,6876

sub total 15960,9550 1596,0955 17557,0505

(7)

Selulosa lignin

abu ilik

Selulosa lignin

abu LA. 2 STORAGE TANK (ST-101)

ST- 101

Neraca massa total

F5 = F6

F_selulosa5 = F_selulosa6 = 7067,5109 kg/jam

F_Lignin5 = F_Lignin6 = 2892,1250 kg/jam

F_abu5 = F_abu6 = 865,0838 kg/jam

F_silika5 = F_silika6 = 574,5944 kg/jam

FNaoH5 = FNaoH6 = 127,6876 kg/jam F_H2O5 = F_H2O6 = 6030,0488 kg/jam

F4 total = F5 total = 17557,0505 kg/jam Tabel LA.6 Neraca Massa pada Storage Tank (ST)

komponen Masuk

(g/jam)

keluar (g/jam)

alur 5 alur 6

Selulosa 7067,5109 7067,5109

air 6030,0488 6030,0488

lignin 2892,1250 2892,1250

abu 865,0838 865,0838

silika 574,5944 574,5944

NaoH 127,6876 127,6876

sub total 17557,0505 17557,0505

total 17557,0505 17557,0505

5 6

(8)

LA. 3 Rotary Washer I (W-101)

Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tereduksi pada tangki ekstraksi dan komponen pengekstrak yang terlarut dalam air dari pulp

Tabel LA.7 Analisa derajat kebebasan Rotary Washer I (RW-101) Rotary Washer I Keterangan Jumlah variabel Ratio Laju alir Efisiensi alat

(9)

�6₊_�7 ₌_�9₊_�8

Neraca Massa Komponen :

Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978) a. Selulosa

F6 Selulosa = 7067,5109 kg/jam

F8 Selulosa = F6 Selulosa – (0,98 x F6 Selulosa)

= 7067,5109 kg/jam – (0,98 x 7067,5109 kg/jam) = 141,3502 kg/jam

F9 selulosa = 0,98 x F6 Selulosa

= 0,98 x 7067,5109 kg/jam = 6926,1607 kg/jam

Sebanyak 61.53 % lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer.

b. Lignin

F6 lignin = 2892,1250 kg/jam

F8 Lignin = 0,6153 x F6 lignin

= 0,6153 x 2892,1250 kg/jam = 1779,5245 kg/jam

F9 Lignin = F6 lignin – F8 lignin

= 2892,1250 kg/jam – 1779,5245 kg/jam = 1112,6005 kg/jam

c. Abu

F6 Abu = 865,0838 kg/jam

F8 Abu = 0.6153 x F6 Abu

= 0.6153 x 865,0838 kg/jam = 532,2860 kg/jam

F9 Abu = F6 Abu – F8 Abu

= 865,0838 kg/jam - 532,2860 kg/jam

(10)

d. Silika

F6 Silika = 574,5944 kg/jam

F8 Silika = 0,6153 x F6 silika

= 0,6153 x 574,5944 kg/jam = 353,5479 kg/jam

F9 Silika = F6 Silika – F8 Silika

f. NaOH

F6 NaOH = 127,6876 kg/jam

F8 NaOH = F6 NaOH

= 127,6876 kg/jam

g. H2O

Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam Rotary washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)

F6 H2O = 6030,0488 kg/jam

F6 total = 17557,0505 kg/jam

F7 H2O = 2.5 x F6 total

F7 H2O = 2.5 x 17557,0505 kg/jam

= 43892,6263 kg/jam

Air yang terkandung di dalam pulp keluaran Rotary washer adalah 2% dari total air yang masuk ke dalam Rotary washer

F9 H2O = 0.02 x (F6 H2O + F7 H2O)

= 0.02 x (6030,0488 kg/jam + 43892,6263 kg/jam) = 998,4535 kg/jam

F8 H2O = (F6 H2O + F7 H2O) – F9 H2O

(11)

H2O

Tabel LA.8 Neraca Massa Pada Rotary Washer I (RW-101)

alur 6 alur 7 alur 8 alur 9

Selulosa 7067,5109 141,3502 6926,1607

air 6030,0488 43892,6263 48924,2215 998,4535

lignin 2892,1250 1779,5245 1112,6005

abu 865,0838 532,2860 332,7977

silika 574,5944 353,5479 221,0465

NaoH 127,6876 127,6876

sub total 17557,0505 43892,6263 51858,6179 9591,0588

total 61449,6768 61449,6768

LA. 4 TANGKI BLEACHING (T – 102)

Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna

putih pada pulp yang dihasilkan

Tabel LA.9 Analisa derajat kebebasan Tangki Bleaching (T – 102) Tanki

Bleaching

Keterangan

Jumlah variabel 14 F9 Selulosa, F9 Lignin, F9 Abu, F9

Silika, F9H2O, F10 H2O, F10

NaOCL, F11 H2O, F12Selulosa, F12

lignin, F12 Abu, F12 Silika, F12 H2O,

F12NaOCL

12 9

10

1

Selulosa Lignin

Abu Silika H2O

T – 102

Selulosa Lignin

(12)

Jumlah Neraca TTSL

6

7

- - -

Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O, NaOCL

F9 Selulosa, F9 Lignin, F9 Abu, F9

Silika, F10H2O, F10 NaOCL,

F11H2O

Basis

Derajat kebebasan

1 0

�9₊_�10 ₊_�11 ₌_�12

F9 selulosa = F12 Selulosa

= 6926,1607 kg/jam b. Lignin

F9 Lignin = F12 Lignin

= 1112,6005 kg/jam c. Abu

F9 Abu = F12 Abu

= 332,7977 kg/jam d. Silika

F9 Silika = F12 Silika

= 221,0465 kg/jam e. NaOCl

Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 10% yang diperlukan adalah 5% dari jumlah pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.

(13)

= 0,05 x 9591,0588 kg/jam = 479,5529 kg/jam

F10 NaOCl = 0,1 x F10

= 0,1 x 479,5529 kg/jam = 47,9553 kg/jam f. H2O

F9 H2O = 998,4535 kg/jam

F10 H2O = F10 – F10 NaOCl

Konsistensi air yang diperlukan Pulp pada tahap bleaching adalah 10% (smook, 1989) maka air yang diperlukan adalah :

��= 8055 ,5674

�� ×100%

10 % − 8055,5674

��

F12 H2O = 86319,5296 kg/jam

F11 H2O = F12 H2O – F10 H2O – F9 H2O

= (86319,5296 – 431,5976 – 998,4535) kg/jam

= 84889,4784 kg/jam

Tabel LA.10 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (T – 102)

Selulosa 6926,1607 6926,1607

air 998,4535 431,5976 84889,4784 86319,5296

lignin 1112,6005 1112,6005

abu 332,7977 332,7977

silika 221,0465 221,0465

NaoCL 47,9553 47,9553

sub total 9591,0588 479,5529 84889,4784 94960,0902

(14)

LA. 5 Rotary Washer II (kg/jam) (RW-102)

Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada

tangki Bleaching

Tabel LA.11 Analisa derajat kebebasan Rotary Washer II (RW-102)

Washer II Keterangan Jumlah variabel

Jumlah Neraca TTSL

Ratio spliter Ratio Laju alir Efisiensi alat

12

6

7

- - - 1

Silika, F12 H2O, F12 NaOCL, F13 H2O,

Silika, F14 H2O

Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O,

NaOCL

Silika, F12 H2O, F12 NaOCL, F13 H2O

Basis

Derajat kebebasan

- +2

13

12

Selulosa Lignin

Abu Silika

H2O

Selulosa Lignin

Abu

Selulosa Lignin

Abu

RW -102

14

(15)

�12₊_�13 ₌_�14₊_�15

Neraca Massa Komponen :

Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978) a. Selulosa

F14 Selulosa = 0.98 x F12 Selulosa

= 0.98 x 6926,1607 kg/jam = 6787,6374 kg/jam

F15 Selulosa = F12 Selulosa – (0.98 x F12 Selulosa)

= 6926,1607 kg/jam – (0.98 x 6926,1607 kg/jam) = 138,5232 kg/jam

Sebanyak 87,368% lignin mampu tereduksi pada tangki bleaching yang akan terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit Rotary washer

b. Lignin

F12 Lignin = 1112,6005 kg/jam

F15 Lignin = 0,8763 x F12 Lignin

= 0.8763 x 1112,6005 kg/jam = 972,0568 kg/jam

F14 Lignin = F12 lignin - F15 selulosa

c. Abu

F12 Abu = 332,7977 kg/jam

F15 Abu = 0,8763 x F12 abu

= 0,8763 x 332,7977 kg/jam

= 290,7587 kg/jam

F14 Abu = F12 Abu - F15 Abu

= 332,7977 kg/jam – 290,7587 kg/jam

(16)

d. Silika

F12 Silika = 221,0465 kg/jam

F15 Silika = 0.8763 x F12 Silika

= 0,8763 x 221,0465 kg/jam = 193,1239 kg/jam

F14 Silika = F12 Silika - F15 Silika

e. NaOCl

F12 NaOCl = F15 NaOCl = 47,9553 kg/jam

f. H2O

F12 H2O = 86319,5296 kg/jam

F12 total = 94960,0902 kg/jam

Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam Rotary

washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)

F13 H2O = 2.5 x F12 total

= 2.5 x 94960,0902 kg/jam = 237400,2256 kg/jam F13 total = 237400,2256 kg/jam

Air yang terkandung di dalam pulp keluaran Rotary washer adalah 2% dari total air yang masuk ke dalam Rotary washer

F14 H2O = 0.02 x (F12 H2O + F13 H2O)

= 0.02 x (94960,0902 kg/jam + 237400,2256 kg/jam) = 6474,3951 kg/jam

F14 total = 13472,5378 kg/jam

F15 H2O = ( F12 H2O + F13 H2O) - F14 H2O

= (94960,0902 + 237400,2256) kg/jam – 6474,3951 kg/jam = 317245,3601 kg/jam

(17)

Tabel LA.12 Neraca Massa pada Rotary Washer II (RW-102)

Selulosa 6926,1607 138,5232 6787,6374

air 86319,5296 237400,2256 317245,3601 6474,3951

lignin 1112,6005 972,0568 140,5437

abu 332,7977 290,7587 42,0390

silika 221,0465 193,1239 27,9226

NaoCL 47,9553 47,9553

sub total 94960,0902 237400,2256 318887,7780 13472,5378

total 332360,3158 332360,3158

LA. 6 ROTARY DRYER I (RD – 101)

Fungsi : Untuk mengeringkan pulp

(RD – 101)

Tabel LA.13 Analisa derajat kebebasan Rotary Dryer I (RD – 101)

Rotary Dryer I Keterangan Jumlah variabel

Jumlah Neraca TTSL

Spesifikasi :

11

5

F14 Selulosa, F14 Lignin, F14 Abu,

F14 Silika, F14 H2O, F16 H2O, F18

Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu, F18

Silika, F18 H2O

Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O.

14

17

1

Selulosa Lignin

Abu

H2O

Selulosa Lignin

Abu

(18)

Komposisi

6

- - -

F14 Silika, F14 H2O, F17 H2O.

Basis

Derajat kebebasan

- 0

�14 ₌_�17₊_�18

F14 selulosa = F18 selulosa = 6787,6374 kg/jam

b. Lignin

F14 Lignin = F18 Lignin = 140,5437 kg/jam

c. Abu

F14 Abu = F18 Abu = 42,0390 kg/jam

d. Silika

F14 Silika = F18 Silika = 27,9226 kg/jam

f. H2O

F14 H2O = 6474,3951 kg/jam

Rotary dryer dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk

(Perry, 1997)

F17 H2O = 0.9 x F14 H2O

= 0.9 x 6474,3951 kg/jam = 5826,9556 kg/jam F18 H2O = F14 H2O - F17 H2O

(19)

Selulosa Lignin

Abu Silika

H2O

Selulosa Lignin

Abu Silika = 647,4395 kg/jam

Tabel LA.14 Neraca Massa pada Rotary Dryer I (RD-101)

komponen masuk

(kg/jam) keluar (kg/jam)

Selulosa 6787,6374 6787,6374

air 6474,3951 5826,9556 647,4395

lignin 140,5437 140,5437

abu 42,0390 42,0390

silika 27,9226 27,9226

Total 13472,5378 13472,5378

LA.7 TANGKI AKTIVASI (T – 103)

Fungsi : Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses

pretreatment pada reaksi asetilasi.

Tabel LA.15 Analisa derajat kebebasan Tangki Aktivasi (T – 103) Tangki

Aktivasi

Keterangan

Jumlah variabel 13 F18 Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu,

F17 Silika, F18 H2O,F19 H2O ,F19

CH3COOH, F20 Selulosa, F20

Lignin, F20 Abu, F20 Silika, F20

18

19

20

(20)

Jumlah Neraca TTSL

6

7

- - -

H2O,F20 CH3COOH

Selulosa, Lignin, Abu, Silika, CH3COOH, H2O

F18 Silika, F18 H2O, F19 H2O ,F19

CH3COOH

Basis

Derajat kebebasan

- 0

�18 ₊_�19 ₌_�20

F18 Selulosa = F20 Selulosa = 6787,6374 kg/jam

b. Lignin

c. Abu

F18 Abu = F20 Abu = 42,0390 kg/jam

d. Silika

e. CH3COOH

Asam asetat 99% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah sebanyak 35% dari laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)

F19 = 0,35 x F18 Selulosa

= 0,35 x 6787,6374 kg/jam

(21)

F19 CH3COOH = 0,99 x F19

= 0,99 x 2375,6731 kg/jam = 2351,9164 kg/jam

F20 CH3COOH = F19 CH3COOH

= 2351,9164 kg/jam G. H2O

F18 H2O = 647,4395 kg/jam

F19 H2O = F19 – F19 CH3COOH

F20 H2O = F18 H2O + F19 H2O

Tabel LA.16 Neraca Massa pada Tangki Aktivasi (T – 103)

komponen

masuk(kg/jam)

keluar (kg/jam)

Selulosa 6787,6374 6787,6374

air 647,4395 23,7567 671,1962

lignin 140,5437 140,5437

abu 42,0390 42,0390

silika 27,9226 27,9226

CH3COOH 2351,9164 2351,9164

sub total 7645,5822 2375,6731 10021,2554

(22)

Selulosa Lignin

Abu

Selulosa Triasetat Selulosa

Lignin Abu

ilik LA.8 REAKTOR ASETILASI (R- 101)

Fungsi : Untuk tempat terjadinya reaksi asetilasi menjadi selulosa

triasetat.

Reaksi yang terjadi pada proses ini asetilasi adalah sebagai berikut :

OH OCOCH3

C6H7O2 OH + 3(CH3CO)2O C6H7O2 OCOCH3 + 3CH3COOH

OH OCOCH3

Selulosa asetat anhidrid selulosa triasetat asam asetat Konversi : 98%

�= _−�F20 Selulosa . � . BM Selulosa �= 6787 ,6374 ₋ � 0,98

(−1) . 162 = 41,0610 kmol/jam

Tabel LA.17 Analisa derajat kebebasan Reaktor Asetilasi (R- 101) Reaktor

Asetilasi

Keterangan

Jumlah variabel 20 F20 Selulosa, F20 Lignin, F20 Abu,

F20 Silika, F20 H2O, F20 CH3COOH,

F21 H20, F21 CH3COOH, F22 H2O,

20

21

23 22

24 H2O

(CH3CO)2O

H2O

R - 101

H2O

(23)

Jumlah Neraca TTSL

9

10

1 - -

F22 (CH3CO)2O, F23 H2O , F23

H2SO4, F24 Selulosa Triasetat, F24

Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24 H2O,

F24 CH3COOH, F24 (CH3CO)2O, F24

H2SO4.

Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O,

CH3COOH, (CH3CO)2O, H2SO4,

Selulosa Triasetat.

F20 Silika, F20 H2O, F20 CH3COOH,

H2SO4.

Basis

Derajat kebebasan

- 0

�20₊_�21 ₊_�22 ₊_�23 ₌_�24

F24 Selulosa = 2% x F19 Selulosa

= 0,02 x 6787,6374 kg/jam = 135,7527 kg/jam

b. Lignin

(24)

F20 Abu = F24 Abu = 42,0390 kg/jam

d. Silika

e. CH3COOH

F20 CH3COOH = 2351,9164 kg/jam

Asam asetat glasial 99% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).

F21 = 0.438 x F20 Selulosa

= 0,438 x 6787,6374 kg/jam = 29729,8520 kg/jam F21 CH3COOH = 0.99 x F21

= 0.99 x 29729,8520 kg/jam = 29432,5535 kg/jam

F24 CH3COOH = F20 CH3COOH + F21 CH3COOH + r. BM CH3COOH.σ

= 2351,9164 kg/jam + 29432,8520 kg/jam + (41,0610 x 60 x 3)

= 39175,4529 kg/jam f. (CH3CO)2O

Asetat anhidrat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 247% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).

= 0,247 x 6787,6374 kg/jam = 16765,4645 kg/jam F22 (CH3CO)2O = 0,98 x F22 total

= 0,98 x 16765,4645 kg/jam = 16430,1552 kg/jam g. H2SO4

Asam sulfat 96,5% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 3,8% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).

(25)

F23 H2SO4 = 0.965 x F23

= 0.965 x 257,9302 kg/jam = 248,9027 kg/jam

F24 H2SO4 = F23 H2SO4

= 248,9027 kg/jam h. H2O

F20 H2O = 671,1962 kg/jam

F21 H2O = F21 – F21 CH3COOH

= 29729,8520 kg/jam - 29432,5535 kg/jam = 297,2985 kg/jam

F22 H2O = F22 – F22 (CH3CO)2O

F23 H2O = F23 – F23 H2SO4

F24 H2O = F20 H2O + F21 H2O + F22 H2O + F23 H2O

= 671,1962 + 297,2985 + 335,3093 + 9,0276 kg/jam = 1312,8316 kg/jam

i. Selulosa triasetat

F24 Selulosa Triasetat = r. BM Selulosa Triasetat.σ

= 41,0610 x 288 x 1 = 11825,5728 kg/jam

Tabel LA.18 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (R-101)

komponen

masuk (kg/jam)

keluar (kg/jam)

alur 20 alur 21 alur 22 alur 23 alur 24

Selulosa 6787,6374 135,7527

air 671,1962 297,2985 335,3093 9,0276 1312,8316

lignin 140,5437 140,5437

(26)

Selulosa Asetat Selulosa

Lignin Abu silika Selulosa Triasetat

Selulosa Lignin

Abu

silika 27,9226 27,9226

CH3COOH 2351,9164 29432,5535 39175,4529

(CH3CO)2O 16430,1552 3865,4841

H2SO4 248,9027 248,9027

Selulosa Triasetat 11825,5728

Sub total 10021,2554 29729,8520 16765,4645 257,9302 56774,5021

Total 56774,5021

LA.9 REAKTOR HIDROLISA (R – 102)

Fungsi : Untuk menghidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa asetat

serta menetralkan sisa reaktan asetat anhidrat.

Pada tangki hidrolisasi, seluruh selulosa triasetat dihidrolisis oleh air menjadi selulosa asetat dan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :

OCOCH3 OH

C6H7O2 OCOCH3 + H2O C6H7O2 OCOCH3 + CH3COOH

OCOCH3 OCOCH3

Selulosa triasetat air selulosa asetat asam asetat

Dimana ;

BM Selulosa Triasetat = 288 kg/mol

�= F24 Selulosa Triasetat .� � . BM Selulosa Triasetat

H2O

24

26 25

(27)

�= 11825,5728 x 1 1 x 288 = 41,0610 kmol/jam

Reaksi yang juga terjadi pada unit hidrolisis adalah : (CH3CO)2O + H2O 2CH3COOH

Asetat anhidrat air asam asetat

Konversi reaksi = 98%

�2 =

F24 (CH3CO)2O . x � . BM Asetat anhidrat

�2 =

3865,4841 x 0,98

1 x 102 ; ��(CH3CO )2O = 102 kg/mol

= 37,1390 kmol/jam

Tabel LA.19 Analisa derajat kebebasan Reaktor Hidrolisa (R – 102) Reaktor

Hidrolisa

Keterangan

Jumlah variabel

Jumlah Neraca TTSL

18

10

F24 Selulosa Triasetat, F24 Selulosa,

F24 Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24

H2O, F24 CH3COOH, F24

(CH3CO)2O, F24 H2SO4, F25 H2O,

F26 Selulosa Asetat, F26 Lignin, F26

Abu, F26 Silika, F26 H2O, F26

CH3COOH, F26 (CH3CO)2O, F26

H2SO4.

Selulosa Triasetat, Selulosa, Lignin,

Abu, Silika, H2O,CH3COOH,

(CH3CO)2O, H2SO4, Selulosa

Asetat.

F24 Selulosa Triasetat, F24 Selulosa

(28)

2 - -

H2O, F24 CH3COOH, F24

(CH3CO)2O, F24 H2SO4, F25 H2O.

Basis

Derajat kebebasan

- +4

F24+ F25 = F26

Neraca Massa Komponen : a. Selulosa triasetat

F24Selulosa Triasetat = r. BM Selulosa triasetat.σ

= 41,0610 x 288 x 1 = 11825,5728 kg/jam

b. Selulosa

F24 Selulosa = F26 Selulosa =135,7527 kg/jam

c. Lignin

d. Abu

F24 Abu = F26 Abu = 42,0390 kg/jam

e. Silika

f. CH3COOH

F24 CH3COOH = 39175,4529 kg/jam

F_CH26₃_COOH = F_CH24₃_COOH + r1. BMCH3COOH.σ1+r2. BMCH3COOH.σ2

= 39175,4529 + ( 41,0610 x 60 x 1) + (37,1390 x 60 x 2)

(29)

g. (CH3CO)2O

F24 (CH3CO)2O = 3865,4841 kg/jam

F_(CH26 ₃_{CO )}₂_O = F_(CH24 ₃_{CO )}₂_O −r. BM(CH3CO )2O.σ2

= 3865,4841 – 37,1390 x 102 x 1 = 77,3097 kg/jam

h. H2SO4

F24 H2SO4 = F26 H2SO4 = 248,9027 kg/jam

i. H2O

F24 H2O = 1312,8316 kg/jam

Air yang dibutuhkan untuk tahap hidrolisis sebesar 71% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)

F25 H2O = 0,71 x F24 Selulosa

= 0,71 x 135,7527 kg/jam

= 96,3845 kg/jam

F_H26₂_O = F_H24₂_O + F_H25₂_O−r1. BMH2O.σ1−r2. BMH2O.σ2

= 1312,8316 + 96,3845−( 41,0610 x 18 x 1)−(37,1390 x 18 x 1)

= 1,6164 kg/jam j. Selulosa asetat

F_{selulosa asetat}26 = r. BMselulosa asetat .σ1

= 41,0610 x 246 x 1

= 10101,0101 kg/jam

Tabel LA.20 Neraca Massa pada Reaktor Hidrolisasi (R-102)

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

Alur 24 Alur 25 Alur 26

Selulosa 135,7527 - 135,7527

H2O 1312,8316 96,3845 1,6164

Lignin 140,5437 - 140,5437

Abu 42,0390 - 42,0390

Silika 27,9226 - 27,9226

CH3COOH 39175,4529 - 46095,7896

(30)

H2O

CH3COOH

( )

Sambungan Tabel LA.20 Neraca Massa pada Reaktor Hidrolisasi (R-102)

H2SO4 248,9027 - 248,9027

Selulosa Triasetat 11825,5728 - -

Selulosa Asetat - - 10101,0101

Sub total 56774,5021 96,3845 56870,8865

Total 56870,8865

LA.10 CENTRIFUGE (CF)

Fungsi : Untuk memisahkan padatan selulosa asetat (selulosa asetat, lignin, abu, silika , air, asam asetat,) dari air dan zat pengotor lainnya

Efisiensi sentrifuge adalah 98% dimana cairan yang terkonversi ke padatan sebesar 2%.

Neraca Massa Total : F27 = F28+ F29

Tabel LA.21 Analisa derajat kebebasan Centrifuge (CF) Reaktor

Hidrolisa

Keterangan

Jumlah variabel 19 F27 Selulosa Asetat, F27 Selulosa, F27

H2SO4, F28 H2O, F28 CH3COOH, F28

(CH3CO)2O, F28 H2SO4, F29 Selulosa

Asetat, F29 Lignin, F29 Abu, F29

27

28

29

Lignin Abu

(31)

Jumlah Neraca TTSL

9

- - - 1

Silika, F29 H2O, F29 CH3COOH.

Selulosa Asetat, Selulosa , Lignin,

Abu, Silika, H2O,CH3COOH,

(CH3CO)2O, H2SO4,

F27 Selulosa Asetat, F27 Selulosa, F27

H2SO4.

Basis

Derajat kebebasan

- 0

Neraca Massa Komponen : a. Selulosa Asetat

F27 Selulosa Asetat = F29 Selulosa Asetat

= 10101,0101 kg/jam b. Selulosa

c. Lignin

d. Abu

F27 Abu = F29 Abu = 42,0390 kg/jam

e. Silika

(32)

F27 CH3COOH = 46095,7896 kg/jam

F28 CH3COOH = 0,98 x F27 CH3COOH

= 0,98 x 46095,7896 kg/jam

= 45173,8738 kg/jam

F29 CH3COOH = F27 CH3COOH - F28 CH3COOH

g. (CH3CO)2O

F27 (CH3CO)2O = F28 (CH3CO)2O = 77,3097 kg/jam

h. H2SO4

F27 H2SO4 = F28 H2SO4 = 248,9027 kg/jam

i. H2O

F27 H2O = 1,6164 kg/jam

F28 H2O = 0,98 x F27 H2O

= 0,98 x 1,6164 kg/jam = 1,5841 kg/jam F29 H2O = F27 H2O – F28 H2O

= 1,6164 - 1,5841 kg/jam = 0,0323 kg/jam

Tabel LA.22 Neraca Massa pada Centrifuge (Cf-101)

Komponen Masuk

(kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 27 Alur 28 Alur 29

Selulosa 135,7527 - 135,7527

H2O 1,6164 1,5841 0,0323

Lignin 140,5437 - 140,5437

Abu 42,0390 - 42,0390

Silika 27,9226 - 27,9226

CH3COOH 46095,7896 45173,8738 921,9158

(33)

H2O

Udara

H2SO4 248,9027 248,9027 -

Selulosa Asetat 10101,0101 - 10101,0101

Sub Total 56870,8865 45501,6703 11369,2163

Total 56870,8865 56870,8865

LA.11 ROTARY DRYER II (RD-102)

Fungsi : Untuk mengurangi kadar air beserta asam asetat sampai memenuhi komposisi produk akhir

Dryer dapat mengurangi kadar air sebesar 90% dari laju alir air masuk

(Perry,1997)

Neraca Massa Total : F29= F31 + F32

Tabel LA.23 Analisa derajat kebebasan Rotary Dryer II (RD-102)

Rotary Dryer II Keterangan

Jumlah variabel 15 F29 Selulosa Asetat, F29 Selulosa

,F29 Lignin, F29 Abu, F29 Silika,

F29 H2O, F29 CH3COOH, F32

Selulosa Asetat, F32 Lignin, F32

Abu, F32 Silika, F32 H2O, F32

CH3COOH,F31H2O,F31

CH3COOH.

Selulosa Asetat, Selulosa

RD-102

29 32

31

Lignin Abu Selulosa Asetat

Selulosa Lignin

Abu

(34)

Jumlah Neraca TTSL

6

8

- - - 1

Lignin, Abu, Silika, H2O,CH3COOH.

F28 Selulosa Asetat, F28 Selulosa

, F28 Lignin, F28 Abu, F28 Silika,

F28 H2O, F28 CH3COOH, F30

H2O.

Basis

Derajat kebebasan

- 0

Neraca Massa Komponen : a. Selulosa asetat

F29 Selulosa asetat = F32 Selulosa asetat = 10101,0101 kg/jam

b. Selulosa

c. Lignin

d. Abu

F29 Abu = F32 Abu = 42,0390 kg/jam

e. Silika

f. CH3COOH

F29 CH3COOH = 921,9158 kg/jam

F31 CH3COOH = 0.9 x F29 CH3COOH

(35)

= 829,7242 kg/jam

F32 CH3COOH = F29 CH3COOH – F31 CH3COOH

g. H2O

F29 H2O = 0,0323 kg/jam

F31 H2O = 0.9 x F29 H2O

= 0.9 x 0,0323 kg/jam = 0,0291 kg/jam F32 H2O = F29 H2O – F31 H2O

= 0,0323 kg/jam - 0,0291 kg/jam = 0,0032 kg/jam

Tabel LA.24 Neraca Massa Pada Rotary Dryer II (RD-102)

Komponen Masuk

(kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 29 Alur 31 Alur 32

Selulosa 135,7527 - 135,7527

H2O 0,0323 0,0291 0,0032

Lignin 140,5437 - 140,5437

Abu 42,0390 - 42,0390

Silika 27,9226 - 27,9226

CH3COOH 921,9158 829,7242 92,1916

Selulosa asetat 10101,0101 - 10101,0101

Sub total 11369,2163 829,7242 10539,4629

(36)

LA.12. Neraca Massa Pada Crusher (CR)

Tabel LA.25 Analisa derajat kebebasan Crusher (CR) Reaktor

Hidrolisa

Keterangan

Jumlah variabel

Jumlah Neraca TTSL

14

7

- - -

F33 Selulosa Asetat, F33 Selulosa, F33

F33 CH3COOH, F34 Selulosa Asetat,

F34 Lignin, F34 Abu, F34 Silika, F34

H2O, F34 CH3COOH.

Selulosa Asetat, Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O, CH3COOH

F33 Selulosa Asetat, F33 Selulosa,

F33Lignin, F33 Abu, F33 Silika, F33

H2O, F33 CH3COOH.

Basis

Derajat kebebasan

- 0

34

Lignin Abu

(37)

F33= F34

F_Selulosa34 = F_Selulosa33 = 135,7527 kg/jam

F_Lignin34 = F_Lignin33 = 140,5437 kg/jam

F_abu34 = F_Abu33 = 42,0390kg/jam

F_Silika34 = F_Silika33 = 27,9226 kg/jam

F_H2O34 =F_H2O33 = 0,0032 kg/jam

F_CH3COOH34 = F_CH3COOH33 = 92,1916 kg/jam

F_Selulosa34 _asetat = F_Selulosa33 _asetat = 10101,0101 kg/jam

Tabel LA.26 Neraca Massa pada Crusher (CR)

komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 33 Alur 34

Selulosa 135,7527 135,7527

H2O 0.0032 0.0032

Lignin 140,5437 140,5437

Abu 42,0390 42,0390

Silika 27,9226 27,9226

CH3COOH 92,1916 92,1916

Selulosa asetat 10101,0101 10101,0101

Sub total 10539,4629 10539,4629

(38)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Kapasitas Produk : 80.000 ton/tahun

Basis Perhitungan : 1 jam operasi

Satuan Operasi : kJ/jam

Waktu kerja per tahun : 330 hari

Suhu referensi : 25oC (298oK)

Perhitungan neraca panas menggunakan data dan rumus sebagai berikut:

1. Rumus untuk perhitungan beban panas pada masing-masing alur

masuk dan keluar

�= ∆�= ∫_��_�� ×��×�� ………...(Smith, 1975)

Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang digunakan adalah :

∫ ��×��= ∫ ��_�� ×��×∆��+

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

∫

dQ _{...(Reklaitis,1983)}

2. Data untuk perhitungan kapasitas panas

Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk gugus – gugus pada senyawa solid.

Tabel LB.1 Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison

(39)

(Perry, 1997) Perhitungan Cps padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison:

�� =� ��∆��

�=1

Dimana : CpS = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa

Ni = Jumlah unsur atom i dalam senyawa

∆�� = Nilai dari kontribusi unsur atom i pada Tabel LB.2 3. Data perhitungan panas pembentukan dan panas penguapan

Tabel LB.2 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugus-gugus pada senyawa padatan [kJ/mol].

Tabel LB.2 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan (∆�_��)

̶

CH2 ̶ -26,80

│

̶

CH ̶

│ 8,67

│

̶

C ̶ │

79,72

Oxygen Increments

̶

OH (Phenol) -221,65

̶

O ̶ (Nonring) -132,22

̶

O ̶ (Ring) -138,16

│

̶

C = O (Nonring) -133,22

Nonring Increments

̶

CH3 -76,45

̶

CH2 ̶ -20,64

(40)

│

= O -247,61

Perhitungan ∆�_�� (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy

adalah :

∆�� (298,15 K) = 68,29 + ∑ �� ∆�……… (Perry, 1997) Perhitungan untuk panas penguapan :

Q = n. ∆Hvl ……… (Smith dan Van Ness, 1975)

4. Data untuk steam dan air pendingin

Steam yang digunakan adalah Saturated steam 120oC pada tekanan 2 atm.

Hv (120oC) = 2706,3 kJ/kg (Reklaitis, 1983)

Perhitungan nilai kapasitas panas (Cp) masing – masing komponen:

1. Selulosa asetat (C6H7O2OH(OCOCH3)2)

Cps Selulosa asetat = ΔEC (10) + ΔEH (14) + ΔEO (7)

= 10,89(8) + 7,56(14) + 13,42(7) = 286,9 J/mol.K

2. Selulosa triasetat (C6H7O2(OCOCH3)3)

Cps Selulosa triasetat = ΔEC (12) + ΔEH (16) + ΔEO (8)

= 10,89(12) + 7,56(16) + 13,42(8) = 359 J/mol.K

3. Selulosa (C6H7O2(OH)3)

Cps Selulosa = ΔEC (6) + ΔEH (10) + ΔEO (5)

= 10,89(6) + 7,56(10) + 13,42(5) = 208,04 J/mol.K

4. Lignin

Cps lignin = ΔEC (20) + ΔEH (20) + ΔEO (8)

= 10,89 (20) + 7,56 (20) + 13,42 (8) = 476,36 J/mol.K

5. Silika (SiO2) = ΔESi (1) + ΔEO (2)

= 17(1) + 13,42 (2)

(41)

6. Abu (MgO) = ΔE Mg (1) + ΔEO (1)

= 22,69 (1) + 13,42 (1)

Cps MgO = 36,11 J/mol.K

7. NaOCL = ΔENa(1)+ΔEO(1)+ ΔECl(1)

= 26,19(1) + 13,42 (1) + 24,69 (1)

Cps NaOCL = 63.4 J/mol.K

8. NaOH = ΔENa(1)+ΔEO(1)+ ΔEH(1)

= 26,19(1) + 13,42 (1) + 7,56 (1)

Cps NaOH = 47,17 J/mol.K

9. Asam asetat (CH3COOH)

Cpl = 123,1 J/mol.K

Cpg = 63,4 J/mol.K

10. Asetat anhidrat ((CH3CO)2O)

Cpl = 186,252 J/mol.K

11. Asam sulfat (H2SO4)

Cpl = 138,9 J/mol.K

12. Natrium Hidroksida (NaOH)

Cps = 28,23 J/mol.K

13. Air (H2O)

Cpl = 75,2634 J/mol.K

Cpg = 33,36 J/mol.K

5. Perhitungan nilai panas pembentukan (ΔH0f) dan panas penguapan

(ΔHvl)

Menghitung ΔH0f298 Selulosa asetat :

| |

ΔH0

f298 = 68,29 + (-OH phenol) + 2(-CH- ) + 3(-C- ) + ( -O- ring) |

+ 2(-CH3) + (-CH2- ) + 2(-C-) + 2(-O-nonring) + 3(=O) |

ΔH0

f298 = 68,29 + (-221,65) + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) +2 (-76,45) + (-20,64) + 2(83,99) + 2(-132,22) + 3(-247,61) ΔH0

(42)

Menghitung ΔH0f298 Selulosa triasetat :

| |

ΔH0

f298 = 68,29 + 2( -CH- ) + 3( -C-) + (-O- ring) + 2(-CH3) + | |

|

(-CH2-) + 3(-C-)+ 3(-O-nonring) + 3( =O) |

ΔH0

f298 = 68,29 + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) + (- 20,64) +3(83,99) + 3(-132,22) + 3(-247,61)

ΔHo

f298 = -950,88 kJ/mol Menghitung ΔHof298 Selulosa :

|

ΔHo

f298 = 68,29 + 3(-OH phenol) + 4(-CH) + (-CH2-) |

+ (-O-nonring) + (-O-ring) ΔHo

f298 = 68,29 + 3(-221,65) + 4(8,67) + (-26,8) + (-132,22) + (-138,16)

ΔHo

f298 = -859,16 kJ/mol

ΔHo

f298 Asam asetat = -483,5 kJ/mol ΔHo

f298 Asetat anhidrat = -391,17 kJ/mol ΔHo

f298 Asam sulfat = -810,9413 kJ/mol ΔHo

f298 Air = -241,9882 kJ/mol

ΔHvl Asam asetat = 23,7 kJ/mol

ΔHvl Air = 40,6562 kJ/mol (Reklaitis, 1983)

Tabel LB.3 Nilai Panas Pembentukan Dan Panas Penguapan

Komponen ΔH⁰f298 (kJ/mol) ΔHvl (kJ/mol)

selulosa asetat -1047,85 -

selulosa tri asetat -847.43 -

Selulosa -859,16 -

asam asetat -483,5 23,7

(43)

asam sulfat -810,9413 -

Air -242 40,6562

6. Perhitungan panas reaksi (ΔHor)

Menghitung ΔHor reaksi:

Reaksi 1 :

OH OCOCH3

C6H7O2 OH + 3(CH3CO)2O C6H7O2 OCOCH3 + 3CH3COOH

OH OCOCH3

Selulosa asetat anhidrat selulosa triasetat asam asetat ΔHo

r1 = ��_��_��₂₉₈�

�� − ��298

� _� ��

= {3(–483,5) + (-847.43)} – {3(–391,17) + (–859,16)} = -292.26 kJ/mol

Reaksi 2 :

OCOCH3 OH

C6H7O2 OCOCH3 + H2O C6H7O2 OCOCH3 + CH3COOH

OCOCH3 OCOCH3

Selulosa triasetat air selulosa asetat asam asetat ΔHo

r2 = {(–483,5) + (–1047,85)} – {(–241,9882) + (–950,88)}

= -414.9318 kJ/mol Reaksi 3:

((CH3CO)2O) + H2O 2 CH3COOH

Asetat anhidrat air asam asetat

ΔHo

(44)

Selulosa

LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (T-101)

Tabel LB. 4 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi dengan menggunakan persamaan (1)

Alur Komponen

Laju

Selulosa 7067,5109 162 43,6266 1040.2000 45380,4001

H2O 4561,6409 18 253,4245 375.5523 95174,1494

Lignin 2892,1250 388 7,4539 2381.8000 17753,7717

Abu 865,0838 40.3 21,4661 180.5500 3875,7040

Silika 574,5944 60.08 9,5638 219.2000 2096,3896

4 NaOH 127,6876 40 3,1922 235.8500 752,8782

H2O 1468,4079 18 81,5782 375.5523 30636,8851

Total 195670,1782

(45)

Panas keluar =

��5 ∫ ��+��5 ∫ ��+ ��5 ∫298,15393.15�� 393.15

298,15 393.15

29815 +

��5 ∫ ��+ ��2�

5 _∫ _��₊_�

��5 ∫298,15393.15�� 393.15

298,15 393.15

29815 … … . … (2)

Tabel LB. 5 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Ekstraksi dengan menggunakan persamaan (2).

Tabel LB.5 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi

Laju

Massa

(kg/jam)

BM

(kg/kmol) N

(kmol/jam)

∫CpdT

(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

5

Selulosa 7067,5109 162 43,6266 19763.8000 862227,6013

H2O 6030,0488 18 335,0027 7224.8929 2420358,7051

Lignin 2892,1250 388 7,4539 45254.2000 337321,6630

Abu 865,0838 40.3 21,4661 3430.4500 73638,3769

Silika 574,5944 60.08 9,5638 4164.8000 39831,4027

NaOH 127,6876 40 3,1922 4481.1500 14304,6867

Total 3747682,4357

Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc), adalah: dQ/dT = Qc = Qout – Qin

= (3747682,4357 – 195670,1782) kJ/jam = 3552012,2575 kJ/jam

Sebagai media pemanas digunakan Saturated steam dengan temperatur 120oC. Dari tabel steam, untuk Saturated steam pada T = 120oC diperoleh data:

• HV(120,20C) = 2706,3 kJ/kg

• HL(120,20C) = 504,7 kJ/kg

• Panas laten, λ = 2201,6 kJ/kg

�= _λ��

= 3552012 ,2575 kj /jam

(46)

Tabel LB.6 Neraca Energi Tangki Ekstraksi (T-101) Komponen Masuk (kj/jam) Keluar (kj/jam)

Umpan 195670,1782 -

Produk - 3747682,4357

Qc 3552012,2575 -

Total 3747682,4357 3747682,4357

LB.2 STORAGE TANK (ST-101)

Panas masuk :

Tabel LB. 7 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Storage Tank dengan menggunakan persamaan (3)

Tabel LB.7 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Storage Tank (ST-101)

Laju

Selulosa 7067,5109 162 43,6266 19763,8000 862227,6013

H2O 6030,0488 18 335,0027 7224,8929 2420358,7051

Lignin 2892,1250 388 7,4539 45254,2000 337321,6630

Abu 865,0838 40 21,4661 3430,4500 73638,3769

Silika 574,5944 60 9,5638 4164,8000 39831,4027

NaOH 127,6876 40 3,1922 4481,1500 14304,6867

Total 3747682,4357

(47)

Selulosa

Tabel LB.8 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada storage tank dengan menggunakan persamaan (4)

Tabel LB.8 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Storage Tank (ST-101)

Laju

Selulosa 7067,5109 162 43,6266 19763,8000 862227,6013

air 6030,0488 18 335,0027 7224,8929 2420358,7051

lignin 2892,1250 388 7,4539 45254,2000 337321,6630

abu 865,0838 40 21,4661 3430,4500 73638,3769

silika 574,5944 60 9,5638 4164,8000 39831,4027

NaOH 127,6876 40 3,1922 4481,1500 14304,6867

Total 3747682,4357

LB. 3 ROTARY WASHER I (RW – 101 )

Tabel LB.9 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer I dengan menggunakan persamaan (5).

RW-101

7

6 ₉

(48)

Tabel LB.9 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)

Laju

Selulosa 7067,5109 162 43,6266 19763,8000 862227,6013

H2O 6030,0488 18 335,0027 7150,0230 2395277,0891

Lignin 2892,1250 388 7,4539 45254,2000 337321,6630

Abu 865,0838 40 21,4661 3430,4500 73638,3769

Silika 574,5944 60 9,5638 4164,8000 39831,4027

NaOH 127,6876 40 3,1922 4481,1500 14304,6867

7 H2O 43892,6263 18,0000 2438,4792 376,3170 917641,1907

Total 4640242,0104

Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana : Q masuk = Q keluar

Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :

(49)

��9 ∫ ��+��9 ∫ ��+ ��9 ∫298,15319,15�� 319,15

298,15 319,15

29815 +

��9 ∫ ��+ ��2�

9 _∫319,15_��₊ 298,15

319,15

29815 … … … . … … … (7)

Tabel LB.10 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer I dengan menggunakan persamaan (7).

Tabel LB.10 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)

Alur Komponen

Laju Massa (kg/jam)

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

8

Selulosa 141,3502 162 0,8725 4334,5190 3782,0075

H2O 48924,2215 18 2718,0123 1568,1150 4262155,8086

Lignin 1779,5245 388 4,5864 9924,9735 45519,9328

Abu 532,2860 40 13,2081 752,3528 9937,1441

Silika 353,5479 60 5,8846 913,4076 5375,0558

NaoH 127,6876 40 3,1922 982,7882 3137,2477

9

Selulosa 6926,1607 162 42,7541 4334,5190 185318,3654

H2O 998,4535 18 55,4696 1568,1150 86982,7716

Lignin 1112,6005 388 2,8675 9924,9735 28460,1302

Abu 332,7977 40 8,2580 752,3528 6212,9357

Silika 221,0465 60 3,6792 913,4076 3360,6110

TOTAL 4640242,0104

Tabel LB.11 Neraca Energi Rotary Washer I (RW-101)

Komponen Masuk (kj/jam) Keluar (kj/jam)

Umpan 4640242,0104 -

Produk - 4640242,0104

(50)

H2O LB.4 TANGKI BLEACHING (T – 102)

Panas masuk =

Tabel LB.12 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Bleaching dengan menggunakan persamaan (8).

Tabel LB.12 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching

Laju

Selulosa 6926,1607 162 42,7541 4334,5190 185318,3654

H2O 998,4535 18 55,4696 1568,1150 86982,7716

Lignin 1112,6005 388 2,8675 9924,9735 28460,1302

Abu 332,7977 40 8,2580 752,3528 6212,9357

Silika 221,0465 60 3,6792 913,4076 3360,6110

11 H2O 84889,4784 18 4716,0821 375,5523 1771135,4345

10 NaOCl 47,9553 75 0,6437 321,5000 206,9480

H2O 431,5976 18 23,9776 375,5523 9004,8602

TOTAL 2090682,0567

(51)

Panas keluar =

��12 ∫ ��+��12 ∫ ��+ ��12 ∫298,15333,15�� 333,15

298,15 333,15

298,15 +

��12 ∫ ��+ ��2�

12 _∫333.15_��₊ 298,15

333,15 29815

��12 ∫298,15333.15��… … … …... (9)

Tabel LB.13 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Bleaching dengan menggunakan persamaan (9). Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching

Tabel LB.13 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching

Alur Komponen Laju Massa

(kg/jam)

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

12

Selulosa 6926,1607 162 42,7541 7281,4000 311309,5445

H2O 86319,5296 18 4795,5294 2640,4543 12662376,4811

Lignin 1112,6005 388 2,8675 16672,6000 47809,1319

Abu 332,7977 40,3 8,2580 1263,8500 10436,8834

Silika 221,0465 60,08 3,6792 1534,4000 5645,3676

NaoCL 47,9553 74,5 0,6437 2250,5000 1448,6361

TOTAL 13039026,0447

Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :

dQ/dT = Qc = Qout – Qin

= (13039026,0447 – 2090682,0567) kJ/jam = 10948343,9879 kJ/jam

• HV(1000C) = 2676 kJ/kg

• HL(1000C) = 419,1 kJ/kg

�= _λ��

= 10948343 ,9879 kj /jam

2256 ,9 kj /kg

(52)

Selulosa Tabel LB.14 Neraca Energi Tangki Bleaching (T-102)

Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 2090682,0567 -

Produk - 13039026,0447

QC 10948343,9879 -

Total 13039026,0447 13039026,0447

LB.5 ROTARY WASHER II ( RW – 102 )

Tabel LB.15 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer II dengan menggunakan persamaan (10).

Tabel LB.15 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer II (W-102)

Alur Komponen Laju Massa

(kg/jam)

Selulosa 6926,1607 162 42,7541 7281,4000 311309,5445

H2O 86319,5296 18 4795,5294 2634,2190 12632474,7179

lignin 1112,6005 388 2,8675 16672,6000 47809,1319

abu 332,7977 40 8,2580 1263,8500 10436,8834

silika 221,0465 60 3,6792 1534,4000 5645,3676

NaoCL 47,9553 75 0,6437 2250,5000 1448,6361

13 H2O 237400,2256 18 13188,9014 376,3170 4963207,8159

TOTAL 17972332,0973

RW-102

1

1 1

(53)

Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana : Q masuk = Q keluar

Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :

�� = ∫_��_�� × �� ×��………. (Smith, 1975) dengan menggunakan persamaan (12).

Tabel LB.16 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer II (W-102)

Alur Komponen Laju Massa

(kg/jam)

Selulosa 138,5232 162 0,8551 2740,5112 2343,3606

H2O 317245,3601 18 17624,7422 991,4449 17473960,5076

Lignin 972,0568 388 2,5053 6275,0910 15720,9921

Abu 290,7587 40,3 7,2149 475,6771 3431,9419

(54)

Selulosa

Selulosa 6787,6374 162 41,8990 2740,5112 114824,6710

H2O 6474,3951 18 359,6886 991,4449 356611,4389

Lignin 140,5437 388 0,3622 6275,0910 2273,0012

Abu 42,0390 40,3 1,0432 475,6771 496,2033

Silika 27,9226 60,08 0,4648 577,5044 268,3991

TOTAL 17972332,0973

Tabel LB.17 Neraca Energi Rotary Washer II (RW-102)

Umpan 17972332,0973 -

Produk - 17972332,0973

Total 17972332,0973 17972332,0973

LB.6 ROTARY DRYER I (RD-101)

(55)

Tabel LB.18 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Dryer I dengan menggunakan persamaan (13). Tabel LB.18 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-101)

Laju

Selulosa 6787,6374 162 41,8990 2740,5112 114824,6710

H2O 6474,3951 18 359,6886 991,4449 356611,4389

Lignin 140,5437 388 0,3622 6275,0910 2273,0012

Abu 42,0390 40,3 1,0432 475,6771 496,2033

Silika 27,9226 60,08 0,4648 577,5044 268,3991

TOTAL 474473,7136

Panas keluar =

Tabel LB.19 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Dryer I dengan menggunakan persamaan (14).

Tabel LB.19 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-101)

Laju

Selulosa 6787,6374 162 41,8990 15603,0000 653750,0434

H2O 647,4395 18 35,9689 5687,8148 204584,2220

Lignin 140,5437 388 0,3622 35727,0000 12941,2490

Abu 42,0390 40,3 1,0432 2708,2500 2825,1152

Silika 27,9226 60,08 0,4648 3288,0000 1528,1204

(56)

Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah :

��/�� =�� = �_{�� −}�_��

= 3550996,0555 – 474473,7136 kj/jam = 3076522,3420 kj/jam

Entalpi udara dihitung dengan persamaan : H = 0,24 t + w (1060,8 + 0,45 t)

Temperatur udara masuk ke heater udara 30oC (86oF) H = 0,24 (86 -77) + 0,019 (1060,8 + 0,45 (86-77) H = 2,16 + 20,232

H = 22,39

Temperatur udara keluar heater sebesar 120oC (248oF) H = 0,24 (248 – 77) + 0,019 (1060,8+ 0,45 (248-77)) H = 61,85 Btu/lb

Misalkan : kebutuhan udara = X Btu

Panas udara keluar heater = masuk drier = 61,85 X Btu Panas udara masuk heater = keluar drier = 22,39.X Btu

Panas masuk drier = panas umpan masuk + panas udara masuk = 474473,7136 + 61,85 X Btu

Panas keluar drier = panas umpan keluar + panas udara keluar = 3550996,0555 + 22,39 X Btu

Neraca energi pada drier : Panas masuk = panas keluar

474473,7136 + 61,85 X Btu = 3550996,0555 + 22,39 X Btu -3076522,3419 = -39,46 X Btu

X Btu = 77965,59

Qudara masuk (Qo) = 4822171,742 Btu = 5087659,736 kj/jam Qudara keluar (Qi) = 1745649,56 Btu = 1841757,194 kj/jam Qs = Qo + Qi

= 6929416,93 kj/jam Jumlah udara :

Cp udara = 1,01 kj/kgoF (perry,1997)

(57)

CH3COOH

Air pendingin bekas T = 40o_C

= 29457,81 kg/jam (udara kering)

Heat loss sebesar 10 % maka panas yang dibutuhkan 100 % + 10 % = 110%

(kemp, 2012)

• HV(1200C) = 2706,3 kJ/kg

Tabel LB.20 Neraca Energi Rotary Dryer I (RD-101)

Umpan 474473,7136 -

produk - 3550996,0555

QC 3076522,3420 -

Total 3550996,0555 3550996,0555

LB.7 TANGKI AKTIVASI (T - 103)

(58)

��18 ∫ ��+��18 ∫ ��+ ��18 ∫298,15373,15��

Tabel LB.21 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada tangki Aktivasi dengan menggunakan persamaan (15).

Tabel LB.21 Perhitungan Panas Masuk Pada Tangki Aktivasi (T-103)

alur komponen laju massa

(kg/jam)

Selulosa 6787,6374 162 41,8990 15603,0000 653750,0434

H2O 647,4395 18 35,9689 5687,8148 204584,2220

Lignin 140,5437 388 0,3622 35727,0000 12941,2490

Abu 42,0390 40,3 1,0432 2708,2500 2825,1152

Silika 27,9226 60,08 0,4648 3288,0000 1528,1204

19 CH3COOH 2351,9164 60 39,1986 2420,7755 94891,0274

H2O 23,7567 18 1,3198 375,5523 495,6608

TOTAL 971015,4383

Panas keluar =

(59)

Tabel LB.22 Perhitungan Panas keluar Pada Tangki Aktivasi (TA - 205)

Laju

massa

(kg/jam)

Bm

(kg/kmol) N

(kmol/jam)

∫cpdt

(kj/kmol) Q (kj/jam)

20

Selulosa 6787,6374 162 41,8990 5201,0000 217916,6811

H2O 671,1962 18 37,2887 1883,4430 70231,1047

Lignin 140,5437 388 0,3622 11909,0000 4313,7497

Abu 42,0390 40,3 1,0432 902,7500 941,7051

Silika 27,9226 60,08 0,4648 1096,0000 509,3735

CH3COOH 2351,9164 60 39,1986 2420,7755 94891,0274

TOTAL 388803,6415

Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah : dQ/dT = Qc = Qout – Qin

= 388803,6415- 971015,4383 = -582211,7968 kJ/jam

Sehingga jumlah air pendingin yang diperlukan adalah

� = ��

�(40℃)− �(30℃)

=−582211 ,7968kJ /jam

(167,6 −125,7)kj /kg

= 13895,2696 kg/jam

Tabel LB.23 Neraca Energi Tangki Aktivasi

Komponen Masuk (kj/jam) Keluar (kj/jam)

Umpan 971015,4383 -

Produk - 388803,6415

Air pendingin -582211,7968 -

(60)

Selulosa

Saturated Steam T =100 °C LB.8 REAKTOR ASETILASI (R-101)

Panas Masuk =

Tabel LB.24 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada reaktor Asetilasi dengan menggunakan persamaan (17).

Tabel LB.24 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Reaktor Asetilasi

Alur Komponen Laju massa

(kg/jam)

Selulosa 6787,6374 162 41,8990 5201,0000 217916,6811

H2O 671,1962 18 37,2887 1883,4430 70231,1047

Lignin 140,5437 388 0,3622 11909,0000 4313,7497

Abu 42,0390 40,3 1,0432 902,7500 941,7051

Silika 27,9226 60,08 0,4648 1096,0000 509,3735

CH3COOH 2351,9164 60 39,1986 2420,7755 94891,0274

21 H2O 297,2985 18 16,5166 375,5523 6202,8411

CH3COOH 29432,5535 60 490,5426 2420,7755 1187493,4285

(61)

H2SO4 248,9027 98 2,5398 694,5000 1763,9072

TOTAL 1741455,3846

Panas Keluar =

Tabel LB.25 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Asetilasi dengan menggunakan persamaan (18). Tabel LB.25 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Asetilasi (R-101)

Alur Komponen Laju massa

(kg/jam)

Selulosa 135,7527 162 0,8380 9361,8000 7845,0005

24

H2O 1312,8316 18 72,9351 3399,3665 247933,1006

Lignin 140,5437 388 0,3622 21436,2000 7764,7494

Abu 42,0390 40,3 1,0432 1624,9500 1695,0691

Silika 27,9226 60,08 0,4648 1972,8000 916,8722

CH3COOH 39175,4529 60 652,9242 4437,2217 2897169,4658

(CH3CO)2O 3865,4841 102 37,8969 8381,3400 317626,8290

H2SO4 248,9027 98 2,5398 6250,5000 15875,1644

Selulosa Triasetat 11825,5728 288 41,0610 16155,0000 663340,7237

TOTAL 4160166,9748

Dari perhitungan sebelumnya diperoleh :

∆�°�� = - 292,26 kJ/mol r1 = rselulosa = 41,0610 mol/jam

Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah : r1 . ∆�°�� = {41,0610 × (- 292,26)}

(62)

Saturated

= 4148166,4820 – 1741455,3846 + (-12000,4927) = 24067,0974 kJ/jam

• HV(1000C) = 2676 kJ/kg

LB.9 REAKTOR HIDROLISIS (R-102)

Tabel LB.26 Neraca Energi Reaktor Asetilasi (R-101)

Komponen Masuk(kj/jam) Keluar (kj/jam)

Umpan 1741455,3846

Produk - 4160166,9748

Panas reaksi - -12000,4927

Qc 2406711,0974 -

Total 4148166,4820 4148166,4820

2

(63)

Panas masuk =

Tabel LB.27 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada reaktor Hidrolisis dengan menggunakan persamaan (19).

Tabel LB.27 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Reaktor Hidrolisis (R-102)

Laju

Selulosa 135,7527 162 0,8380 9361,8 7845,0005

24

H2O 1312,8316 18 72,9351 3399,3665 247933,1006

Lignin 140,5437 388 0,3622 21436,2 7764,7494

Abu 42,0390 40,3 1,0432 1624,95 1695,0691

Silika 27,9226 60,08 0,4648 1972,8 916,8722

CH3COOH 39175,4529 60 652,9242 4437,2217 2897169,4658

(CH3CO)2O 3865,4841 102 37,8969 8381,34 317626,8290

H2SO4 248,9027 98 2,5398 6250,5 15875,1644

Selulosa Triasetat 11825,5728 288 41,0610 16155 663340,7237

25 H2O 90,3604 18 5,3547 375,5523 2010,9667

TOTAL 4162177,9415

(64)

Tabel LB.28 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Hidrolisis dengan menggunakan persamaan (20).

Tabel LB.28 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Hidrolisis (R-102)

Laju

massa

(kg/jam)

BM

(kg/kmol) N

(kmol/jam)

∫CpdT

(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

Selulosa 135,7527 162 0,8380 19763,8000 16561,6678

26

H2O 1,6164 18 0,0898 6411,1836 575,7216

Lignin 140,5437 388 0,3622 45254,2000 16392,2488

Abu 42,0390 40 1,0432 3430,4500 3578,4793

Silika 27,9226 60 0,4648 4164,8000 1935,6191

CH3COOH 46095,7896 60 768,2632 9657,2326 7419296,0504

(CH3CO)2O 77,3097 102 0,7579 17693,9400 13410,9106

H2SO4 248,9027 98 2,5398 13195,5000 33514,2359

Selulosa Asetat 10101,0101 246 41,0610 27255,5000 1119138,5388

TOTAL 8624403,4722

Dari perhitungan sebelumnya : Reaksi 2:

∆�°��2 = - 414.9318 kJ/mol

r2 = 41,0610 mol/jam

Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah : r2 , ∆�°��2 = {41,0610 × - 414.9318)}

= -17037,5215 kJ/mol

Reaksi 3:

∆�°��3 = -333,8418 kJ/mol

r3 = 37,1390 mol/jam

Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah : r3 , ∆�°�� 3 = {37,1390 × -333,8418)}

(65)

Air Pendingin T = 30°C

Air Pendingin Bekas T = 40°C

Selulosa asetat Selulosa

Lignin Abu Silika

H2O

CH3COOH

(CH3CO)2O

H2SO4

T = 120°C

Selulosa asetat Selulosa

Lignin Abu Silika

H2O

CH3COOH

(CH3CO)2O

H2SO4

T = 50°C

Maka :

dQ/dT = Qc = Qout – Qin + r2 ,∆�°�2 + r3 , ∆�°�3

= 8624403,4722 – 4162177,9415 + (-17037,5215)+ -12398,5389) = 4432789,4703 kJ/jam

• HV(1200C) = 2706,3 kJ/kg

• HL(1200C) = 504,7 kJ/kg

�= _λ��

= 4432789 ,4703 kj /jam

2201 ,6 kj /kg = 2013,4400 kg/jam

Tabel LB.29 Neraca Energi Reaktor Hidrolisis (R-102)

Komponen Masuk(kj/jam) Keluar (kj/jam)

Umpan 4162177,9415 -

Produk - 8624403,4722

Panas reaksi - -29436,0604

Qc 4432789,4703 -

Total 8594967,4118 8594967,4118

LB. 10 COOLER (H-E)

2 2