LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Waktu operasi : 330 hari / tahun ; 24 jam / hari Basis perhitungan : 1 jam operasi

Satuan operasi : kilogram (kg) Bahan baku : - tongkol jagung

- Asam klorida (HCl) - Hidrogen (H2)

- katalis Nikel (Ni) - air (H2O)

Produk akhir : xylitol (C5H12O5)

Kapasitas produksi : 1262,6263 kg/jam ; 10000 ton/tahun

LA.1 Penentuan Jumlah Bahan Baku

Jumlah bahan baku tongkol jagung = 3045,8267 kg/jam Kompisisi tongkol jagung terdiri dari :

- Selulosa 48 % - Pentosan 36 % - Lignin 10 % - Abu 4 % - Air 2 % (Rosmiati, 2008)

Jumlah tongkol jagung = 3045,8267 jam kg × kg 1000 ton 1 × hari 1 jam 24 × tahun 1 hari 330 F1 = 24122,9475 ton/ tahun

(2)

LA.2 Reaktor Hidrolisis

Dalam reaktor ini terjadi reaksi hidrolisis dengan katalis asam klorida (HCl) untuk menghidrolisis xylan menjadi xylosa

Konversi reaksi = 100%

Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

C5H8O4 + H2O → C5H10O5

M 8,3068 kmol/jam 148,9071 kmol/jam -

B 8,3068 kmol/jam 8,3068 kmol/jam 8,3068 kmol/jam

S - 140,6003 kmol/jam 8,3068 kmol/jam

F2xylan = 1096,4976 kg/jam

Massa tongkol jagung yang diumpankan = 3045,8267 % 36 4976 , 1096 = kg/jam

Perbandingan jumlah larutan pemasak dengan bahan sekitar 1:1 (v/m) (Adilson,dkk.,2005)

Jadi jumlah larutan pemasak yang dibutuhkan adalah 3045,8267 L/jam Asumsi massa jenis larutan pemasak 1 kg/L

Maka jumlah larutan pemasak yang dibutuhkan adalah 3045,8267 kg/jam

Jumlah HCl adalah 12% dari massa tongkol jagung (Gerald Myer Jaffe, dkk., 1974) F3HCl = 12% x 3045,8267 = 365,4992 kg/jam

F4HCl = F3HCl = 365,4992 kg/jam

Jumlah air yang dibutuhkan = 3045,8267 – 365,4992 = 2680,3275 kg/jam HCl (l) Air (l) Xylosa (l) Ampas Air (l) Xylan (l) Ampas Reaktor Hidrolisis (R-101) HCl (l) F1 F3 F4

(3)

Kandungan air dalam tongkol jagung = 2% x 3045,8267 = 60,9165 kg/jam Neraca massa air :

F4H2O = air sisa reaksi + kandungan air dalam tongkol jagung

F4H2O = 2530,8054 kg/jam + 60,9165 kg/jam

F4H2O = 2591,7219 kg/jam

F4xylosa = 1246,0200 kg/jam

Komponen Alur masuk Alur keluar

Alur 1 Alur 2 Alur 3 Alur 4

H2O 60,9165 2680,3275 - 2591,7219 Xylan 1096,4976 - - - Ampas 1888,4126 - - 1888,4126 HCl - - 365,4992 365,4992 Xylosa - - - 1246,0200 Total 6091,6537 6091,6537

LA.3 Flash Drum

Alat ini digunakan untuk memisahkan senyawa xylosa dan xylan dari campurannya. Prinsip peristiwa perpindahan :

Perbedaan komposisi fasa cair dan fasa uap setiap zat dalam campuran pada saat kesetimbangan atau perbedaan titik didih (boiling point) / tekanan uap (vapor pressure) setiap zat dalam campuran pada kondisi operasi alat (Walas, 1988).

HCl (g) air (g) HCl (l) air (l) xylosa (l) Flash Drum xylosa (l) air (l) F7 F9 F8

(4)

Prinsip kerja alat :

Flash drum digunakan karena zat yang diinginkan memiliki perbedaan titik didih (boiling point) yang sangat jauh dari zat yang lain. Perpindahan terjadi saat campuran mencapai kesetimbangan, zat dengan komposisi fasa cair yang lebih banyak akan berada pada bagian bottom sedangkan zat dengan komposisi fasa uap yang lebih banyak akan berada bagian atas (menguap) (Geankoplis, 1997 ; Walas, 1988).

dimana :

- Titik didih senyawa pada keadaan tekanan 1 atm (101,325 kPa ; 760 mmHg) Asam klorida (HCl) 48oC

Air (H2O) 100oC

Xylosa (C5H8O4) 176,5oC

Laju alir massa : F7 = 2242,8998 kg/jam ; F7xylosa = 1246,02 kg/jam ;F7air = 2591,7219

kg/jam ; F7HCl = 365,4992 kg/jam

Penentuan temperatur Flash Drum

Fraksi masing-masing komponen pada umpan N7 = 162,3051 kmol/jam N7xylosa = 8,3068 kmol/jam N7air = 143,9846 kmol/jam N7HCl = 10,0137 kmol/jam X7xylosa = 0,0512 X7air = 0,8870 X7HCl = 0,0618 P = 1 atm (101,325 kPa) T = 100oC (373,15 K)

Tekanan uap xylose dapat dihitung dengan menggunakan korelasi berikut

T(K) B A

lnP(Pa)= − (Oja dan Suuberg, 1999)

(5)

46,29

A= dan B=19.006untuk range suhu 370 – 395 K

0,00966Pa e P 4,64 lnP(Pa) 50,93 46,29 lnP(Pa) 373,15 19.006 46,29 lnP(Pa) 4,64 = = − = − = − = − Xi = Zi

∑

= sat i i.P X

P Bubble = 1181,264kPa (Smith, 2001)

Yi = Ki.Zi P Dew =

∑

Sat i i P Y 1 = 0,000183 kPa (Smith, 2001)

P Dew < P < P Bubble terjadi keseimbangan uap cair (Smith, 2001)

Tabel LA.7 Data Trial Temperatur dan Komposisi Flash Drum I

Komponen Xi Pi Ki (Pi/P) Xi Pi Ki Xi 1 / Σ(Yi/Pi) Xylosa 0,0512 0,00000966 0 0,00000051 0 5455,487 Air 0,8870 100,4032 0,9909 88,7163 0,8756 0,008801 HCl 0,0618 17151,4491 169,2716 1092,547 10,7826 0,0000037 Σ 1 1181,264 0,000183

Penentuan komposisi umpan dan bottom Flash Drum mol umpan total masuk N= 194,4345 kmol/jam

Zxylosa = Xxylosa = 0,0512

Zair = Xair = 0,8870

(6)

( )

_∑

− + − = 1) V(K 1 1) (K Z V f i i i j ;

( )

∑

{

}

− + − = ₂ i i i j 1 ) 1 K ( V 1 ) 1 K ( Z V f ) V ( f ) V ( f V V j ' j j 1 j+ = −

j = 0,1,2,3, ..., dst dilakukan iterasi hingga nilai Vj+1 = Vj (Smith, 2001)

Iterasi Vo = 0,5326 f (Vo) = -0,00255 f ’(Vo) = -0,24806 5223 , 0 24806 , 0 00255 , 0 5326 , 0 1 1 =       − − − = V V V1 = 0,5223 f (V1) = 0,002182 f ’(V1) = -0,23772 5315 , 0 23772 , 0 002182 , 0 5223 , 0 2 2 =       − − = V V maka V = 0,5315 L = 0,4685 i i i i i i.F X.L Y.V Y K.X Z = + = V . K L F . Z X ) V . K L ( X F . Z V . X . K L . X F . Z i i i i i i . i i i i + = + = + =

basis F = 1 mol maka

V . K L Z X i i i + = Xxylosa = 0,1125 Xair = 0,8879

(7)

XHCl = -0,0004 ≈ 0

Dari hasil diatas diperoleh, pada bottom hanya terdapat xylosa dan air. Sedangkan HCl tidak terdapat pada bagian bottom karena telah menguap semua ke bagian destilat (temperatur Flash Drum 100oC (373,15 K)) melebihi titik didih senyawa tersebut pada 1 atm (101,325 kPa)).

Tekanan uap xylosa pada suhu 100oC sangat kecil yakni mendekati nol sehingga tidak ada xylosa yang menguap ke bagian destilat.

massa air pada bottom = (X7air . L . N7) x Mr air

F7air = 0,8870 x 0,4685 x 162,3051 x 18

F8air = 1214,0537 kg/jam

Neraca Massa Komponen :

Xylosa : F8xylosa = F6xylosa

F8xylosa = 1246,0200 kg/jam

Air : F7air = F8air + F9air

2591,7219 = 1214,0537 + F9air

F9air = 1377,6682 kg/jam

HCl : F9HCl = F7HCl

= 365,4992 kg/jam

Alur 7 Alur 8 Alur 9

H2O 2591,7219 1214,0537 1377,6682

HCl 365,4992 - 365,4992

Xylosa 1246,0200 1246,0200 -

(8)

LA.4 Reaktor Hidrogenasi

Konversi = 100%

H2 yang diumpankan berlebih 20%

Reaksi yang terjadi dalam reaktor :

C5H10O5 + H2 → C5H12O5

M 8,3068 kmol/jam 9,9682 kmol/jam -

B 8,3068 kmol/jam 8,3068 kmol/jam 8,3068 kmol/jam

S - 1,6614 kmol/jam 8,3068 kmol/jam F14xylitol = 1262,6336 kg/jam F13 = 19,9364 kg/jam F8xylosa = 1246,0200 kg/jam F14air = F 8 air

= 1413,2370kg/jam F14H2 = 3,3228 kg/jam Air (l) Xylitol (l) H2 (l) Air (l) Xylosa (l) Reaktor Hidrogenasi H2 (l) F8 F13 F14

(9)

H2O 1413,2370 - 1413,2370

H2 - 19,9364 3,3228

Xylosa 1246,0200 - -

Xylitol - - 1262,6336

Total 2679,1934 2679,1934

LA.5 Knock Out Drum

Alat ini digunakan untuk memisahkan gas Hidrogen dengan campurannya. Keluaran dari reaktor hidrogenasi dilanjutkan ke knock out drum. Sebelum dimasukkan ke dalam knock out drum keluaran dari reaktor hidrogenasi terlebih dahulu diturunkan tekanannya menjadi 2 atm di mana berdasarkan diagram fasa, hidrogen berbentuk gas (PNAS, 2010). Knock out drum dioperasikan pada tekanan 1 atm dan temperatur 110oC. Diasumsikan 90% air menguap.

Neraca massa komponen : F18air = 90% F17air = 0,9 x 1413,2370 kg/jam Knock Out Drum Xylitol (l) Air (l) H2 (g) Xylitol (l) Air (l) H2 (g) Air (g) F17 F18 F19

(10)

= 1271,9133 kg/jam F19air = F17air – F18air

= 1413,2370 – 1271,9133 = 141,3237 kg/jam F18H2 = F17H2 = 3,3228 kg/jam F17xylitol = F19xylitol = 1262,6336 kg/jam

H2O 1413,2370 1271,9133 141,3237

H2 3,9864 3,9864 -

Xylitol 1262,6336 - 1262,6336

Total 2679,8570 2679,8570

LA.6 Evaporator I

Alat ini digunakan untuk menguapkan sebagian besar air yang terdapat dalam larutan xylitol.

Efisiensi evaporator ± 80% maka:

Jumlah air maksimum yang dapat diuapkan = 80% x 141,3237 kg/jam air (g) Xylitol (l) Air (l) Evaporator I xylitol (l) air (l) F19 F21 F20

(11)

= 113,0590 kg/jam

Laju alir umpan = F19xylitol + F19air = 1262,6336 + 141,3237 = 1430,9573 kg/jam

Neraca massa total : F19 = F20 + F21 Neraca massa komponen :

Xylitol : F19xylitol = F20xylitol

= 1262,6336 kg/jam Air : F20air = F19air – F21air

= 141,3237 – 113,0590 = 28,2647 kg/jam

Massa air yang diuapkan oleh evaporator = 113,0590 kg/jam

H2O 141,3237 113,0590 28,2647

Xylitol 1262,6336 - 1515,152

Total 1403,9573 1403,9573

LA.8 Prilling Tower

Neraca massa :

F22xylitol = F23xylitol = 1262,6336 kg/jam Prilling Tower Xylitol(l) Air (l) Xylitol (s) F22 F23 Air (g) F24 Udara kering pendingin (g) Udara basah (g)

(12)

F22air = F24air = 28,2647 kg/jam

H2O 28,2647 - 28,2647

Xylitol 1262,6336 1262,6336 -

Total 1290,8983 1290,8983

LA.9 Ball Mill (BM-301)

Alat ini berfungsi untuk memperkecil ukuran kristal yang terbentuk sebelum dilakukan pengayakan.

Neraca massa : F25 = F23 + F27 1402,9262 = F23 + 140,2926

F23 = 1262,6336 kg/jam

Xylitol 1262,6336 140,2926 1402,9262 Total 1402,9262 1402,9262 Ball Mill Xylitol(s) Xylitol (s) F23 F25 F27 Xylitol (s)

(13)

LA.10 Screening (K-301)

Alat ini berfungsi untuk menghasilkan ukuran produk yang seragam. Ukuran xylitol yang dijual di pasaran berkisar 100 – 200 mesh (Nutra Food Ingredients)

Asumsi : sisa xylitol dalam ayakan 10% dari umpan masuk Kapasitas produk : 1262,6336 kg/jam

Neraca massa total : F26 = 1515,152 kg/jam F27 = 0,1 F23

F25 = F25 + F24

F23 = 0,1 F23 + 1262,6336 kg/jam 0,9 F25 = 1262,6336 kg/jam

F25 = 1402,9262 kg/jam Maka : F27 = 0,1 . 1402,9262 kg/jam = 140,2926 kg/jam

Xylitol 1402,9262 1262,6336 140,2926 Total 1402,9262 1402,9262 Screening Xylitol(s) Xylitol (s) F25 F26 F27 Xylitol (s)

(14)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Basis perhitungan : 1 jam

Satuan operasi : kiloJoule/jam (kJ/jam) Temperatur Basis : 25oC (298,15 K)

Tabel LB.1 Kapasitas Panas Gas

Komponen a B c d e

H2 6,64782 2,47265 E-03 -4,55763 E-06 3,11770 E-09 -6,64368 E-13 HCl 6,96900 -2,23600 E-04 7,33300 E-07 -1,77600 E-10 0 H2O 7,98574 4,633190 E-04 1,40284 E-06 -6,57839 E-10 9,79529 E-14 (Reklaitis, 1983) Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [J/mol K]

∫

2 1 T T Cpg dT = [a(T2–T1) + b/2(T22–T12) + c/3(T23–T13) + d/4(T24–T14) + e/5(T25–T15)]

Tabel LB.2 Kapasitas Panas Cairan

Komponen a B c d

H2 5,88663 E+01 -2,30694 E-01 -8,04213 E-02 1,37776 E-03 HCl 1,77227 E+01 9,04261 E-01 -5,64496 E-03 1,13383 E-05 H2O 1,82964 E+01 4,72118 E-01 -1,33878 E-03 1,31424 E-06 (Reklaitis, 1983) Cpl = a + bT + cT2 + dT3 [J/mol K]

∫

2 1 T T Cpl dT = [a(T2 – T1) + b/2(T22 – T12) + c/3(T23 – T13) + d/4(T24 – T14)]

(15)

Perhitungan Cpl (kal/gmol.°C) dengan menggunakan metode Chueh dan Swanson,

dimana kontribusi gugusnya :

Gugus Nilai

20,92

30,38 35,15 44,77

Maka nilai kapasitas panas cairan dapat dihitung sebagai berikut : Xylan 273,90 2(44,77) 2(35,15) 30,38 4(20,92) Cpl= + + + = kJ/mol.K Xylosa 273,90 2(44,77) 2(35,15) 30,38 4(20,92) Cpl= + + + = kJ/mol.K Xylitol 273,90 2(44,77) 2(35,15) 30,38 4(20,92) Cpl= + + + = kJ/mol.K

Harga panas pembentukan

Gugus Nilai (kJ/mol)

29,89

-20,64 -138,16 -208,04

Maka dapat dihitung nilai panas pembentukan pada 298,15 K : 1. Xylan 593,48 208,04) 2( 138,16) 2( 20,64) ( 4(29,89) f ΔHo ₌ ₊ ₋ ₊ ₋ ₊ ₋ ₌₋ kJ/mol 2. Xylosa

(16)

4 , 71 8 208,04) 4( 138,16) ( 20,64) ( 4(29,89) f ΔHo ₌ ₊ ₋ ₊ ₋ ₊ ₋ ₌₋ kJ/mol 3. Xylitol 81 , 991 208,04) ( 5 20,64) ( 2 3(29,89) f ΔHo = + − + − =− kJ/mol Neraca panas pada masing-masing peralatan proses yaitu

L.B.1 Reaktor Hidrolisis (R-101)

Reaksi : C5H8O4 + H2O → C5H10O5

Xylan air xylitol

Neraca panas masuk (T = 25oC)

∫

=n. cp.dT Q_in 0 ) 15 , 298 15 , 298 ( . 90 , 273 3068 , 8 4 8 5 = × × − K = K kmol kJ jam kmol QC H O

Karena suhu sama dengan temperatur basis maka Qin total = 0

Neraca panas keluar reaktor (T = 120oC)

QC5H10O5 = (393,15 298,15)K kmol.K kJ 328,29 jam kmol 3068 , 8 × × − = 259068,7403 kJ/jam QHCl = (17,72 9,04.10 T 5,65.10 T 1,13.10 T )dT jam kmol 0137 , 0 1 1 3 2 5 3 393,15 298,15 − − − ₋ ₊ + ×

∫

= 120348,0583 kJ/jam F1 F2 F3 F4 HCl (l) HCl (l) H2O(l) Xylosa (l) Ampas Xylan (l) H2O (l) Ampas Reaktor Hidrolisis (R-101) T = 120oC , P = 1atm H2O(l) F1 F2

(17)

QH2O =

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×393,15 298,15 3 6 2 3 1 )dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 (18,30 jam kmol 143,9845 = 1066682,706 kJ/jam Qout total = 1446099,505 kJ/jam

r = X_C₅_H₈_O₄_.N_C₅_H₈_O₄= 8,3068 kmol/jam

Panas reaksi pada keadaan standar :

∆Hr =

(

∑

ΔHof(produk)−

∑

ΔH0f(reaktan)

)

=

(

ΔH f (ΔΔ f ΔH fH2O)

)

0 C5H8O4 0 C5H10O5 0 − + = -898,3048 – (-622,1608 + (-285,840)) = 9,6960 kJ/jam

Panas reaksi pada 120oC (393,15 K) ∆Hr = ∆Hr (25o

C) + (-1)(HC5H8O4(120oC)) + (-1)(HH2O(120oC)) +

(1)(HC5H10O5(120oC))

= 9,6960 kJ/kmol – (-26020,5 kJ/kmol) – (-7203,0924 kJ/kmol) + 31187,55 kJ/kmol = 64420,8384 kJ/kmol (endotermis) Qr = 64420,8384 x 8,3068 kmol/jam = 535131,0204 kJ/jam dT dQ = Qout−Qin+Qr = 1981230,525 kJ/jam

Saturated pada 15,35 atm (16 bar), 200oC = 2790,9 kJ/kg (Smith, 1996)

(18)

kg/jam 689,0278 2790,9 5 1981230,52 λ Q m= = =

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O Xylan HCl Xylosa Qr dQ/dT 0 0 0 - - 1981230,525 1066682,706 - 120348,0583 259068,7403 535131,0204 - Total 1981230,525 1981230,525

L.B.2 Sub Cooler (HE-101)

Neraca panas masuk Sub Cooler QH2O(l) =

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×363,15 298,15 3 6 2 3 1 )dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 (18,30 jam kmol 143,9846 = kmol kJ 475 , 888 . 4 jam kmol 9846 , 143 × = 703865,1175 kJ/jam F2 H2O (l) HCl (l) C5H10O5 (l) T = 45oC H2O (l) HCl(g) C5H10O5 (l) T = 90oC

Sub Cooler (HE-101) T = 45oC P = 1 atm

Air pendingin (T = 25oC)

(19)

QHCl(g) = )dT T 1,78.10 T .10 33 , 7 T 2,24.10 (6,969 jam kmol 10,0137 4 7 2 10 3 363,15 298,15 − − − ₊ ₊ − ×

∫

= kmol kJ 8286 , 453 jam kmol 0137 , 10 × = 4544,5034 kJ/jam QC5H10O5(l) = (363,15 298,15)K kmol.K kJ 328,29 jam kmol 3068 , 8 × × − = 177257,5592 kJ/jam

Panas yang dilepaskan pengembunan asam klorida (HCl)

Q = m.λ = kmol kJ 212 . 16 jam kmol 0137 , 0 1 × = 162342,1044 kJ/jam Qin = 1048009,285 kJ/jam

Neraca panas keluar Sub Cooler QH2O(l) =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×318,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 143,9846 = kmol kJ 651 , 496 . 1 jam kmol 143,9846 × = 215494,6956 kJ/jam QHCl(l) = ×

∫

(

+ − − − + −

)

318,15 298,15 3 5 2 3 1 dT T 1,13.10 T .10 64 , 5 T .10 04 , 9 72 , 7 1 jam kmol 0137 , 0 1 = kmol kJ 494 , 845 . 1 jam kmol 0137 , 0 1 × = 18480,2233 kJ/jam

(20)

QC5H10O5(l) = (318,15 298,15)K kmol.K kJ 328,29 jam kmol 3068 , 8 × × − = 54540,7874 kJ/jam Qout = 288515,7063 kJ/jam dT dQ = Qout – Qin = 288515,7063 – 1048009,285 = -759493,5787 kJ/jam

Jumlah air pendingin yang dibutuhkan :

dT dQ = ×

∫

(

+ − − − + −

)

323,15 298,15 3 6 2 3 1 H2O .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 BM m 759493,5787 = 1871,956 18,015 m × m = 7309,0803 kg/jam

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O HCl Xylosa dQ/dT 703865,1175 166886,6078 177257,5592 -759493,5787 215494,6956 18480,2233 54540,7874 - Total 201055,0273 288515,7063 L.B.3 Heater (H-101) HCl (g) H2O (g) T = 100oC HCl (l) H2O (l) xylosa (l) T = 45oC Heater T = 100oC P = 1 atm F7 F9 F8

(21)

Neraca panas masuk heater (T = 45oC) QC5H10O5 = (318,15 298,15)K kmol.K kJ 328,29 jam kmol 3068 , 8 × × − = 54540,7874 kJ/jam QH2O =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×318,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 3,9846 4 1 = 215494,6956 kJ/jam QHCl =

(

)

∫

₋ − ₋ − ₊ − ×318,15 298,15 3 3 2 2 1 dT T 1,38.10 T 8,04.10 T 2,31.10 58,87 jam kmol 10,0137 = 18480,1803 kJ/jam Qin total = 288515,6633 kJ/jam

Neraca panas keluar heater (T = 100oC)

QC5H10O5 = (373,15 298,15)K kmol.K kJ 328,29 jam kmol 3068 , 8 × × − = 204508,2555 kJ/jam QH2O(l) =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×373,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 4474 , 67 = 380851,2542 kJ/jam QH2O(g) =

(

)

∫

₊ − ₊ − ₋ − ×373,15 298,15 3 0 1 2 6 4 .dT T .10 58 , 6 T 1,40.10 T 4,63.10 986 , 7 jam kmol 5371 , 76 = 46499,5136 kJ/jam QHCl(g) =

(

)

∫

₋ − ₊ − ₊ − ×373,15 298,15 3 0 1 2 7 4 dT T 1,78.10 T 10 . 33 , 7 T 2,24.10 969 , 6 jam kmol 10,0137

(22)

= 5244,9558 kJ/jam Panas penguapan : QH2O = kg kJ 2251,9 jam kg 1377,6682 × kJ/jam 02 , 3102371 = QHCl = kmol kJ 4 , 926 jam kmol 0137 , 10 × = 9276,6917 kJ/jam

Qout total = 3748751,691 kJ/jam

= − =Q_out Q_in dT dQ 3748751,691 - 288515,6633 = 3460176,028 kJ/kg

Saturated pada 15,35 atm (16 bar) , 200oC = 2790,9 kJ/kg (Smith, 1996) kg/jam 8065 , 1239 2790,9 8 3460176,02 λ Q m= = =

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O HCl Xylosa dQ/dT 215494,6956 18480,1803 54540,7874 3460176,028 3529721,788 14512,6475 204508,2555 - Total 3748751,691 3748751,691

(23)

L.B.4 Reaktor Hidrogenasi (R-201)

Reaksi : C5H10O5 + H2 → C5H12O5

xylosa hidrogen xylitol Neraca panas masuk reaktor (T = 100oC)

QC5H10O5 = (373,15 298,15)K kmol.K kJ 328,29 jam kmol 3068 , 8 × × − = 204527,9529 kJ QH2O =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×373,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 78,5132 = 443335,6659 kJ/jam QH2 = ×

∫

(

− − − − + −

)

373,15 298,15 3 3 2 2 1 dT T 1,38.10 T 8,04.10 T 2,31.10 58,87 jam kmol 9682 , 9 = 2656961,899 kJ/jam Qin total = 3304825,518 kJ/jam

Neraca panas keluar reaktor (T = 150oC)

QC5H12O5 = (423,15 298,15)K kmol.K kJ 347,37 jam kmol 3068 , 8 × × − = 360691,6935 kJ/jam QH2O = ×

∫

(

+ − − − + −

)

423,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 78,5131 F2 H2 (l) Xylitol (l) H2 (l) H2O (l) H2O (l)

Xylosa (l) Reaktor Hidrogenasi (R-201)

T = 150oC , P = 30atm F8

F13

(24)

= 743083,2571 kJ/jam QH2 = ×

∫

(

− − − − + −

)

423,15 298,15 3 3 2 2 1 dT T 1,38.10 T 8,04.10 T 2,31.10 58,87 jam kmol 6614 , 1 = 11648940,16 kJ/jam Qout total = 12752715,11 kJ/jam

Panas reaksi pada keadaan standar

∆Hr =

(

∑

ΔHof(produk)−

∑

ΔH0f(reaktan)

)

=

(

ΔH0f_C5H12O5 −(ΔΔ0f_C5H10O5 +ΔH0f_H2)

)

= -1001,0220 – (-898,3048) = -102,7172 kJ/kmol

Panas reaksi pada 150oC (423,15 K) ∆Hr = ∆Hr (25o C) + (-1)(HC5H10O5(150oC)) + (-1)(HH2 (150oC)) + (1)(HC5H12O5(150oC)) = -102,7172 – (-32829) – (-7587,6470) + 34737 = 75050,9298 kJ/kmol dT dQ = Qproduk – Qreaktan + Qr = 9983020,613 kJ/jam

Saturated pada 15,35 atm (16 bar) , 200oC = 2790,9 kJ/kg (Smith, 1996)

kg/jam 8719 , 3471 2790,9 3 9983020,61 λ Q m= = =

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O Xylosa H2 Xylitol 443335,6659 204527,9529 2656961,899 - 743083,2571 - 11648940,16 360691,6935

(25)

Qr dQ/dT - 9983020,613 623433,0637 - Total 13376148,17 13376148,17 L.B.5 Cooler (HE-201)

Neraca panas masuk cooler (T = 150oC)

QC5H12O5 = (423,15 298,15)K kmol.K kJ 347,37 jam kmol 3068 , 8 × × − = 360691,6395 kJ/jam QH2O =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×423,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 78,5132 = kmol kJ 6120 jam kmol 78,5132 × = 480500,784 kJ/jam QH2 = ×

∫

(

− − − − + −

)

423,15 298,15 3 9 2 6 3_T _4,56.10 _T _3,12.10 _T _dT 2,47.10 6,65 jam kmol 1,6614 F2 Xylitol (l) H2 (g) H2O (l) H2O (l) Xylitol (l) H2 (g) Cooler (HE-201) T = 60oC P = 2 atm Air pendingin (T = 25oC) Air pendingin (T = 50oC) F14 F17

(26)

= kmol kJ 89300 jam kmol 1,6614 × = 148363,02 kJ/jam Qin total = 989555,4435 kJ/jam

Neraca panas keluar cooler (T = 60oC)

QC5H12O5 = (333,15 298,15)K kmol.K kJ 347,37 jam kmol 3068 , 8 × × − = 100993,6591 kJ/jam QH2O =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×333,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 78,5132 = kmol kJ 1260 jam kmol 78,5132 × = 98926,632 kJ/jam QH2 = ×

∫

(

− − − − + −

)

333,15 298,15 3 9 2 6 3 dT T 3,12.10 T 4,56.10 T 2,47.10 6,65 jam kmol 1,6614 = kmol kJ 683 jam kmol 1,6614 × = 1134,7362 kJ/jam Qout total = 201055,0273 kJ/jam

dT dQ

= Qout – Qin = 201055,0273 - 989555,4435 = - 788500,4162 kJ/jam

dT dQ = ×

∫

(

+ − − − + −

)

323,15 298,15 3 6 2 3 1 H2O .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 BM m 788500,4162 = 1871,956 18,015 m ×

(27)

m = 7588,2312 kg/jam

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O H2 Xylitol dQ/dT 480500,784 148363,02 360691,6395 - 788500,4162 98926,632 1134,7362 100993,6591 - Total 201055,0273 201055,0273

L.B.6 Knock out Drum (K-201)

Neraca panas masuk KO Drum (K-201) = 201055,0273 kJ/jam Neraca panas keluar KO Drum (K-201)

QC5H12O5 = (383,15 298,15)K kmol.K kJ 347,37 jam kmol 3068 , 8 × × − = 245270,3149 kJ/jam QH2O (l) =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − × 373,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 78,5132 F2 Xylitol (l) H2O (l) H2O (l) Xylitol (l) H2 (g) T = 60oC KO Drum (K-201) T = 110oC P = 1 atm Steam (T = 200oC) Steam H2 (g) H2O (g) F17 F18 F19

(28)

= 44335,8541 kJ/jam QH2O (g) =

(

)

∫

₊ − ₊ − ₋ − × 383,15 373,15 3 0 1 2 6 4 .dT T .10 58 , 6 T 1,40.10 T 4,63.10 99 , 7 jam kmol 6618 , 0 7 = 5885,92 kJ/jam QH2 = ×

∫

(

− − − − + −

)

383,15 298,15 3 9 2 6 3 dT T 3,12.10 T 4,56.10 T 2,47.10 6,65 jam kmol 1,6614 = 1000,5027 kJ/jam Quap H2O = m×λH2O

= kg kJ 2251,9 jam kg 1271,9133 × = 2864221,56 kJ/jam Qout = 3160714,152 kJ/jam

Sebagai pemanas digunakan steam pada suhu 200oC Hsl = 852,4 kJ/kg Hsv = 2790,9 kJ/kg (Smith, 1996) s out s in H Q H Q + = + 201055,0273 kJ/jam + (2790,9 kJ/kg) s = 3160714,152 kJ/jam + (852,4 kJ/kg) s Jumlah steam yang dibutuhkan = 1526,7779 kg/jam

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O H2 Xylitol dQ/dT 98926,632 1134,7362 100993,6591 543025,2125 44335,8541 1000,5027 245270,3149 - Total 744080,2398 744080,2398

(29)

Neraca panas masuk Cooler

QH2(g) = ×

∫

(

− − − − + −

)

383,15 298,15 3 9 2 6 3 dT T 3,12.10 T 4,56.10 T 2,47.10 6,65 jam kmol 1,6614 = 1000,3482 kJ/jam QH2O (g) =

(

)

∫

₊ − ₊ − ₋ − ×383,15 298,15 3 0 1 2 6 4 .dT T .10 58 , 6 T .10 40 , 1 T 4,66.10 986 , 7 jam kmol 6618 , 70 = 49736,5445 kJ/jam Panas yang dilepas pengembunan uap air

Q = m.λ = kmol kJ 8 , 861 . 40 jam kmol 0,6618 7 × = 2887368,339 kJ/jam Qin = 2938105,232 kJ/jam F2 H2O (l) H2 (g) T = 80oC H2O (g) H2 (g) T = 110oC

(30)

Neraca panas keluar Cooler QH2(g) = ×

∫

(

− − − − + −

)

353,15 298,15 3 9 2 6 3 dT T 3,12.10 T 4,56.10 T 2,47.10 6,65 jam kmol 1,6614 = 646,6749 kJ/jam QH2O (l) =

(

)

∫

₊ − ₋ − ₊ − ×353,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 6618 , 70 = 291975,9002 kJ/jam Qout = 292622,5751 kJ/jam dT dQ = Qout – Qin = 292622,5751 – 2938105,232 = -2645482,657 kJ/jam

dT dQ = ×

∫

(

+ − − − + −

)

323,15 298,15 3 6 2 3 1 H2O .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 BM m 2645482,657 = 1871,956 18,015 m _× m = 25459,1294 kg/jam

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O H2 dQ/dT 2937104,884 1000,3482 -2645482,657 291975,9002 646,6749 - Total 292622,5751 292622,5751

(31)

L.B.8 Evaporator (C-301)

Neraca panas masuk evaporator = 245270,3149 kJ/jam + 44335,8541 kJ/jam = 289606,169 kJ/jam

Neraca panas keluar evaporator

QC5H12O5 = (393,15 298,15)K kmol.K kJ 347,37 jam kmol 3068 , 8 × × − = 274125,646 kJ/jam QH2O (l) = ×

∫

(

+ − − − + −

)

373,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 5703 , 1 = 8866,9203 kJ/jam Panas penguapan air

Q = m.cp.dT+m.λ+m.cp.dT

= 6,2811×5646,641+113,0590×2251,9+6,2811×166,7187 = 291111,8557 kJ/jam

Qout = 574104,422 kJ/jam

Sebagai pemanas digunakan steam pada suhu 200oC Hsl = 852,4 kJ/kg F2 Xylitol (l) H2O (l) T = 120oC H2O (l) Xylitol (l) T = 110oC Evaporator (C-301) T = 120oC P = 1 atm Steam (T = 200oC) Steam (T = 180oC) H2O (g) F19 F21 F20

(32)

Hsv = 2790,9 kJ/kg (Smith, 1996) s out s in H Q H Q + = + 289606,169 kJ/jam + (2790,9 kJ/kg) s = 574104,422 kJ/jam + (852,4 kJ/kg) s Jumlah steam yang dibutuhkan = 146,7621

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O Xylitol dQ/dT 44335,8541 245270,3149 284498,253 299978,776 274125,646 - Total 574104,422 574104,422 L.B.9 Cooler (HE-301)

Neraca panas masuk Cooler = 274125,646 kJ/jam + 8866,9203 kJ/jam = 282992,5663 kJ/jam

Neraca panas keluar Cooler

QC5H12O5 = (373,15 298,15)K kmol.K kJ 347,37 jam kmol 3068 , 8 × × − = 216414,9837 kJ/jam F2 Xylitol (l) H2O (l) T = 100oC H2O (l) Xylitol (l) T = 120oC Cooler (HE-301) T = 60oC P = 2 atm Air pendingin (T = 25oC) Air pendingin (T = 50oC) F20 F22

(33)

QH2O (l) = ×

∫

(

+ − − − + −

)

373,15 298,15 3 6 2 3 1_T _1,34.10 _T _1,31.10 _T _.dT 4,72.10 18,30 jam kmol 5703 , 1 = 8866,9203 kJ/jam Qout = 225281,904 kJ/jam dT dQ = Qout – Qin = 225281,904 – 282992,5663 = - 57710,6623 kJ/jam

dT dQ = ×

∫

(

+ − − − + −

)

323,15 298,15 3 6 2 3 1 H2O .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 BM m 57710,6623 = 1871,956 18,015 m × m = 555,3857 kg/jam

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O Xylitol dQ/dT 8866,9203 274125,646 - 57710,6623 8866,9203 216414,9837 - Total 225281,904 225281,904

(34)

L.B.10 Prilling Tower (PT-301)

Neraca panas masuk prilling tower = 225281,904 kJ/jam

Metode perhitungan neraca energi proses pengeringan air dari padatannya dapat dipakai juga untuk menghitung neraca energi pada proses pengeringan cairan organik (Geankoplis, 1997)

Temperatur basis To = 0oC

Panas laten air (0oC) λo = 2501,6 kJ/kg (Reklaitis, 1983)

Panas humiditas air-udara cs = 1,005 + 1,88 H

Humiditas udara (T udara-masuk (20oC)) Hin = 0,0021 kg H2O / kg udara kering

(Pisecky, 1990)

Kapasitas panas udara Cpudara = 1,007 kJ/kg K

(Geankoplis, 1997) H’udara = cs (Ti – To) + Hi . λo 20oC, H’udara-masuk = (1,005 + 1,88 . 0,0021) (20 – 0) + 0,0021 . 2501,6 H’udara-masuk = 25,3548 40oC, H’udara-keluar = (1,005 + 1,88 .0,0082) (40 – 0) + 0,0082 . 2501,6 H’udara-keluar = 61,3298

Panas kristalisasi dari xylitol = -37,40 kJ/mol ( Barone, 1990) Titik beku xylitol = 365,7 K (Barone, 1990)

Prilling Tower Xylitol(l) H2O (l) T = 100oC Xylitol (s) T = 80oC H2O (g) Udara kering pendingin (g) T = 20oC Udara basah (g) F22 F24 F23

(35)

QC5H12O5 = (365,7 298,15)K kmol.K kJ 347,37 jam kmol 3068 , 8 × × − = 194917,762 kJ/jam Qkristalisasi = kmol kJ 37400 jam kmol 3068 , 8 ×− = -310674,32 kJ/jam QH2O (l) = ×

∫

(

+ − − − + −

)

323,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 5703 , 1 = 2939,5317 kJ/jam

Asumsi kondisi adiabatis sehingga berlaku : Qin = Qout

225281,904+ Fu .25,3548 = 194917,762 - 310674,32 + 2939,5317 + Fu .61,3298 Jadi udara dingin yang dibutuhkan = 9398,1633 kg/jam

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O Xylitol Qr dQ/dT 8866,9203 216414,9837 - -112464,8777 2939,5317 194917,762 -310674,32 - Total -112817,0263 -112817,0263

(36)

Neraca panas masuk Sub Cooler QH2O(g) =

(

)

∫

₊ − ₊ − ₋ − ×373,15 298,15 3 0 1 2 6 4 .dT T .10 58 , 6 T 1,40.10 T 4,63.10 986 , 7 jam kmol 6619 , 70 = 43853,2882 kJ/jam QH2(g) = ×

∫

(

− − + − + −

)

373,15 298,15 3 0 1 2 7 4 dT T 1,78.10 T 10 . 33 , 7 T 2,24.10 969 , 6 jam kmol 1,9932 = 8553,1266 kJ/jam

Panas yang dilepaskan pengembunan air (H2O)

Q = m.λ = kmol kJ 8 , 861 . 40 jam kmol 0,6619 7 × = 2887372,425 kJ/jam

Panas yang dilepaskan pengembunan (H2)

Q = m.λ = kmol kJ 212 . 16 jam kmol 9932 , 1 × = 32313,7584 kJ/jam F2 H2O (l) H2 (g) T = 45oC H2O (g) HCl(g) T = 100oC

(37)

Qin = 2971911,213 kJ/jam Neraca panas keluar Sub Cooler

QH2O(l) = ×

∫

(

+ − − − + −

)

318,15 298,15 3 6 2 3 1 .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 jam kmol 6619 , 70 = 105756,2033 kJ/jam QH2(g) = ×

∫

(

+ − − − + −

)

318,15 298,15 3 5 2 3 1 dT T 1,13.10 T .10 64 , 5 T .10 04 , 9 72 , 7 1 jam kmol 9932 , 1 = 3678,4386 kJ/jam Qout = 109434,6419 kJ/jam dT dQ = Qout – Qin = 109434,6419 – 2971911,213 = -2862476,571 kJ/jam

dT dQ = ×

∫

(

+ − − − + −

)

323,15 298,15 3 6 2 3 1 H2O .dT T 1,31.10 T 1,34.10 T 4,72.10 18,30 BM m 2862476,571 = 1871,956 18,015 m _× m = 27547,3972 kg/jam

Komponen Alur masuk (kJ/jam) Alur keluar (kJ/jam) H2O H2 dQ/dT 2931225,713 3678,4386 -2862476,571 105756,2033 3678,4386 - Total 109434,6419 109434,6419

(38)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN

LC.1 Gudang Bahan Baku Tongkol Jagung (GTJ)

Fungsi : Menyimpan bahan baku tongkol jagung Jenis : Beton persegi

Bahan konstruksi : Beton bata dengan lantai semen

Jumlah : 1 unit

Data perhitungan

Laju alir massa = 3045,8267 kg/jam Densitas tongkol jagung = 98 kg/jam

Lama penampungan = 30 hari = 30 x 24 jam = 720 jam Faktor keamanan = 20 %

Sehingga :

Total jumlah masuk (W) = 24 jam x 3045,8267 kg/jam = 73099,8408 kg

Volume bak (Vb) = ρ W fk × + ) 1 ( = 3 m 1001 , 95 8 98 8408 , 3099 7 0,2) (1+ × ₌ Dimensi bak :

Panjang (p) = Lebar (l) = 2 x tinggi bak (t) Maka, V = p x l x t = 2t x 2t x t V = 4 t3 t = 6,0711m 4 895,1001 3 =

Sehingga, dari ukuran tinggi bak (t) didapat dimensi lainnya sebagai berikut : Panjang = 2 x 6,0711 = 12,1422 m

(39)

Tinggi = 6,0711 m

LC.2 Rotary Knife Cutter (RC-101)

Fungsi : Mengecilkan tongkol jagung Mixer jenis : Rotary Knife

Bahan konstruksi : Baja Karbon

Jumlah : 1 unit

Asumsi diameter awal umpan (tongkol jagung) = 6000 µ m

Diameter akhir setelah umpan (tongkol jagung) = 100 µ m

W = 10 Wi (1/ d - 1/ di ) (Walas, 1988)

di mana :

W = daya mesin

di = diameter awal umpan d = diameter akhir umpan Wi = tegangan dari material

W = 10 x 13,81 ( 6000 1 100 1 ₋ ) = 12,0271 Hp (Walas, 1988)

Digunakan daya standar 121/4 HP

LC.3 Screw Conveyor (S-101)

Fungsi : Transportasi tongkol jagung ke Reaktor 1 Bahan konstruksi : carbon steel

Jumlah : 1 unit

Laju alir (m) = 3045,8267 kg/jam = 0,8461 kg/s Panjang screw conveyor diperkirakan (L) = 10 m = 32,8084 ft

Perhitungan daya (P) = 0,0027 m0,82 L (Peters & Timmerhaus, 1991) = 0,0027 (0,8461)0,82 10

= 0,0235 hp

(40)

LC.4 Tangki Penyimpanan Hidrogen (G-101)

Fungsi : Menyimpan hidrogen umpan Bahan konstruksi : Low alloy steel, SA-318

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal Jumlah : 1 unit

Kebutuhan perancangan : 15 hari Data perhitungan

Tekanan = 30 atm Temperatur = 300C

Laju alir massa = 19,9364 kg/jam Faktor kelonggaran = 20% Densitas = 0,6935 kg/liter Perhitungan:

A. Volume Tangki

Kebutuhan larutan Hidrogen per jam = 19,9364kg/jam

Total massa bahan dalam tangki = 19,9364 kg/jam×24 jam/hari×15 hari = 7177,104 kg

Densitas Bahan dalam tangki = 0,6935 kg/liter = 693,535 kg/m3

Total volume bahan dalam tangki = 7177,104 / 0,6935 = 10394,1045 liter = 10,3491 m3 Faktor kelonggaran = 20 % (Perry dan Green, 1999) Volume tangki, VT = (1 + 0,2) x 10,3491 = 12,4189 m3

Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (Hs : Dt) = 5 : 4 Volume silinder (Vs) = 1/4 π Dt2 Hs

Vs = 5/16 π Dt3

Tinggi head (Hh) = 1/4 × Dt (Brownell dan Young, 1959) Volume tutup (Vh) ellipsoidal = π/12 × D3 = π/12 × (1/4 × D)3 Vt = Vs + 2 Vh (Brownell dan Young, 1959) Vt = (5π/16 × D3) + (π/48 × D3)

(41)

Vt = 16π/48 × D3 Diameter tangki (D) = 2,2804m 16π ,4189 2 1 48 16π 48Vt 3 3 = × = Tinggi silinder (Hs) = 5/4 × D = 5/4 × 2,2804 m = 2,8505 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/4 × D = 1/4 x 2,2804 m = 0,5701 m Tinggi Tangki (HT) = Hs + 2Hh = 3,9907 m

B. Tekanan Desain

Tinggi silinder (Hs) = 2,8505 m

Tinggi bahan dalam tangki = volume bahan dalam tangki x tinggi tangki volume tangki

= 10,3491 x 3,9907 12,4189 = 3,3256 m

Tekanan hidrostatis = Densitas bahan × g × tinggi cairan dalam tangki = 693,535 × 9,8 × 3,3256

= 22602,9159 kPa = 0,2231 atm Tekanan operasi = 30 atm

Faktor keamanan untuk tekanan = 20 % P desain = (1 + 0,2) × (30 atm + 0,2231 atm)

= 36,2678 atm = 53,3352 psia

C. Tebal dinding tangki (bagian silinder)

- Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954) - Allowable working stress(S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) - Efisiensi sambungan (E) : 0,9

- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun

Tebal Silinder (ts) = ( ) 6 , 0 P C A SE PxR × +

− (Brownell dan Young, 1959) dimana : ts = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

(42)

P = tekanan desain (psi)

R = jari-jari dalam tangki (in) = D/2 S = stress yang diizinkan

E = efisiensi pengelasan ts = (0,042 10) ) 3352 , 53 6 , 0 ( ) 9 , 0 22500 ( 8897 , 44 3352 , 53 × + × − × × = 0,5384 in

D. Tebal Dinding Head (tutup tangki)

- Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954) - Allowable working stress(S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959) - Efisiensi sambungan (E) : 0,9

- Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun

Tebal Silinder (th) = ( ) 2 , 0 2SE P C A PxD × +

− (Brownell dan Young, 1959) dimana : th = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

P = tekanan desain (psi) D = diameter dalam tangki (in) S = stress yang diizinkan

E = efisiensi pengelasan th = ( ) 2 , 0 2SE P C A PxD × + − = (0,042 10) ) 3352 , 53 2 , 0 ( ) 9 , 0 22500 2 ( 7794 , 89 3352 , 53 x x x x x + − = 0,5382 in LC.5 Tangki Penyimpanan HCl (T-101)

Fungsi : Menyimpan larutan HCl Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-304

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar

(43)

Data perhitungan

Temperatur : T = 25°C (298,15 K) Tekanan : P = 1 atm (101,325 kPa) Kebutuhan perancangan : 15 hari

Laju alir massa : F = 365,4992 kg/jam

ρlarutanHCl : ρ = 1180 kg/m3 (Wikipedia, 2010) A. Volume tangki VHCl = ₃ kg/m 1180 jam/hari 24 hari 5 1 kg/jam 365,4992 × × = 111,5082 m3 Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 111,5082 m3 = 133,8098 m3

Diameter dan tinggi shell Direncanakan :

Tinggi shell tangki : diameter tangki Hs : D = 5 : 4

Volume shell tangki (Vs)

Vs = ¼ π D2 Hs Vs = πD3 16 5 Volume tangki (V) V = Vs + 2 Vh 133,8098 = 3 D π 16 5 Maka, diameter tangki = D = 5,1463 m

tinggi shell tangki : Hs = D

D H_s ×       = 6,4329 m tinggi tangki : Ht = Hs = 5,1463 m

(44)

Tinggi cairan dalam tangki, h = ₃ 3 8098 , 133 5082 , 11 1 m m × 5,1463 m = 4,2886 m Tekanan hidrostatik : P = ρ × g × h = 1180 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 4,2886 m = 0,4827 atm Tekanan operasi dengan faktor keamanan 20 % :

Poperasi = 30 + 0,4827 = 30,4827 atm

Pdesign = (1,2) (30,4827) = 53,7932 psia

Faktor korosi (C) : 0,0042 in/tahun (Chuse dan Eber,1954)

Allowable working stress(S) : 22.500 lb/in2 (Brownell dan Young, 1959)

Efisiensi sambungan (E) : 0,9 Umur alat (A) direncanakan : 10 tahun

Tebal Silinder (ts) = ( ) 2 , 1 2SE P C A PxD × +

− (Brownell dan Young, 1959)

dimana : ts = tebal dinding tangki bagian silinder (in)

P = tekanan desain (psi) D= diameter tangki (in) S = stress yang diizinkan

E = efisiensi pengelasan ts = (0,042 10) ) 7932 , 53 ( ) 9 , 0 22500 2 ( 2397 , 213 7932 , 53 x x x x + − = 0,7036 in

LC.6 Filter Press and Plate Frame (F-101)

Fungsi : Memisahkan ampas dari campuran xylosa, HCl dan air Jenis : Plate and frame filter press

Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-304 Temperatur Operasi : 1200C

(45)

Tekanan : 1 atm Tabel LC.1 Komponen dalam filtrat

Komponen Laju Alir (kg/jam)

% berat Densitas V (m3/jam)

C5H10O5 1246,0200 0,2964 964,3 1,2921

HCl 365,4992 0,0869 939,3 0,3891

H2O 2591,7219 0,6167 1037 2,4992

Total 4203,2411 1,000 - 4,1804

Laju alir filtrat = 4203,2411kg/jam

Densitas Filtrat (ρcamp) = (0,2964x964,3)+(0,0869x939,3)+(0,6167x1037)

= 1006,2616 kg/m3

Volume filtrat hasil penyaringan = 4203,2411 / 1006,2619 = 4,17 m3/jam Jumlah umpan yang harus ditangani = 6091,6537 kg/jam

Laju cake pada filter press dengan waktu tinggal 1 jam = 1882,4126 kg/jam

Densitas cake = 1390 kg/m3 (www.ift.co.za)

Volume cake pada filter press =

1390 4126 , 1882

= 1,3542 m3

Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan :

L x A x ( 1 – E ) xρ = s ρ x{ V + ( E x L x A ) x ( W / ( 1- W ) } (Foust, 1979)

Direncanakan luas penyaringan efektif filter press untuk waktu proses 1 jam : W = laju alir massa cake / laju alir massa umpan = 1882,4126 / 6091,6537 = 0,3091 Tebal cake pada frame diasumsikan = 5 cm = 0,05 m

Bila direncanakan setiap plate mempunyai luas 1 m2 maka luas efektif penyaringan = 0,05xAx(1-0,0742)x1390 = 1006,28x{1,3542+(0,0742x0,05xA)x(0,3091/(1-0,3091)}

A = 21,7431 m2

Jumlah plate (n) = 21,7431 / 1 = 21,7431 buah Faktor keamanan = 10 %

Jumlah plate yang dibutuhkan = 1,1 x 21,7431 = 23,9174 buah Maka diambil jumlah plate = 24 buah

(46)

LC.7 Bak Penampungan Ampas Tongkol Jagung (BA)

Fungsi : Menampung ampas dari Filter Press Bentuk : Prisma segi empat beraturan

Bahan Konstruksi : Beton

Jumlah : 1 unit

Data perhitungan

Laju alir bahan masuk = 1882,4126 kg/jam Densitas bahan = 98 kg/m3 Kebutuhan = 1 hari Faktor keamanan = 20 % Volume penampung = 23,0499 98 4126 , 1882 ) 2 , 0 1 ( ) 1 ( + fk xW ₌ + x ₌ ρ m 3 Direncanakan :

panjang bak = 2 x lebar bak tinggi bak = lebar bak Maka : V = p x l x t 23,0499 = (2l) x (l) x (l) 23,0499 = 2l3 l = 2,2588 m Panjang bak = 2 x 2,2588 = 4,5176 m Tinggi bak = 2,2588 m LC. 8 Pompa HCl (P-101)

Fungsi : Memompa larutan HCl dari Tangki Penyimpanan HCl ke Reaktor 1

Jenis : Centrifugal pump Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-301

Jumlah : 1 unit

(47)

Temperatur T = 25°C (298,15 K) Laju alir HCl F = 365,4992 kg/jam

Densitas HCl ρ = 1180 kg/m3 = 0,118 gr/cm3 = 7,366 lbm/ft3

Viskositas HCl µ = 1,9 cP = 0,0012 (Wikipedia, 2010) Laju alir volumetrik :

Q = ₃ / 1180 / 365,4992 m kg jam kg = 0,0001 m3/s = 0,0035 ft3/s Desain pompa :

Untuk aliran turbulen (Nre > 2100), (Peters & Timmerhaus, 1991) Di,opt = 0,363 × Q0,45 × ρ0,13

Untuk aliran laminar (Nre < 2100),

Di,opt = 0,133 × Q0,4 × µ0,2 (Peters & Timmerhaus, 1991)

Di,opt = 0,133 × Q0,4 × µ0,2

= 0,133 (0,0001)0,4 (1,9)0,2 = 0,0144 m = 0,1495 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,1997, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 1/8 in

Schedule number : 40

Diameter Dalam (ID) : 0,269 in = 0,0068 m = 0,0224 ft Diameter Luar (OD) : 0,405 in = 0,0103 m = 0,0337 ft Inside sectional area A : 0,0004 ft2

Kecepatan linier, v = A Q = ₂ 3 0004 , 0 / 0,0035 ft s ft = 8,7500 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ × ×v D ρ = s lbm/ft 0,0012 ) 4101 , 0 )( / 75 , 8 )( /f 366 , 7 ( lbm t3 fts ft = 1203,1133 (aliran laminar)

Untuk pipa Commercial Steel pada NRe = 1203,1133 diperoleh harga faktor fanning f = 0,002 (Geankoplis, 1997)

(48)

Tabel LC.2 Sistem Perpipaan Pompa HCl

No Sistem Perpipaan L/D L (ft)

1 Panjang pipa lurus 16,4040

2 1 gate valve (fully open) 13

L = 1 x 13 x 0,0303 0,3939 3 1 elbow standar 900 30 L = 2 x 30 x 0,0303 1,8200 4 1 penyempitan mendadak, k = 0,5 18 L = 1 x 18 x 0,0303 0,5454 5 1 pembesaran mendadak, k = 1 38 L = 1 x 38 x 0,0303 1,1514

Total panjang ekivalen ( ) 20,3147

Faktor Gesekan ( ) = 2,1584 0224 , 0 174 , 32 . 2 3174 , 20 7500 , 8 002 , 0 2 2 2 = = Σ x x x x ID g L fV c lbf.ft/lbm Direncanakan ketinggian = 3,159 x 3,2808 ft = 10,3640 ft Daya Pompa (Wp) = F g g zx c Σ + ∆ = 10,3640 x 1 + 2,1584 = 12,5224 0,0228HP lbm lbf 550ft. 1HP x lbm lbf ft. = Tenaga Pompa (P) = Q x ρ x Wp = 0,0035 x 7,366 x 0,0228 = 0,0006 HP

Efisiensi pompa, η = 60 %, maka :

BHP = 0,001HP 0,6 0,0006 η P = =

(49)

Efisiensi motor, η = 80 %, maka : Tenaga motor (Pm) = 0,0013HP 0,8 0,001 η BHP m = =

Digunakan daya pompa standar ¼ HP

LC.9 Reaktor Hidrolisis (R-101)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi xylan menjadi xylosa Tipe : Mixed flow reactor

Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-340 Jumlah : 3 unit (disusun seri)

Data perhitungan : Temperatur = 900C Tekanan = 1 atm

a. Volume reaktor (VR)

Tabel LC.3 Komposisi Umpan Masuk Reaktor Hidrolisis

Komponen Laju Alir (kg/jam) % berat Densitas V (m3/jam)

C5H8O4 1096,4976 0,1799 964,3 1,1587

HCl 365,4992 0,0599 1477 0,2475

H2O 2741,244 0,4499 939,3 2,9184

Ampas 1888,4126 0,3103 1052 1,7951

Total 6091,6537 1,0000 - 6,1197

Tabel LC.4 Komposisi Umpan Keluar Reaktor Hidrolisis

Komponen Laju Alir (kg/jam) % berat Densitas V (m3/jam)

C5H10O5 1246,0200 0,2046 1037 1,2016

HCl 365,4992 0,0600 1477 0,2475

H2O 2591,7219 0,4254 939,3 2,7592

Ampas 1888,4126 0,3100 1052 1,7951

(50)

Dalam hal ini terjadi perubahan densitas (ρ ) karena perubahan jumlah mol selama reaksi, yaitu :

ρ campuran masuk = 1011,7273 kg/m3 ρ campuran keluar = 1014,7082 kg/m3

Perubahan densitas sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Maka, harga faktor volume (ε) yaitu : ε = 0 Reaktor dirancang dengan space time (τ ) yaitu : τ = 1 jam

τ = 0 V V 0 .V V =τ = 1 jam x 6,1197 m3/jam = 6,1197 m3 Maka, Volume reaktor ( VR ) adalah 6,1197 m3

b. Diameter (Di) dan Tinggi Reaktor (HR)

Diambil = Hs : Di = 1 : 1

h : Di = 1 : 4

Volume reaktor (VR) = Volume tutup dan alas + Volume silinder

6,1197 m3 = 2 ( 24 3 i D π ) + ( 4 2 i D π

) Hs (Brownel and Young,

1959) = 2 ( 24 3 i D π ) + ( 4 2 i D π )Di 6,1197 m3 = 1,3083 D_i3 Di = 1,6724 m R = 0,8362 m Tinggi silinder (Hs) = 1,6724 m Tinggi tutup (h) = 0,4181 m Tinggi reaktor (HR) = Hs + 2.h = 2,5086 m

(51)

Tinggi larutan dalam reaktor (Hi) : V = 2 ( 24 3 i D π ) + ( 4 2 i D π ) Hi 6,1197 = 0,2617D_i3 +0,7850D_i2.H_i 6,1197 = 1,4623+ 2,4719 Hi Hi = 1,8841 m

Kecepatan reaksi untuk masing-masing komponen yaitu :

τ i io i c c r = − − Komponen : Air = A τ A Ao A c c r = − − = 1,3547 1 5307 , 23 8854 , 24 = − kmol/m3.jam Komponen : Xylan = B τ B Bo B c c r = − − = 1,3574 1 0 3574 , 1 = − kmol/m3.jam Komponen : Xylosa = C τ C Co C c c r = − − = 1,3575 1 3575 , 1 0− ₌ kmol/m3.jam

c. Tebal silinder (ts) dan tebal head (th)

Tekanan rencana (Po) = 1 atm x 14,6960 psi/atm = 14,6960 psi

Tekanan hidrostatik (Pp) = ρ.g.Hi

= 1011,7273 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,8841 m

= 18680,7149 Pa

= 2,6927 psi

(52)

= 17,6587 psi

Tekanan operasi maksimum dinaikkan sebesar 10 %, maka : Tekanan operasi (Pop) = 1,1 x 17,6587 psi = 19,4248 psi

Di mana bahan konstruksi reaktor adalah Stainless Steel SA-340 dengan data sebagai berikut :

Stress yang diijinkan (S) = 12650 psi (Brownel and Young, 1959) Efisiensi sambungan (E) = 0,85 (Brownel and Young, 1959) Faktor korosi (C) = 0,05 in/tahun (Perry and Green, 1999) Umur alat (A) = 20 tahun

Tebal silinder (ts) = ( ) 6 , 0 P CxA SE PxR ₊

− (Brownel and Young, 1959)

= (0,05 20) ) 4248 , 19 ( 6 , 0 ) 85 , 0 )( 12650 ( ) 9003 , 2 )( 4248 , 19 ( ₊ _× − = 1,0053 in

Head berbentuk ellipsoidal dished head, maka :

Tebal head (th) = ( ) 2 , 0 2SE P CxA PxD ₊

= (0,05 20) ) 4248 , 19 ( 2 , 0 ) 85 , 0 )( 12650 ( 2 ) 7203 , 5 )( 4248 , 19 ( × + − = 1,0052 in

d. Perancangan jaket pemanas

Jumlah steam pemanas = 689,0278 kg/jam

Vp = steam steam Massa ρ = 4641 , 0 0278 , 689 = 1484,6538 m3/jam

Diameter luar reaktor (Do)= Di + 2ts

= 65,8424 in + 2.1,0053 in

(53)

Tinggi jaket reaktor (Hj) = HR

= 2,5086 m = 8,2302 ft = 98,7636 in

Asumsi :

Jarak jaket = 6,2214 in

Diameter dalam jaket (Dij) = 85,6539 in Luas yang dilalui steam pemanas (A) :

A = ( ) 4 2 2 o ij D D − π = (85,6539 67,853 ) 4 2 2 ₋ π = 2145,0604 in2 = 1,3839 m2

Kecepatan superfisial steam pemanas (v) :

v = A Vp = 1,3839 1484,6538 = 1072,7944 m/jam Tekanan dalam jaket (Pj) :

Pj = 144 ) 1 (Hj − ρ = 0,0875 psia

Tekanan desain dalam jaket (Po) = 1 atm

= 14,6960 psi

Tekanan operasi dalam jaket (Poperasi) = Pj + Po

= 14,7835 psi

Tekanan operasi maksimum dalam jaket dinaikkan 5% maka : P operasi = 1,05 x 14,7835 = 15,5227 psi

Di mana bahan konstruksi jaket adalah Stainless Steel SA-340 dengan data sebagai berikut :

(54)

Tebal jaket (tj) = ( ) 6 , 0 P CxA SE PxR +

= (0,05 20) ) 5227 , 15 ( 6 , 0 ) 85 , 0 )( 12650 ( ) 0505 , 3 )( 5227 , 15 ( × + − = 1,0044 in

e. Perencanaan sistem pengaduk

Jenis pengaduk : Turbin daun enam datar Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (Mc.Cabe, 1993) diperoleh :

Da/Di = 1/3 ; 1/3 x 1,6724 = 0,5575 m E/Da = 1 ; 0,5575 m

L/Da = ¼ ; ¼ x 0,5575 = 0,1394 m W/Da = 1/5 ; 1/5 x 0,5575 = 0,1115 m J/Di = 1/12 ; 1/12 x 1,6724 = 0,1394 m Di mana : Da = diameter impeller

Di = diameter tangki

E = tinggi turbin dari dasar tangki L = Panjang blade pada turbin W = lebar blade pada turbin J = lebar baffle

Kecepatan pengadukan (N) = 1 putaran/det

Bilangan Reynold (NRe) = µ ρ 2 i xNxD (Geankoplis, 1997) NRe = 3198,9851

(55)

Dari Fig.3.4-4 (Geankoplis, 1997) dengan menggunakan kurva 3, untuk pengaduk jenis turbin impeller dengan daun enam dengan 4 baffle, diperoleh Np = 1

Daya pengaduk = Np.ρ .N3.Da5 (Geankoplis, 1997)

= 78,3954 HP

LC.10 Pompa (P-102)

Fungsi : Memompa HCl dan xylosa dari Reaktor 1 ke Filter Press Jenis : Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Stainless Steel SA-304

Jumlah : 1 unit

Data perhitungan

Temperatur T = 25°C (298,15 K) Laju alir Larutan F = 6091,6537 kg/jam

Densitas Larutan ρ = 1075,1360 kg/m3 = 0,1075 gr/cm3 = 6,6832 lbm/ft3 Viskositas Larutan µ = 2,8528 cP = 0,0019 lb/ft.s

Laju alir volumetrik :

Q = ₃ / 1360 , 1075 / 6091,6537 m kg jam kg = 0,0016 m3/s = 0,0555 ft3/s Desain pompa :

Untuk aliran turbulen (Nre > 2100), (Peters & Timmerhaus, 1991) Di,opt = 0,363 × Q0,45 × ρ0,13

Untuk aliran laminar (Nre < 2100),

Di,opt = 0,133 × Q0,4 × µ0,2 (Peters & Timmerhaus, 1991)

Di,opt = 0,133 × Q0,4 × µ0,2

(56)

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,1997, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : ¼ in

Diameter Dalam (ID) : 0,364 in = 0,0092 m = 0,0302 ft Diameter Luar (OD) : 0,5400 in = 0,0137 m = 0,0449 ft Inside sectional area A : 0,007 ft2

Kecepatan linier, v = A Q = ₂ 3 007 , 0 / 0,0555 ft s ft = 7,9286 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ × ×v D ρ = s lbm/ft 0,0019 ) 0302 , 0 )( / 9286 , 7 )( /f 6832 , 6 ( lbm t3 fts ft = 892,2369 (aliran laminar)

Tabel LC.5 Sistem Perpipaan Pompa HCl

(57)

Total panjang ekivalen ( ) 20,3147 Faktor Gesekan ( ) = 0,7286 0304 , 0 174 , 32 . 2 3174 , 20 986 , 7 0011 , 0 2 2 2 = = Σ x x x x ID g L fV c lbf.ft/lbm Direncanakan ketinggian = 0 Daya Pompa (Wp) = F g g zx c Σ + ∆ = 0 + 0,7286 = 0,7286 0,0013HP lbm lbf 550ft. 1HP x lbm lbf ft. = Tenaga Pompa (P) = Q x ρ x Wp = 0,0555 x 6,6832 x 0,0013 = 0,0005 HP

BHP = 0,0008HP 0,6 0,0005 η P = =

Efisiensi motor, η = 80 %, maka :

Tenaga motor (Pm) = 0,0011HP 0,8 0,0008 η BHP m = =

Digunakan daya pompa standar ¼ HP

LC.11 Pompa (P-104)

Fungsi : Memompa campuran HCl dan Xylosa ke Flash Drum Jenis : Centrifugal pump

Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Data perhitungan

(58)

untuk aliran viscous NRe < 2100

Di,opt = 0,363 Q0,45 ρ 0,13 (Peters & Timmerhaus, 2004)

= 0,363 (0,0412)0,45 (6,2095)0,13 = 0,1096 m = 4,3139 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,1997, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 5 in

Diameter Dalam (ID) : 5,0470 in = 0,1282 m = 0,4205 ft Diameter Luar (OD) : 5,5630 in = 0,4635 ft

Inside sectional area A : 0,1390 ft2

Kecepatan linier, v = A Q = ₂ 3 1390 , 0 / 0,0412 ft s ft = 0,2964 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ × ×v D ρ

(Peters & Timmerhaus, 2004)

= s lbm/ft 0,0007 ft) 05 ft/s)(0,42 )(0,2964 lbm/ft (6,2095 3 = 1205,6121 (aliran laminar)

(59)

Tabel LC.6 Sistem Perpipaan Pompa 104

Total panjang ekivalen ( ) 20,3147

Faktor Gesekan ( ) = 0,0048 4205 , 0 174 , 32 . 2 3174 , 20 2964 , 0 073 , 0 2 2 2 = = Σ x x x x ID g L fV c lbf.ft/lbm Direncanakan ketinggian = 3,0391 x 3,2808 ft = 9,9707 ft Daya Pompa (Wp) = F g g zx c Σ + ∆ = 9,9707 x 1 + 0,0069 = 9,9776 0,0182HP lbm lbf 550ft. 1HP x lbm lbf ft. = Tenaga Pompa (P) = Q x ρ x Wp = 0,0412 x 6,2095 x 0,0182 = 0,0047 HP

BHP = 0,0078HP 0,6 0,0047 η P = =

(60)

Efisiensi motor, η = 80 %, maka : Tenaga motor (Pm) = 0,0098HP 0,8 0,0078 η BHP m = =

Digunakan daya pompa ¼ HP

LC.12 Flash Drum (D-101)

Fungsi : Memisahkan xylosa dari campurannya Bahan konstruksi : Low Alloy Steel SA-203 grade A

Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Jumlah : 1 buah

Kondisi operasi

Tekanan : 1 atm

Temperatur : 100oC

Tabel LC.7 Komposisi Umpan Masuk Flash Drum

Komponen Massa (kg/jam) % berat Densitas V (m3/jam)

H2O 2591,7219 0,6166 939,3000 2,7592

HCl 365,4992 0,0869 1477,0000 0,2475

Xylosa 1246,0200 0,2965 1037,0000 1,2016

Total 4203,2411 1,0000 - 4,2083

Massa total = 4203,2411kg/jam

ρ campuran = 998,8106 kg/m3 Kebutuhan perancangan = 1 jam

Faktor kelonggaran = 20% Perhitungan : a. Volume tangki Volume larutan : V1 = ×₃ = /m 998,8106kg 1jam g/jam 4203,2411k 4,2082 m3

(61)

Volume tangki : Vt =

(

)

3 m 2082 , 4 0,2 1+ × = 5,0499 m3

b. Diameter dan tinggi Shell Direncanakan :

Tinggi shell : diameter (Hs : D) = 3 : 2 Tinggi head : diameter (Hh : D) = 1 : 4 Volume shell tangki (Vs)

3 3 2 1775 , 1 8 3 4 1 D D H D Vs = π i = π =

Volume tutup tangki (Vh)

3 3 1309 , 0 24 1 D D Vh= π = Volume tangki (V) 3 4393 , 1 2V D V V = _s + _h = 5085 , 3 4393 , 1 5,0499 3 3 = = D D D = 1,5195 m = 4,9841 ft Hs = 1,5 D = 2,2793 m = 7,4759 ft c. Diameter dan tutup tangki

Diameter tutup = diameter tangki = 1,5195 m Hh = 0,25 D = 0,3799 m = 1,2459 ft

Ht = Hs + 2Hh = 2,2793 + 0,7598 = 3,0391 m = 9,9682 ft d. Tebal shell tangki

Volume cairan = 4,2082 m3 Volume tangki = 5,0499 m3

Tinggi cairan dalam tangki = 3,0391 0499 , 5 2082 , 4 _× = 2,5326 m Tekanan hidrostatis : P = ρ.g.h=998,8106×9,8×2,5326=24789,9597Pa = 4,9294 psia Faktor kelonggaran = 5%

(62)

Maka : Pdesign = (1+0,05)(4,9294+0,0202)=5,1971psia Joint efficiency (E) = 0,8

Allowable stress (S) = 16250 psia = 112039,8834 kPa Faktor korosi = 0,125 in

Tebal shell tangki :

t 0,125 2 , 1 2 − + = P SE PD = + = − × in ) 125 , 0 ( 10 ) 1,2(5,1971 ,8) 2(16250)(0 12in/1ft) ,9841ft (5,1971)(4 1,2619 in

Tebal shell yang standar digunakan = 1,5 in (Brownel & Young, 1959)

LC.13 Pompa (P-105)

Fungsi : Memompa H2O dan xylosa ke reaktor hidrogenasi

(R-102)

Jenis : Centrifugal pump Bahan konstruksi : Commercial steel

Jumlah : 1 unit

Data perhitungan

untuk aliran viscous NRe < 2100

Di,opt = 0,363 Q0,45 ρ 0,13 (Peters & Timmerhaus, 2004)

(63)

Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,1997, dipilih pipa dengan spesifikasi : Ukuran nominal : 31/2 in

Diameter Dalam (ID) : 3,5480 in = 0,0901 m = 0,2955 ft Diameter Luar (OD) : 4 in = 0,3332 ft

Inside sectional area A : 0,0687 ft2

Kecepatan linier, v = A Q = ₂ 3 0687 , 0 / 0,0245 ft s ft = 0,3567 ft/s Bilangan Reynold : NRe = µ × ×v D ρ

(Peters & Timmerhaus, 2004)

= s lbm/ft 0,0007 ) 2955 , 0 )( / 3567 , 0 )( /f 1324 , 6 ( lbm t3 fts ft = 989,4067 (aliran laminar)

Tabel LC.8 Sistem Perpipaan Pompa P-104

(64)

Total panjang ekivalen ( ) 20,3450 Faktor Gesekan ( ) = 0,0102 2955 , 0 174 , 32 . 2 3450 , 20 3567 , 0 075 , 0 2 2 2 = = Σ x x x x ID g L fV c lbf.ft/lbm Direncanakan ketinggian = 1,8426 x 3,2808 ft = 6,0437 ft Daya Pompa (Wp) = F g g zx c Σ + ∆ = 6,0437 + 0,0102 = 6,0539 0,0111HP lbm lbf 550ft. 1HP x lbm lbf ft. = Tenaga Pompa (P) = Q x ρ x Wp = 0,0245 x 6,1324 x 0,0111 = 0,0017 HP

BHP = 0,0028HP

0,6 0,0017 η

P ₌ ₌

Efisiensi motor, η = 80 %, maka :

Tenaga motor (Pm) = 0,0035HP 0,8 0,0028 η BHP m = =

Digunakan daya pompa ¼ HP

LC.14 Reaktor Hidrogenasi (R-201)

Fungsi : Tempat terjadinya reaksi hidrogenasi xylosa menjadi xylitol

Tipe : Continuous Stirred Tank Reactor Bahan konstruksi : High Alloy steel SA 240 Grade 304

Jumlah : 1 unit

Data perhitungan : Temperatur = 1500C Tekanan = 30 atm

(65)

a. Volume reaktor (VR)

Tabel LC.9 Komposisi Umpan Masuk Reaktor Hidrogenasi

Komponen Laju Alir (kg/jam) % berat Densitas V (m3/jam) C5H10O5 1246,0200 0,4651 1037,0000 1,2016

H2 19,9364 0,0075 89,8800 0,2218

H2O 1413,2370 0,5274 956,9310 1,4768

Total 2679,1934 1,0000 - 2,9002

Tabel LC.10 Komposisi Umpan Keluar Reaktor Hidrogenasi

Komponen Laju Alir (kg/jam) % berat Densitas V (m3/jam) C5H12O5 1262,6336 0,4713 1095,0000 1,1531

H2 3,3228 0,0012 89,8800 0,0369

H2O 1413,2370 0,5275 956,9310 1,4768

Total 2679,1934 1,0000 - 2,6668

Dalam hal ini terjadi perubahan densitas (ρ ) karena perubahan jumlah mol selama reaksi, yaitu :

ρ campuran masuk = 921,1882 kg/m3 ρ campuran keluar = 1008,6116 kg/m3

Perubahan densitas sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Maka, harga faktor volume (ε) yaitu : ε = 0 Reaktor dirancang dengan space time (τ ) yaitu : τ = 1 jam

τ = 0 V V dengan : V = volume reaktor (m3) vo = laju alir umpan (m3/jam)

sehingga :

0

.V V =τ

= 1 jam x 2,9002m3/jam = 2,9002 m3 Maka, Volume reaktor ( VR ) adalah 2,9002 m3

(66)

b. Diameter (Di) dan Tinggi Reaktor (HR)

Diambil = Hs : Di = 1 : 1

h : Di = 1 : 4

Volume reaktor (VR) = Volume tutup dan alas + Volume silinder

2,9002 m3 = 2 ( 24 3 i D π ) + ( 4 2 i D π

) Hs (Brownel and Young,

1959) = 2 ( 24 3 i D π ) + ( 4 2 i D π )D _i 2,9002 m3 = 1,0467 3 i D Di = 1,2284 m R = 0,6142 m Tinggi silinder (Hs) = 1,2284 m Tinggi tutup (h) = 0,3071 m Tinggi reaktor (HR) = Hs + 2.h = 1,8426 m

Tinggi larutan dalam reaktor (Hi) :

V = 2 ( 24 3 i D π ) + ( 4 2 i D π ) Hi 2,9002 = 0,2617D_i3 +0,7850D_i2.H_i 2,9002 = 0,8074+1,4837H_i Hi = 1,4112 m

Kecepatan reaksi untuk masing-masing komponen yaitu :

τ i io i c c r = − − Komponen : Hidrogen = A τ A Ao A c c r = − − = 2,8648 1 5728 , 0 4376 , 3 − ₌ kmol/m3.jam

(67)

Komponen : Xylosa = B τ B Bo B c c r = − − = 2,8265 1 0 8265 , 2 = − kmol/m3.jam Komponen : Xylitol = C τ C Co C c c r = − − = 2,8642 1 8642 , 2 0 − = − kmol/m3.jam