LAMPIRAN A NERACA MASSA. = 1023,7kg/jam

138 

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Loading....

Teks penuh

(1)

LAMPIRAN A NERACA MASSA

Kapasitas Produksi : 1.500 ton/tahun Operasi Pabrik : 300 hari/tahun Basis Produksi : 1 Kulit Buah kakao Produk Utama : Tanin (C76H52O46)

Produksi Tanin = ton 1 kg 1000 x 24jam hari 1 x hari 300 tahun 1 x tahun ton 1.500 = 1023,7kg/jam 1. Hammer Crusher 2.Ball Mill F2 tanin = F3 tanin F3 impuritis = F3 impuritis C-101 F1 Tanin Impuritis F2 Tanin Impuritis F2 Tanin Impuritis F3 Tanin Impuritis

(2)

3. Tangki Ekstraksi

Komposisi kulit kakao : Tanin = 20% Impuritis = 75%

Air = 5%

F3 = Umpan masuk ke tangki ekstraktor = 1023,7 kg/jam F3 =Tanin = 0,20 x 1023,7 = 204,70 kg/jam F3 =Impuritis = 0,75 x 1023,7 = 767,80 kg/jam F3 =Air = 0,05 x 1023,7 = 51,20 kg/jam F4 = Umpan masuk ke tangki ekstraktor dari tangki etanol

Perbandingan bahan baku dengan pelarut = 1:3 ( Rumokoi,1992 ) F4etanol = 3 x 1023,7 = 3071,10 kg/jam F4etanol = 0,96 x 1023,7 = 2948,30 kg/jam F4air = 0,04 x 1023,7 = 122,8 kg/jam Komposisi pada alur F5:

F5Tanin = 0,20 x 1023,7 = 204,70 kg/jam F5Impuritis = 0,75 x 1023,7 = 767,80 kg/jam F5Etanol = 0,96 x 2913,90 = 2948,30 kg/jam F5Air = F3 Air + F4 Air = 174,0 kg/jam Neraca massa total : F5= F3 + F4

F5 = 1023,7 + 3071,10 TE-101 F3 Tanin Impuritis Air F4 Etanol Air F5 Tanin Impuritis Etanol Air

(3)

= 4094,80 kg/jam Tabel LA.1 Neraca massa pada ekstraksi

Komponen Masuk (Kg/Jam)

Keluar (Kg/jam)

Alur 3 Alur 4 Alur 5

Tanin 204,70 — 204,70 Impuritis 767,80 — 767,80 Etanol — 2948,30 2948,30 Air 51,20 122,8 174,0 Subtotal 1023,7 3071,10 4094,80 Total 4094,80 4094,80 4.Filter Press

Komposisi pada alur F5:

F5Tanin = 0,20 x 1023,7 = 204,70 kg/jam F5Impuritis = 0,75 x 971,30 = 767,80 kg/jam F5Etanol = 0,96 x 2913,90 = 2948,30 kg/jam F5Air = F3 Air + F4 air = 174,0 kg/jam Komposisi pada alur F6:

Asumsi 1% dari ekstrak terikut ke impuritis.

F6Impuritis = 767,80 + (0,1 x 3293,8) = 801,0 kg/jam Komposisi pada alur F7:

F7Tanin = 204,70 – (0,1 x 204,70) = 202,70 kg/jam F7Etanol = 2948,30 – (0,1 x 2948,30) = 2918,8 kg/jam F7Air = 174,0 – (0,1 x 174,0) = 172,3 kg/jam Neraca massa total : F5= F6 + F7

F5 = 801,0 + 3293,8 F5 Tanin Impuritis Etanol Air F7 Tanin Etanol Air F6 Impuritis

(4)

= 4094,8 kg/jam

Tabel LA.2 Neraca massa pada Filter Press

Komponen Masuk (Kg/Jam) Keluar (Kg/jam)

Alur 5 Alur 6 Alur 7

Tanin 204,7 — 202,7 Impuritis 767,8 801,0 — Etanol 2948,3 — 2918,8 Air 174,0 ― 172,3 Subtotal 4094,8 801,0 3293,8 Total 4094,8 4094,8 5.Tangki Pengendapan

Neraca Massa Total = F7 = F8

Tabel. LA-3 Neraca Massa pada tangki Pengendapan (TP-01)

Komponen Masuk (Kg/Jam)

Keluar (Kg/jam) Alur 7 Alur 8 Tanin 202,7 202,7 Etanol 2918,8 2918,8 Air 172,3 172,3 Total 3293,8 3293,8 F7 Tanin Etanol Air F8 Tanin Etanol Air

(5)

6.Evaporator

Asumsi efisiensi alat 96 %. Komposisi pada alur F8:

F8Tanin = 202,7 kg/jam F8Etanol = 2918,8 kg/jam F8Air = 172,3kg/jam Komposisi pada alur F14:

F14Etanol = (0,96 x 2918,8) = 2802,0 kg/jam F14Air = (0,04 x 172,3) = 6,89 kg/jam Komposisi pada alur F9:

F9Tanin = 202,7 kg/jam

F9Etanol = (0,04 x 2918,8) = 116,8 kg/jam F9Air = (0,96 x 172,3) = 165,4 kg/jam

Neraca Massa Total

F8 = F9 + F14 = 3293,8 kg/jam

Tabel LA-4 Neraca massa pada evaporator

Komponen Masuk (Kg/Jam) Keluar (Kg/jam)

Alur 8 Alur 14 Alur 9

Tanin 202,7 — 202,7 Etanol 2918,8 2802,0 116,8 Air 172,3 6,89 165,4 Subtotal 3293,8 2808,9 484,8 Total 3293,8 3293,8 F8 Tanin Etanol Air F9 Tanin Etanol Air F14 Etanol Air

(6)

7. Neraca Massa Pada Kondensor

Pada kondensor tidak ada perubahan massa. F14 = F15

Tabel LA-5 Neraca massa pada kondensor

Komponen Masuk (Kg/Jam)

Keluar (Kg/jam) Alur 14 Alur 15 Etanol 2802,0 2802,0 Air 6,89 6,89 Total 2808,9 2808,9 8.Destilasi F14 Etanol Air F15 Etanol Air V-21 F15 Etanol Air F17 Etanol Air F16 Etanol Air

(7)

Menguapkan etanol pada suhu 85oC sehingga dapat digunakan kembali, dimana efisiensi alat 96%

Komposisi pada alur F15:

F15Etanol = (0,96 x 2918,8) = 2802,0 kg/jam F15Air = (0,04 x 172,3) = 6,89 kg/jam Komposisi pada alur F17:

F17Etanol = (0,96 x 2802,0) = 2689,9 kg/jam F17Air = (0,04 x 6,89) = 0,28 kg/jam Komposisi pada alur F16:

F16Etanol = (0,04 x 2802,0) = 112,1 kg/jam F16Air = (0,96 x 6,89) = 6,62 kg/jam Neraca Massa Total

F15 = F17 + F16 = 2808,9 kg/jam Tabel LA-6 Neraca massa pada destilasi

Komponen Masuk (Kg/Jam) Keluar (Kg/jam)

Alur 15 Alur 17 Alur 16

Etanol 2802,0 2689,9 112,1

Air 6,89 0,28 6,62

Subtotal 2808,9 2690,2 118,7

Total 2808,9 2808,9

9. Neraca Massa Pada Kondensor

Pada kondensor tidak ada perubahan massa. F17 = F18 F17 Etanol Air F18 Etanol Air

(8)

Tabel LA-6 Neraca massa pada kondensor

Komponen Masuk (Kg/Jam)

Keluar (Kg/jam) Alur 17 Alur 18 Etanol 2689,9 2689,9 Air 0,28 0,28 Total 2690,2 2690,2

(9)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Basis Perhitungan : 1 jam operasi Suhu referensi: : 25oC = 298 K Suhu lingkungan : 30o

C = 303 K Satuan Perhitungan : kkal/jam

Diketahui :

• Cp tanin (j/mol K) = 18,4991 + 13,34458x 10-2 – 0,8428 x10-4 T2+ 2,0206 x10 -8

T3 (Perry, 1984)

• Kalor laten (λ) Etanol = 201,1854 kkal/kg (Reklaitis, 1983)

• Cp etanol liquid = 0,670 kkal/mol (Geankoplis,1983)

• Cp etanol uap = 0,505 kkal/kg (Geankoplis, 1983)

• Cp air = 1 kkal/kg (Geankoplis, 1983)

• Cp impurities = 0,54 kkal/kg (Perry, 1984)

1. Hammer Crusher

Pada hammer crusher tidak ada perubahan jumlah energi pada setiap komponen, Q1tanin = Q2tanin Q1impuritis = Q2impuritis 2. Ball Mill C-101 Q1 Tanin Impuritis Q2 Tanin Impuritis Q2 Tanin Impuritis Q3 Tanin Impuritis

(10)

Pada ball mill tidak ada perubahan jumlah energi pada setiap komponen, hanya Q2 tanin = Q3 tanin

Q2 impuritis = Q3 impuritis

3. Tangki Ekstraksi

Energi masuk Qmasuk (kg/jam) Qkeluar (kg/jam) Pada Alur 3 a. Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾303𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (5) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 303 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 303 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (303 4 -2984) = 92,4955 + 200,5206 – 38,05340 + 2,74166 = 257,7044 j/mol = 0,061593 kkal/mol

Q3tanin = N3tanin ∫298𝐾303𝐾Cp tanin dT = F3tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 303K 298K = 0,1204 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,061593 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 TE-101 Q3 T=30oC Tanin Impuritis Air Q4 T=30oC Etanol Air Q5 T=30oC Tanin Impuritis Etanol Air

(11)

= 7,4 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Impuritis Q3impuritis = m x Cp x dT = 767,775 kg/jam x 0,54 kkal/kgoC (30-25)oC = 2.073,0 kkal/jam c. Air Q3air = m x Cp x dT = 51,185 kg/jam x 1 kkal/kgoC (30-25)oC = 255,925kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 3 = 2.336,34 kkal/jam Pada Alur 4 a. Etanol = 2.948,25 kg/jam x 0,670 kkal/kgoC (30-25)oC = 9.876,65kkal/jam b. Air Q4air = m x Cp x dT = 122,84 kg/jam x 1 kkal/kgoC (30 -25)oC = 614,22kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 4 = 10.490,9kkal/jam

Total Qmasuk = 2.336,34 kkal/jam + 10.490,9kkal/jam = 12.827,2 kkal/jam Energi Keluar Pada Alur 5 a. Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾303𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (5) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 303 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 303 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (303 4 -2984) = 92,4955 + 200,5206 – 38,05340 + 2,74166 = 257,7044 j/mol

(12)

= 0,061593 kkal/mol

Q5tanin = N5tanin ∫203𝐾303𝐾Cp tanin dT = F5tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 303K 298K = 0,12043 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,061593 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 7,4 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Impuritis Q5impuritis = m x Cp x dT = 767,775 kg/jam x 0,54 kkal/kgoC (30-25)oC = 2.072,99 kkal/jam c. Etanol

Q5Etanol = 2.948,3 kg/jam x 0,67 kkal/kgoC (30-25)oC = 9.876kkal/jam

d. Air

Q5air = m x Cp x dT

= 174,029 kg/jam x 1 kkal/kgoC (30-25)oC = 870,145 kkal/jam

Tabel LB.1 Neraca Energi Dalam Ekstraksi

Komponen Energi Masuk (Kg/Jam) Energi Keluar

(Kg/jam)

Alur 3 Alur 4 Alur 5

Tanin 7,4 — 77,0 Impuritis 2.073,0 — 2.073,0 Etanol — 9.876,7 9.876,7 Air 255,9 614,2 870,1 Subtotal 2.336,3 10.490,9 12.827,2 Total 12.827,2 12.827,2 4. Filter Press Q5 T=30oC Tanin Impuritis Etanol Q7 Tanin Etanol Air T=30oC

(13)

Q5= Q6 + Q7

Tabel LB.2 Neraca Energi Dalam Filter Press

Komponen Energi Keluar (Kg/Jam) Energi Masuk

(Kg/jam)

Alur 7 Alur 6 Alur 5

Tanin 7,3 — 7,4 Impuritis — 2.181,2 2.073,0 Etanol 9.777,9 — 9.876,7 Air 861,4 — 870,1 Subtotal 10.646,7 2.181,2 12.827,2 Total 12.827,2 12.827,2 5. Tangki Pengendapan Energi Masuk Pada Alur 7 Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾303𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (5) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 303 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 303 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (303 4 -2984) = 92,4955 + 200,520 – 38,053 + 2,741 = 257,704 j/mol = 0,061593 kkal/mol Q7 Tanin Etanol Air T=30oC Q8 Tanin Etanol Air T=30oC

(14)

Q7tanin = N7tanin ∫298𝐾303𝐾Cp tanin dT = F5tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 303K 298K = 0,11923 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,061593 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 7,3 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol

Q7Etanol = 2.918,773 kg/jam x 0,67 kkal/kgoC (30-25)oC = 97.778,91kkal/jam

c. Air

Q7air = 172,288 kg/jam x 1 kkal/kgoC (30-25)oC = 8.614,435kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 7 = 10.646,678 kkal/jam Energi Keluar Pada Alur 8 a.Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾303𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (5) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 303 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 303 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (303 4 -2984) = 92,4955 + 200,5206 – 38,05340 + 2,74166 = 257,7044 j/mol = 0,061593 kkal/mol

Q8tanin = N8tanin ∫298𝐾303𝐾Cp tanin dT = F8tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 303K 298K = 0,119 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,061593 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 7,343 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol

(15)

= 9.777,891kkal/jam c. Air

Q8air = 172,288 kg/jam x 1 kkal/kgoC (30-25)oC = 861,443 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 8 = 10.646,68 kkal/jam

Tabel LB- 3 Neraca Energi Dalam Tangki Pengendapan

Komponen Panas Masuk (Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 7 Alur 8 Tanin 7,3 7,3 Etanol 9.777,9 9.777,9 Air 861,4 861,4 Total 10.646,7 10.646,7 6. Evaporator Energi Masuk Pada Alur 8 a.Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾303𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (5) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 303 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 303 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (303 4 -2984) = 92,4955 + 200,5206 – 38,05340 + 2,74166 = 257,7044 j/mol = 0,061593 kkal/mol Q8 T=30oC Tanin Etanol Air Q9 T=85oC Tanin Etanol Air Q14 T=85oC Etanol Air Steam masuk T=130oC Kondensat

(16)

Q8tanin = N8tanin ∫298𝐾303𝐾Cp tanin dT = F8tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 303K 298K = 0,11923 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,061593 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 7,343 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol

Q8Etanol = 2.918,773 kg/jam x 0,67 kkal/kgoC (30-25)oC = 9.777,891kkal/jam

c. Air

Q8air = 172,773 kg/jam x 1 kkal/kgoC (30-25)oC = 861,443 kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 8 = 10.646,68 kkal/jam

Energi Keluar Pada Alur 9 a.Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾358𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (60) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 358 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 358 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (358 4 -2984) = 1109,946 + 2626,453 – 545,5478 + 43,139 = 3233,990734 j/mol = 0,77294 kkal/mol

Q9tanin = N9tanin ∫298𝐾358𝐾Cp tanin dT = F9tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 358K 298K = 0,11923 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,77294 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙

(17)

= 92,158 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol Q9Etanol = m x Cp x dT =165,75 x 0,670 kkal/kgoC (85-25) = 4.693,38kkal/jam c. Air

Q9air = 165,397 kg/jam x 1 kkal/kgoC (85-25)oC = 9.923,82 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 9 = 14.709,37 kkal/jam

Pada Alur 14 Pada Alur 14 a. Etanol Q14Etanol = m x Cp x dT =2.802 x 0,505 kkal/kgoC (85-25) = 84.901,28kkal/jam b. Air Q14Air = m x Cp x dT = 6,89 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (85-25) = 413,49kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 14 = 85.314,77 kkal/jam Total Q keluar = 100.024,15 kkal/jam

Total Qsteam = Qkeluar - Qmasuk

= 100.024,15 kkal/jam – 10.646,67kkal/jam = 89.377,42 kkal/jam

Jadi energi yang dihasilkan oleh steam pada alur masuk sebesar 89.377,42 kkal/jam H (1300C) = 2716,484 kJ/kg H (850C) = 355,856 kJ/kg λ= H (1300 C) – H (850C) = (2716,484 – 355,856)

(18)

= 2.360,628 kJ/kg x 1𝑘𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑔

4,184𝑘𝑗/𝑘𝑔

= 564,2036kkal/kg

maka laju steam yang dibutuhkan : = 𝑄

λ=

89.377,42 kj/jam 564,2036kj/kg `

= 158,41kg/jam Tabel LB- 4 Neraca Energi Dalam Evaporator

Komponen Panas Masuk

(Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 8 Alur 14 Alur 9

Tanin 7,3 92,2 Etanol 9.777,9 84.901,3 4693,4 Air 861,4 413,5 9923,8 QSteam 89.377,5 Total 100.024,2 100.024,2 7. Kondensor (E-101) Energi Masuk Pada Alur 14 a. Etanol Q14Etanol = m x Cp x dT =2.802,022 x 0,505 kkal/kgoC (85-25) = 84.901,28kkal/jam b. Air Q14Air = m x Cp x dT Q14 T=85oC Etanol Air (uap) Q15 T=30oC Etanol Air cair Air pendingin buangan T=40oC Air pendingin T=25oC

(19)

= 6,89 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (85-25) = 413,49kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 14 = 85.314,77 kkal/jam Energi Keluar a. Etanol Q15Etanol = m x Cp x dT =2.802,02 x 0,505 kkal/kgoC (30-25) = 7.075,10kkal/jam b. Air Q15Air = m x Cp x dT = 6,89 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (30-25) = 34,45 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 15 = 7.109,56 kkal/jam Total Qdiserap = Qkeluar – Qmasuk

= -78.205,21 kkal/jam

Jadi, energi yang diserap oleh air pendingin pada alur keluar sebesar -78.205,21 kkal/jam.

Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan : Kondisi masuk air pendingin pada T= 25oC Kondisi air pendingin keluar T = 40oC H (250C) = 104,8 kJ/kg H (400C) = 167,4 kJ/kg λ = H (250 C) – H (400C) = (104,8 – 167,4) = -62,5 kJ/kg x 1𝑘𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑔 4,184𝑘𝑗/𝑘𝑔 = -14,961kkal/kg

Jumlah air pendingin yang diperlukan (m) = 𝑄

λ=

−78.205,21 kkal/jam −14,961kj/kg

(20)

Tabel LB- 5 Neraca Energi Dalam Kondensor

Komponen Panas Masuk (Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 14 Alur 15 Etanol 84901,3 7075,1 Air 413,5 34,5 Qdiserap — 78.205,2 Total 85.314,8 85.314,8 8. Destilasi Energi Masuk a. Etanol Q15Etanol = m x Cp x dT =2.802,02 x 0,505 kkal/kgoC (30-25) = 7.075,10kkal/jam b. Air Q15Air = m x Cp x dT V-21 Q15 T=30oC Etanol Air Q17 T=85oC Etanol Air Q16 T=85oC Etanol Air Steam masuk T= 130oC

(21)

= 6,89 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (30-25) = 34,45kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 15 = 7.109,564 kkal/jam

Energi Keluar Pada Alur 16 a. Etanol Q16Etanol = m x Cp x dT =112,08x 0,670 kkal/kgoC (85-25) = 3.396,051kkal/jam b. Air Q16Air = m x Cp x dT = 6,62 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (85-25) = 396,95kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 16 = 3.793,004kkal/jam Pada Alur 17 a. Etanol Q17Etanol = m x Cp x dT =2.689,94 x 0,505 kkal/kgoC (85-25) = 81.505,23kkal/jam b. Air Q17Air = m x Cp x dT = 0,28 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (85-25) = 16,53kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 17 = 81.521,77 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 16 dan 17 = 3.793,004kkal/jam + 81.521,77 kkal/jam = 85.314,77 kkal/jam

Total Qsteam = Qkeluar - Qmasuk

= 85.314,77 kkal/jam – 7.109,564 kkal/jam = 78.205,21kkal/jam

Jadi energy yang dihasilkan oleh steam pada alur masuk adalah 78.205,21kkal/jam

(22)

H (1300C) = 2716,484 kJ/kg H (850C) = 355,856 kJ/kg λ= H (1300 C) – H (850C) = (2716,484 – 355,856) = 2360,628 kJ/kg x 1𝑘𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑔 4,184𝑘𝑗/𝑘𝑔 = 564,2036kkal/kg

Maka laju steam yang dibutuhkan adalah 𝑄

λ =

78.205,21kj/jam

564,2036kj/kg = 138,611kg/jam

Tabel LB- 6 Neraca Energi Dalam Destilasi

Komponen Panas Masuk (Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 15 Alur 16 Alur 17

Etanol 7.075,1 3.96,1 8.1505,2 Air 34,5 397,0 16,5 QSteam 78.205,2 — ― Subtotal 85.314,8 3.793,0 8.1521,8 Total 85.314,8 85.314,8 9. Kondensor (E-102) Energi Masuk Pada Alur 17 a. Etanol Q17Etanol = m x Cp x dT =2.689,94 x 0,505 kkal/kgoC (85-25) = 81.505,23kkal/jam b. Air Q17 T=85oC Etanol Air (uap) Q18 T=30oC Etanol Air cair

Air pendingin buangan T=40oC Air pendingin T=25oC

(23)

Q17Air = m x Cp x dT

= 0,28 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (85-25) = 16,53kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 17 = 81.521,77 kkal/jam

Energi Keluar a. Etanol Q18Etanol = m x Cp x dT =2.689,94 x 0,505 kkal/kgoC (30-25) = 6.792,10kkal/jam b. Air Q18Air = m x Cp x dT = 0,28 x 1 kkal/kgoC kkal/kgoC (30-25) = 1,378kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 18 = 6.793,48 kkal/jam Total Qdiserap = Qkeluar – Qmasuk

= -74.728,28 kkal/jam

Jadi, energi yang diserap oleh air pendingin pada alur keluar sebesar -74.728,28 kkal/jam.

Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan : Kondisi masuk air pendingin pada T= 25oC Kondisi air pendingin keluar T = 40oC H (250C) = 104,8 kJ/kg H (400C) = 167,4 kJ/kg λ = H (250 C) – H (400C) = (104,8 – 167,4) = -62,5 kJ/kg x 1𝑘𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑔 4,184𝑘𝑗/𝑘𝑔 = -14,961kkal/kg

Jumlah air pendingin yang diperlukan (m) = 𝑄

λ=

−74.728,28 kkal/jam −14,961kj/kg

(24)

Tabel LB- 6 Neraca Energi Dalam Kondensor

Komponen Panas Masuk (Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 17 Alur 18 Etanol 81.505,2 6.792,1 Air 16,5 1,7 Qdiserap — 74.728,3 Total 81.521,8 81.521,8 10. Rotary Dryer Energi Masuk Pada Alur 9 a.Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾358𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (60) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 358 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 358 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (358 4 -2984) = 1109,946 + 2626,453 – 545,5478 + 43,139 = 3233,990734 j/mol Qudara Tudara masuk = 130oC Q9 T=85oC Tanin Etanol Air F10 Tanin Air Q11 T=100oC Air Etanol Udara Q10 T=100oC Tanin Etanol Air

Steam

(25)

= 0,77294 kkal/mol

Q9tanin = N9tanin ∫298𝐾358𝐾Cp tanin dT = F9tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 358K 298K = 0,11923 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,77294 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 92,15 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol Q9Etanol = m x Cp x dT =116,75 x 0,670 kkal/kgoC (85-25) = 4.693,38kkal/jam c. Air

Q9air = 165,4 kg/jam x 1 kkal/kgoC (85-25)oC = 9.923,82 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 9 = 14.709,37 kkal/jam Energi Keluar Pada Alur 10 Cp Tanin = ∫298𝐾373𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (75) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 373 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 373 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (373 4 -2984) = 1387,4325 + 3358,137 – 714,456 + 57,944 = 4089,0575 j/mol = 0,977308 kkal/mol

Q10tanin = N9tanin ∫298𝐾373𝐾Cp tanin dT = F9tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 373K 298K = 0,11923 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,977308 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 116,525 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol Q10Etanol = m x Cp x dT

(26)

=2,335 x 0,670 kkal/kgoC (100-25) = 117,33kkal/jam

c. Air

Q10air = 3,3 kg/jam x 1 kkal/kgoC (100-25)oC = 248,095 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 10 = 481,955 kkal/jam

Pada Alur 11 a. Etanol Q9Etanol = m x Cp x dT =114,41 x 0,505 kkal/kgoC (100-25) = 4.333,50kkal/jam b. Air

Q11air = 162,09 kg/jam x 1 kkal/kgoC (100-25)oC = 12.156,691 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 11 = 16.490,19 kkal/jam

Total Qkeluar = 481,955 kkal/jam + 16.490,19 kkal/jam = 16.972,15 kkal/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 = 22,392

Temperatur udara keluar heater sebesar 100oC (212oF) H = 0,24 (266 – 77) + 0,019 (1069,8 + 0,45 (266-77)) H = 67,131Btu/lb

Misalkan : kebutuhan udara = X lb

Panas udara keluar heater = masuk drier = 67,131 X Btu Panas udara masuk heater = keluar drier = 22,392.Xbtu

(27)

Panas masuk drier = panas umpan masuk + panas udara masuk = 14.709,37 + 67,131 X Btu

Panas keluar drier = panas umpan keluar + panas udara keluar = 16.972,15 + 22,392 X Btu

Neraca energi pada drier : Panas masuk = panas keluar

14.709,37 + 67,131 X Btu = 16.972,15 + 22,392 X Btu -2.262,77 = -44,739 X Btu

X Btu = 50,57

Qudara masuk (Qo) = 3.759,25 Btu = 1.432,62 kkal/jam Qudara keluar (Qi) = 1214,291 Btu = 830,12 kkal/jam Qs = Qo + Qi

= 2.262,73 kkal/jam

Kondisi saturated steam (P = 1 atm, T = 130oC) T keluar = 100oC

Cp H2O = 1 kkal/kgoC

λ = 2733,730 kJ/Kg = 653,377 kkal/kg (Smith,1987)

Steam yang dibutuhkan :𝑚= 2.262,73 kkal/jam

653,377kkal/kg

= 3,463

kg/jam

Tabel LB- 7 Neraca Energi Dalam Rotary dryer Komponen Panas Masuk

(Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 9 Alur 10 Alur 11

Tanin 92,2 116,5 — Etanol 4693,4 117,3 4333,5 Air 9.923,8 248,1 12.156,7 QSteam 2.262,7 — — Subtotal 16.972,1 482,0 16.490,2 Total 16.972,2 16.972,2

(28)

11. Rotari Cooler Energi Masuk Pada Alur 10 Cp Tanin = ∫298𝐾373𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (75) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 373 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 373 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (373 4 -2984) = 1387,4325 + 3358,137 – 714,456 + 57,944 = 4089,0575 j/mol = 0,977308 kkal/mol

Q10tanin = N9tanin ∫298𝐾373𝐾Cp tanin dT = F9tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 373K 298K = 0,11923 𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,977308 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 116,52 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol Q10Etanol = m x Cp x dT Q10 T=100oC Tanin Air Q12 T=30oC Tanin Air Air pendingin Air T=25oC Air pendingin buangan T=40oC

(29)

=2,335 x 0,670 kkal/kgoC (100-25) = 117,33kkal/jam

b. Air

Q10air = 3,31 kg/jam x 1 kkal/kgoC (100-25)oC = 248,095 kkal/jam

Total Qmasuk pada alur 10 = 481,955 kkal/jam Energi Keluar Pada Alur 12 a.Tanin Cp Tanin = ∫298𝐾303𝐾( 18,4991 + 13,3458 𝑥 10−2𝑇 −0,8428 𝑥 10−4𝑇−2 + 2,0206 x 10-8T3) dT = 18,4991 (5) + 13,3458𝑥10−2 2 ( 303 2 -2982) - 0,8428𝑥10−4 3 ( 303 3 -2983) + 2,0206𝑥10−8 4 (303 4 -2984) = 92,4955 + 200,5206 – 38,05340 + 2,74166 = 257,7044 j/mol = 0,061593 kkal/mol

Q12tanin = N12tanin ∫298𝐾303𝐾Cp tanin dT = F12tanin BMtanin∫ Cp tanin dT 303K 298K = 0,11923𝑘𝑚𝑜𝑙 𝑗𝑎𝑚 x 0,061593 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑚𝑜𝑙 1𝑘𝑚𝑜𝑙 = 7,343 𝑘𝑘𝑎𝑙 𝑗𝑎𝑚 b. Etanol Q12Etanol = m x Cp x dT =2,335 x 0,670 kkal/kgoC (30-25) = 7,343kkal/jam b. Air

Q12air = 3,31 kg/jam x 1 kkal/kgoC (30-25)oC = 16,539 kkal/jam

Total Qkeluar pada alur 12 = 31,705 kkal/jam Qdiserap = Qkeluar – Qmasuk

(30)

= -450,249 kkal/jam

Jadi, energi yang diserap oleh air pendingin pada alur keluar sebesar -450,249 kkal/jam.

Maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan : Kondisi masuk air pendingin pada T= 25oC Kondisi air pendingin keluar T = 40oC H (250C) = 104,8 kJ/kg H (400C) = 167,4 kJ/kg λ = H (250 C) – H (400C) = (104,8 – 167,4) = -62,5 kJ/kg x 1𝑘𝑘𝑎𝑙/𝑘𝑔 4,184𝑘𝑗/𝑘𝑔 = -14,961kkal/kg

Jumlah air pendingin yang diperlukan (m) = 𝑄

λ=

−450,249 kkal/jam −14,961kj/kg

= 22,773kg/jam Tabel LB- 8 Neraca Energi Dalam Rotary cooler

Komponen Panas Masuk (Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 10 Alur 12 Tanin 116,53 7,34 Etanol 117,3 7,8 Air 248,1 16,54 Qdiserap 450,2 Total 482,0 482,0 12. Ball Mill

Pada ball mill tidak ada perubahan jumlah energi pada setiap komponen, hanya Q12tanin = Q13tanin Q12 Tanin Air Q13 Tanin Air

(31)

Tabel LB- 8 Neraca Energi Dalam Ball Mill

Komponen Panas Masuk (Kkal/Jam) Panas Keluar (Kkal/jam)

Alur 12 Alur 13

Tanin 7,3 7,3

Etanol 7,8 7,8

Air 16,5 16,5

(32)

LAMPIRAN C

PERHITUNGAN SPESIFIKASI ALAT

LC.1. Gudang Bahan Bakar (GBB)

Fungsi : sebagai tempat persediaan bahan baku.

Laju air masuk kulit kakao (G) = 1023,7 kg/jam (Lampiran A) Densitas kulit kakao (ρ) = 1322,5 kg/m³ (Effendi,dkk) Lama penyimpanan (Ө) = 7 hari

= 168 jam

Faktor kelonggaran (fk) = 20% (Perry, 1984) Jumlah gudang yang akan dilaksanakan sebanyak 1 unit dengan desain sebagai berikut : • Tinggi (h) = 5 m • Panjang = 2 XL Volume gudang (V) = p x L x h V = 2 x L x L x 5 V = 10L² Volume bahan (Vb) = G 𝜌 = 1023,7x24x7 1322,5 = 130,04 m³/jam Volume bahan dalam gudang untuk 7 hari

V = Vb x (1 + fk) = 130,04 x (1 + 0,2) = 156,05. m³ Sehingga diperoleh : 156,05 = 10 L² L² = 15,60 L = 3,95 m Maka,

(33)

P = 2 x L = 2 x 3,847 = 7,90 m Diperoleh spesifikasi gudang bahan baku :

• Konstruksi yang diinginkan pondasi beton dengan dinding batu dan atap seng

• Tinggi gudang = 5 m

• Panjang gudang = 7,90 m

• Lebar gudang = 3,95 m

LC.2. Tangki Etanol 96% (T-101)

Fungs : untuk menampung etanol selama 2 hari operasi Jumlah tangki yang ingin dirancang sebanyak 1 buah Tekanan pada tangki = 1 atm

Temperatur tangki = 30ºC

Laju alir masuk (G) = 3071,1 kg/jam (Lampiran A) = 6770,24 lb/jam

Densitas etanol 96% (ρ) = 792,71 kg/m³ = 1.747,6355 lb/ft³ Waktu tinggal (Ө) = 48 jam

Tangki dirancang berbentuk silinder tegak dengan tutup bawah datar dan tutup atas ellipsoidal.

Hh

Hs

D

(34)

Perhitungan :

Menentukan ukuran tangki a. Volume Tangki, VT

Massa, m = 3.071,1 kg/jam x 24 jam/hari x 3 hari = 221.119,2 kg Volume larutan, Vl = 221.119,2 kg 792,71 kg/m3 = 278,94 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 x 𝑚 𝑝 = 1,2 x 278,94 = 334,72 m3 b. Diameter dan tinggi shell

Volume shell tangki (Vs) :

Vs = 1 4πDi 2 Hs ; asumsi : Di : Hs = 1 : 3 Vs = 3 4πDi 3

(Perry dan Green, 1999) Volume tutup tangki (Ve) :

Ve = 𝜋 24 Di 3 (Brownell, 1959) Volume tangki (V) : V = Vs + Ve V = 19 24πDi 3 334,72 m3 = 19 24πDi 3 Di = 5,125 m = 203,53 in Hs = 15,37 m Hs = 610,60 in

c. Tebal shell tangki t = 𝑃𝑅

𝑆𝐸−0,6𝑃 + n.C (Perry dan Green, 1999)

Dimana :

t = tebal shell (in) P = tekanan desain (psia) R = jari-jari dalam tangki (in)

(35)

E = Joint effisiensi (Brownell,1959)

S = allowable stress (Brownell, 1959)

C = corrosion allowance (in/tahun) n = umur alat

Volume larutan = 278,94 m3 Volume tangki = 334,72 m3 Tinggi larutan dalam tangki = 278,94

334,72 x Hs = 278,94 334,72 x 15,37 m = 12,81 m Tekanan hidrostatik P = ρ x g x l =792,71 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 12,81 m = 99.545,32 Pa = 14,43 psia Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesain = (1,2) Poperasi

= 1,2 (14,696 + 14,43) = 34,96 psia

• Direncanakan bahan konstruksi Stainless Steel SA-304 (Peters, dkk., 2004)

Allowable workinh stress (S) = 18.700 psi (Peters, dkk., 2004)

Joint effesiensi (E) = 0,85

corrosion allowance(C) = 0,125in/tahun (Perry dan Green, 1999)

• Umur alat = 10 tahun

𝑡 =𝑆𝐸 −𝑃𝑅0,6𝑃+ 𝑛.𝐶

=(18.700𝑝𝑠𝑖14,43𝑥 0,85)𝑝𝑠𝑖𝑥 5,125(0,6 𝑥𝑖𝑛 14,43𝑝𝑠𝑖) + 10 𝑥 0,125𝑖𝑛 = 1,2546 in

Tebal shell standar yang digunaka= 11

2n ( Brownell dan Young, 1959)

d. Tebal tutup tangki

Tebal dinding head (tutup tangki)

(36)

Joint effesiensi (E) = 0,85 (Peters, dkk., 2004)

corrosion allowance(C) = 0,125in/tahun (Peters, dkk., 2004)

• Umur alat = 10 tahun (Perry dan Green, 1999)

• Tebal head (dh)= 𝑃𝑥𝐷𝑖

2𝑆−0,2𝑃+ (𝐶𝑥𝐴) (Peters, dkk., 2004)

Dimana : dh = tebal dinding head (tutup tangki) (in) P = tekanan desain (psi)

Di = diameter tangki (in) S = stress yang diizinkan E = efisiensi pengelasan

=(2 x18.70014,43𝑝𝑠𝑖𝑥 0,85)𝑝𝑠𝑖𝑥 5,125(0,6 𝑖𝑛𝑥 14,18𝑝𝑠𝑖) + 10 𝑥 0,125𝑖𝑛 = 1,2523 in

Dipilih tebal head standar = 11

2 ( Brownell dan Young, 1959)

e. Diameter dan tinggi tutup Diameter = shell besar dari 1 in,

Diameter = Di + Di/24 + 2sf + 2/3 icr + l ( Brownell dan Young, 1959) Dimana : Di = diameter tangki, in

sf = panjang straight-flange, in icr = inside – corner radius, in l = tebal shell, in

Dari tabel 5.6 Brownell diperoleh untuk tebal shell= 11

2

𝑠𝑓 = 112−412 𝑖𝑛dipilih 11

2𝑖𝑛

𝑖𝑐𝑟= 51

4𝑖𝑛

Tinggi head = Di x 1/5 (Brwonell and Young,1959) = 5,125 x 1/5

= 1,025 m = 3,362 ft

(37)

LC. 3 Hammer Crusher (HC-101)

Fungsi : Untuk memotong – motong kulit kakao untuk menjadi potongan yang lebih kecil

Jenis : Smooth Roll crusher Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah : 1 unit Kapasitas : 1023,7 kg/jam Perhitungan daya : dr = (0,961 df - do)/0,039 ( Wallas, 1998) dimana ; dr = diameter roll df = diameter umpan do = diameter celah roll

Diperkirakan umpan cullet memiliki ukuran berkisar 1,5 in, diambil ukuran (df) = 1,5 in

Pemecahan menggunakan Smooth Roll crusher dengan diameter celah roll dengan ukuran (do) = 0,5 in

Pemecahan menggunakan Smooth Roll crusher dengan diameter celah roll dengan ukuran (do) = 0,5 in

dr = (0,961 df - do)/0,039 dr = (0,961x (1,5 – 0,5)/0,039 dr = 24,64in

Sesuai dengan tabel 12.8 b, Wallas,1998 maka ukuran crusher yang digunakan : Diamete Roll = 24 in

Diameter Lump Maks = 14 in Kecepatan Roll = 125 rpm

Untuk menghitung daya motor yang digunakan:

P = 0,3 ms x R* (Timmerhaus,2004)

Dimana : ms = kapasitas umpan ( kg/s) R* = maksimum reduction ratio

( R* = 16 untuk smooth roll crusher) ( Timmerhaus,2004) P = 0,3 ms x R*

(38)

= 1,36 kW

LC.4 Ball Mill (BM-101)

Fungsi : menghaluskan kulit kakao sehingga diperoleh ukuran mesh 200 mesh. Laju alir masuk kulit kakao (G) = 1023,7 kg/jam (lampiran A)

= 1,0237 ton/jam

Efisiensi mill = 97% < 200 mesh (Perry,1984) Kapasitas = (1 + fk) x G

= (1 + 0,2) x 1,0237 ton/jam = 1,228 ton/jam

Untuk kapasitas diatas maka digunakan spesifikasi mill jenis marcy ball mill

• Spesifikasi : No.200 sieve

• Kapasitas : 3 ton/jam

• Tipe : Marcy Ball mill

• Size : 3 x 2

• Ball charge : 0,85 ton

• Power : 5 Hp

• Mill speed : 35 rpm

• Jumlah : 1 unit

(Sumber : tabel 20-16, Perry, 1984) LC.5 Ekstraktor (T-102)

Fungsi : Untuk mengekstrak serbuk kakao dengan etanol

Bentuk : Silinder tegak dengan alas kerucut dan tutup elipsoidal Bahan : Stainless Steel A – 283 -54 grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : 75oC; 1 atm

Laju alir massa = 4094,8 kg/jam = 9027,35 lb/jam (lampiran A) Waktu perancangan = 1 jam

Faktor kelonggaran = 20%

Densitas campuran( ρcamp ) = 1076,307 kg/m3 = 67,1916 lb/ft3 1. Menentukan ukuran tangki

a. Volume larutan (VL) = 4094,8 𝑥1

(39)

=3,804 m3

Volume tangki (VT) = ( 1 + 0,2) x 3,804 = 4,565 m3

Volume tiap tangki = 4,565

2

= 2,282 m3

b. Diameter silinder dan tinggi silinder

• Volume tangki = volume silinder + volume tutup + volume kerucut

VT= Vs + Vh + Vk

• Volume silnder dan tinggi silinder : Volume silinder (Vs) = ¼ π D2H1 Diambil H1= D Vs = ¼ πD2(D) Vs=0,918 D3 • Volume tutup (Vh) : Diambil H2 = ¼ D

𝑉h = 24π 𝐷3 (Brownel and Young,1958)

= 0,1308 x D3 • Dimaeter tangki (VT) = Vs+ Vh VT = (0,918 D3 + 1,0488 D3) D = 1,63 m = 5,248 ft Tinggi Slinder Hsr= 5 4𝑥163 = 2,04 𝑚 = 5,56𝑓𝑡 Tinggi tutup Hh = 1 4𝑥163 = 0,4081m

Tinggi total tangki HT = 2,449 m =7,782 ft Tinggi cairan Hc = 3,80

4,56𝑥2,44 = 2,04 = 6,56 𝑓𝑡

r = 0,82m r = 2,624 ft = 31,46 in

(40)

(t) = 𝑃𝑅

𝑆𝐸−0,6𝑃+ (𝐶𝑥𝑁) (Tabel 9 Mc Cetta and Cunningham,1993)

Allowable working stress (S) = 12.650 psia (Brownel &Young,1958)

• Effisiensi sambungan (E) = 0,8 (Brownel &Young,1958)

• Faktor korosi (C) = 0,01 inch/thn (Perry & Green,1979)

• Diambil = 0,01 inc/tahun

• Umur alat (N) = 15 tahun

• Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia

• Tekanan hidrostatik (Ph) =𝐻𝑐−1 144 𝑥𝜌 =2,040−1 144 𝑥 67,19 = 0,485 psi • Tekanan opersi (P) = Po+ Ph = 14,696 + 0,485 = 15,181 psi • Tekanan desain (Pd) = (1 + fk) x P = (1 + 0,2) x 15,181 = 18,21 psia

Maka tebal shell : (t) = 18,19𝑥31,46

(1260𝑥0,8)−0,6𝑥15 + 0,01 𝑥 15

= 0,21 inch

Digunakan tebal shell standar = 2/5 inc b. Tebal tutup :

Tebal tutup dianggap sama dengan tebal shell karena terbuat dari bahan yang sama = 2/5 inc

3. Penentuan pengaduk

Jenis pengaduk : flat 6 blade turbin impeller Jumlah baffle : 4 buah

Untuk turbin standar (Mc, Cabe, 1993) diperoleh : Da/Dt = 1/3 ; Da = 1/3 x 5,248 ft = 1,7493 ft E/Da = 1 ; E = 1,7493 ft

(41)

W/Da = 1/5 ; 1/5 x 1,7493 ft = 0,3499 ft J/Dt = 1/12 ; J = 1/12 x 1,7493 ft = 0,4373 ft Dimana :

Dt = Diameter tangki Da = Diameter impeller

E = Tinggi turbin dari dasar tangki L = panjang blade pada turbin W = Lebar blade pada turbin J = lebar baffle

Kecepatan pengaduk (N) = 1 putaran/detik ρ N (D1)2 Bilangan Reynold (NRe) =ρN (D1)2

𝜇 :(Brownell and young,1959)

= 67,1916x1x5,2482

0,0003

= 6168525

NRe> 10.000 maka perhitungan pengadukan menggunakan rumus: P=KTn`3𝐷𝑎5𝜌 𝑔𝑐 P=6,3x (1put/det )3𝑥1,74935𝑥67,1916 32,174 =6934,551 ft lbf/dt = 12,6 Hp

Effisiensi motor penggerak 80% Daya motor penggerak =12,6

0,8

= 15,75 Hp Penentuan Jaket Pemanas

Jumlah Steam (130oC) =177,81 kg/jam Densitas steam = 5,16 kg/m3 Laju alir steam (Qs) = 34,460 m3/jam Diameter dalam jaket = 62,97 + (0,5 x 2)

= 63,97 inch Tinggi jaket = tinggi ekstraktor= 2,04 m Asumsi tebal jaket = 5 inch

(42)

= 72,97 inch Luas yang dilalui steam (A) = 3,14

4𝑥72,972−63,972 = 0,62m Kecepatan steam (v) = 34,46 0,62 = 55,20 Phidrostatis = 5,16 x 9,8 x 2,04 = 103,20pa = 0,1033 kpa = 0,0149 psia Pdesaign = 1,2 x (101,49 + 14,696) = 17,65 Tj = 17,65x72,97 2x (12.650x0,8 )–(0,6x17,65)+(10x0,125) = 1,31 inch LC. 6 Filter Press (FP-101)

Fungsi : untuk memisahkan antara impuritis dengan tanin yang bercampur didalam pelarut etanol

Bahan : Carbon steel SA-333 Jenis : plate and frame

Laju alir massa (G) = 4.094,8 kg/jam = 9.027,4 lb/jam Densitas (ρ) = 1076,3 kg/m3 = 67,2 lb/ft3 Laju alir (Q) = ρm = 9.027,4 lb/jam 67,2lb/ft3 = 134,4 𝑓𝑡3/jam

Porositas bahan (P) = 0,6 (Brownwll,1969) Densitas cake (ρ) = 1012,4 kg/m3 (Geankoplis,1983)

= 63,2 lb/ft3

Massa padatan tertahan (MP) = 767,8 kg/jam = 1692,7 lb/jam

(43)

Tebal cake(Vc) = Mp (1−P)xρc = 1692,7 (1−0,6)x63,2 = 67,0 ft3/jam Cake frame (s) = Mp Vc = 1692,7b/jam 67,0ft3 /jam =25,3 ft3 Jumlah frame (F) = 10ρc S = 10x67,0lb/ft 25,3 = 25 unit Lebar = 1,55 ft = 0,4724 m Panjang (P) = 2 x 1,55 ft = 3,1 ft = 0,9449 m Luas filter = p x l = 3,1 ft x 1,55 ft = 4,805 ft2 Spesifikasi filter penyaringan : Luas filter = 4,8 ft2

Lebar = 1,55 ft Panjang = 3,1 ft

Jumlah frame = 25 unit

LC.7 Tangki Pengendapan (T-103)

Fungsi : Untuk mengendapkan campuran tanin dengan etanol Bentuk : Silinder tegak dengan alas kerucut dan tutup elipsoidal Bahan : Stainless Steel A – 283 -54 grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : 30oC; 1 atm

(44)

= 7261,37 lb/jam Waktu perancangan = 1 jam

Faktor kelonggaran = 20%

Densitas campuran(ρcamp ) = 1076,307 kg/m3 = 67,1916 lb/ft3

Viskositas campuran (μcamp ) =3,6337 cP = 8,794 lb/ft.jam =2,442.10-3

lb/ft.det 2. Menentukan ukuran tangki

-. Volume larutan (VL) = 3293,75kg/jam

1076,307kg/m3 𝑥 1 𝑗𝑎𝑚

= 3,06 m3

-.Volume tangki (VT) = (1 + 0,2 ) x 3,06 m3 = 3,67 m3

-. Volume tiap tangki= 3,467kg/jam

2 = 1,83m

3

- Diameter silinder dan tinggi silinder

Volume tangki = volume silinder + volume tutup + volumekerucut VT= Vs + Vh + Vk

Volume silnder dan tinggi silinder : Volume silinder (Vs) = ¼ π x 5/4D2x D Diambil H1= D Vs= ¼ π D2(D) Vs=0,918 D3 Volume tutup (Vh) : Diambil H2 = ¼ D Vh = 𝜋

24𝐷3 = 0,131 𝐷3 (Brownel and Young,1958)

Volume kerucut (Vk) = 1/3 π(D/2)H2

Diambil H3 = ½ D (Brownel and Young,1958) Vk= 1/3 π (D/2)( ½D) Vk= 0,131 D3 Diameter tangki (VT) = Vs+ Vh + Vk = 0,918 D3 + 0,1308 D3 + 0,131 D3 = 1,46 m= 4,887 ft = 58,63 inch r= 1,46 2 r = 0,73 m = 2,46 ft = 29,49 inch

(45)

Diameter kerucut

r = 0,6 D sin Ө (Brownel and Young,1958) Dimana :

r = jari – jari konis D = diameter tangki Ө = sudut pada konis Diambil Ө = 50o

Maka; r = 0,6 ( 1,154) sin 50o = 0,530 m Diameter konis = 0,530 m x 2 = 1,06 m g. Menghitung tinggi tangki

• Tinggi tangki; H1= D H1 = 1,46 m = 4,887 ft = 58,63 inch • Tinggi tutup H2= ¼ D = ¼ ( 1,46)= 0,36 m • Tinggi kerucut H3= ½ D = ½ (1,46 ) = 0,73 m • Tinggi tangki HT= H1+H2+H3 = 1,46 + 0,73 + 0,36 = 2,92 m = 8,30 ft = 99,60 in Tinggi cairan dalam tangki Tinggi cairan (Hc) = 𝑉𝑙

VT𝐻𝑇

= 3,06

3,672,92

= 2,43m = 25,20 inch

4. Tebal shell & tutup tangki b. Tebal shell

(t) = 𝑃𝑅

(46)

Allowable working stress (S) = 12.650 psia (Brownel &Young,1958)

• Effisiensi sambungan (E) = 0,8 (Brownel &Young,1958)

• Faktor korosi (C) = 0,013-0,5 inch/thn (Perry & Green,1979)

• Diambil = 0,01 inc/tahun

• Umur alat (N) = 15 tahun

• Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia

• Tekanan hidrostatik (Ph) =𝐻𝑐−1

144 𝑥𝜌

=2,10−1

144 𝑥 67,19

= 0,513 psi

• Tekanan opersi (P) = Po+ Ph

= 14,696 + 0,513 = 15,21 psi

• Tekanan desain (Pd) = (1 + fk) x P

= (1 + 0,2) x 15,21 = 18,25 psia Maka tebal shell :

(t) = 18,25𝑥29,49

12.650𝑥0,8−0,6𝑥18,25+ (0,01 𝑥 15)

= 20 inch

Digunakan tebal shell standar = 2/5 inc c. Tebal tutup :

Tebal tutup dianggap sama dengan tebal shell karena terbuat dari bahan yang sama = 2/5 inc.

LC.8 Evaporator (E-101)

Fungsi : untuk menguapkan etanol yang terikat pada tanin Jumlah : 1 unit

Tipe : Basket type vertikal tube evaporator

Bahan konstruksi : Stainless steel SA- 304 (Brownell,1956) Tekanan operasi : 1 atm = 14,7 psi

Suhu umpan masuk : 30oC = 266oF Suhu produk keluar : 850C = 185 oF

(47)

Jumlah larutan yang diuapkan= 2.802,0 kg/jam (Lampiran A) Laju alir produk(g) = 3293,8 kg/jam (Lampiran A) Densitas (ρ) campuran = 1076,307 kg/m3 = 67,1916 lb/ft3 Volume produk V = 𝐺 𝜌 = 3293,8𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚 1076,307𝑘𝑔/𝑚3 =3,0𝑚3/𝑗𝑎𝑚 =102,4𝑓𝑡3/𝑗𝑎𝑚

Evaporator berisi 80% dari shell Volume shell (Vsh) = 102,4𝑓𝑡3/𝑗𝑎𝑚

0,8

= 128,04ft3/jam

Evaporator dirancang berbentuk silinder tegak dengan tutup atas dan bebentuk ellipsiodal dan tutup bawah berbentuk kerucut, perbandingan tinggi silinder dengan diameter silinder 3:1 perbandingan antara ellipsiodal dengan diameter tangki 2:3

Faktor kelonggaran 20% (Brownell, 1959)

Volume silinder evaporator (Vs)=V(1+k) = 102,4(1+0,2) = 122,88ft3 = 19,55 m3 Vs = ¼ π Dt2 4 /1Dt = πDt3 Dt = �𝑉𝑠 𝜋 3 (Brownell, 1959) =�122,88𝑓𝑡3 3,14 3 =13,04 ft 3,97 m

Asumsi : UD (overall design coeficient ) = 700 Btu/jam.ft2. Dari gambar 14.7 D.Q Kern diperoleh :

UD = 0,8 x 700 Btu/jam.ft2. = 560 Btu/jam.ft2. oF

A= 87413331,84

(48)

= 104,28ft2

• Penentuan jumlah tube (Nt) : = 𝐴

𝐿𝑥𝑎 (Kern,1965)

Dimana :

A = luas permukaan pemanasan (ft2) A” = luas permukaan luar tube per ft (ff2) L = panjang tube (ft)

Asumsi tube yang diambil : OD = ¾ in BWG = 16 a” = 0,2618 ft2/ft ts = 0,065 in maka : = 104,28𝑓𝑡2 10𝑥0,2618𝑓𝑡2/𝑓𝑡 =39,83 = 40 tubes

Tinggi silinder (Hs) = 4/1 x Dt (Brownell, 1959) = 4/1 x 3,97

= 15,88 ft = 4,83 m

Tinggi head (Hd) = 2/3 x Dt (Brownell,1959) = 2/3 x 3,97

= 2,64 ft = 0,80 m

Tinggi cones evaporator (Hc) = tg Ө(Dt -1) (Brownell,1959) = tg 45 (3,97ft -1)

= 1,8906 ft = 0,576 m

Panjang sisi miring cones, Lsmc

(Lsmc)2 = (1/2 Dt)2 + (Hc) (Brownell,1959) Lsmc = �(1

2𝑥 3,97 𝑓𝑡) + (2,97𝑓𝑡)2

= 1,8264 ft = 0,5565 m

(49)

= 15,88 ft + 2,64 ft + 1,8906 ft = 20,41 ft

= 6,21 m

Volume silinder evaporator (Vse)

= ¼ πDt2Hs (Brownell,1959)

= ¼ (3,14) (3,97 ft)2 (15,88 ft) = 196,47 ft3

= 5,55 m3

Volume head silinder evaporator (Vde)

Vde =(1/2 Dt)2 Hd (Brownell,1959)

= 3,14 x (1/2 x 3,97 ft)2 x 2,64 ft = 32,66ft3

= 0,924 m3

Volume cones evaporator (Vce)

Vce = ½ π Hc (Dt -1 )(Dt2 + Dt +1) (Brownell,1959) = ½ (3,14) (2,97 ft) (3,97ft-1) x [( 3,97 ft)2 +3,97 ft +1)]

= 137,7 ft3 =3,89m3

Volume total evaporator (VTe) = Vse + Vde + Vce

= 196,47 ft3+ 32,66ft3+ 137,7 ft3 = 366,83 ft3

= 10,38 m3

Tekanan design (Pd) = ρ(HS – 1) (Brownell,1959) = 67,1916 lb/ft3 (15,88 ft-1)

= 1067,02 lb/ft2 =7409psi = 0,50 atm

Tekanan total design (PT) = Pd + 14,7 psi (Brownell,1959) = 7,409 psi + 14,7 psi

= 22,10 psi Dimana :

(50)

F = allowable stress = 18.750 psi (Brownell,1959) C = faktor korosi = 0,00625 in/tahun (Brownell,1959) n = umur alat = 20 tahun (Brownell,1959) (t) = 22,10𝑥22,04

2(18.750𝑥0,8)−0,6𝑥22,93+ (0,00625 in/tahun𝑥 20)

= 0,1412in = 0,00035m Spesifikasi tangki evaporator : Diameter tangki = 3,97 m Tinggi tangki = 6,21 m Volume tangki = 10,38 m3 Tebal plate = 0,00035m

Bahan konstruksi = Stainless steel SA-304

LC.9 Kondensor (CR-101)

Fungsi : Mengubah fasa uap etanol menjadi etanol cair Jenis : 1-2 shell and tube exchanger

Laju alir bahan masuk = 2808,91 kg/jam (Lampiran A) = 6112,28 lb/jam

Densitas etanol 96 % = 0,79271 kg/ltr

Laju alir pendingin = 5227,006 kg/jam (Lampiran B) = 11520,32lb/jam

Fluida panas Fluida dingin BedaoF

85oC = 185 oF Temperatur tinggi 55oC = 131oF 54 30oC = 86 oF Temperatur rendah 25 o C = 77oF 9 99 Selisih 54 45 Maka : =𝐿𝑀𝑇𝐷 = (𝑇1−𝑡2)−(𝑇2−𝑡1) 𝐿𝑛((𝑇1−𝑡2 𝑇2−𝑡1)) (Kern, 1959)

LMTD =25,14oF Faktor korosi untuk fluida panas:

R = (T1- T2)/(t1- t2) (Kern, 1959) = 99oF/45oF

(51)

= 2,2

Faktor koreksi untuk fluida dingin (S) :

S = (t1- t2)/(T1- T2) (Kern, 1959)

= 45oF/99oF = 0,454

Dari fig -19 Kern, 1950 diperoleh : FT = 0,75

Jadi,

Δ t = FT x LMTD

Δ t = 0,75 x 25,14oF = 18,85oF

Temperatur rata – rata

a. Untuk fluida panas (Ta) =185+86

2

= 135,5oF

b. Untuk fluida dingin (Tb) = 131+77

2

= 104oF Penempatan fluida :

a. Fluida panas adalah fluida yang keluar dari evaporator berada dalam shell b. Fluida dingin adalah air pendingin berada di dalam tube

Dari tabel 8, hal 840, Kern .1950 diperoleh harga UD= = 75-150 BTU/jam.ft2.oF,maka diambil UD = 100 BTU/jam.ft2oF

Sehingga diperoleh ukuran tube sebagai berikut : OD = 1 in

BWG= 10 (Birmingham Wire Gauge/ukuran kawat Birmingham) ID = 0,732 in

At = 0,2618 L = 12 ft

(sumber : tabel 10 Kern 1950) Luas perpindahan panas (A)

Q= 1214392,122

0,252

(52)

Dimana:

A= 4819016,35

100𝑥18,854

= 2555,86 ft2

Menghitung jumlah tube (NT) NT= 2555,86ft

2

12𝑓𝑡𝑥0,2618𝑓𝑡2/𝑓𝑡 (Kern, 1959)

= 813 buah Ukuran shell:

Dari tabel 9. D.G. Kern 1950 diperoleh data sebagai berikut: Heat exhanger 1- 8 pass, ¾ in OD tube pada 15/16 triangular pitch, ID shell =37 in A koreksi = NT x L x at (Kern, 1959) = 813 x 12 ft x 0,2618 ft2 = 2555,86 ft UD koreksi= ( Q 𝐴𝑘𝑜𝑟𝑒𝑘𝑠𝑖)𝑥𝛥𝑡 (Kern, 1959) =4810016,357 2555,86𝑥 16,519 𝐵𝑇𝑈/𝑗𝑎𝑚 = 100 Btu/jam ft2.oF

Untuk fluida panas melalui shell side 1. Baffle spacing (B’) = 1 in

C’ = PT – OD (Kern, 1959)

= 15/16 in -0,75 = 0,1875 in 2. Flow area accros bundle(as) as =𝐼𝐷𝑥𝐶" 𝑥𝐵

144𝑥𝑃𝑇 =37𝑥1𝑥0,1875

144𝑥15/16 (Kern, 1959)

= 0,0481 ft2

3. Mass velocity (Gs) umpan : (Kern, 1959)

𝐺𝑠= 𝑤𝑠

𝑎𝑠; dimana Ws = laju alir massa panas masuk (Kern, 1959)

𝐺𝑠= 6112,28

𝑠0,0481

(53)

4. Diameter eqivalen (De) pada 15/16 tringular pich

De = 0,55 in (fig-28Kern, 1959)

= 0,0458 ft

5. Temperatur rata – rata fluida panas = 135,5oF Viskositas fluida panas

μ = 0,2838 Cp (Geankoplis, 1983) = 0,2838 Cp x 2,4191 lb/ft2.jam.Cp = 0,6865lb/ft2 jam Res= 𝐷𝑒𝑥𝐺𝑠 𝜇 Res= 0,0458𝑓𝑡𝑥 126871,1092𝑙𝑏 𝑓𝑡2 /𝑗𝑎𝑚 0,686 Res = 8463,733

Diperoleh koefisien panas (jH) = 205 (fig-28Kern, 1959) 6. Pada temperatur = 135,5 oF diperoleh

C = 0,44 BTU/lb.oF (fig-4 Kern, 1950) k = 0,066 BTU/ft2jam (oF/ft) (fig-2 Kern, 1950) �𝐶𝑘𝑥𝜇�2 = �0,44 0,066𝑥 0,686�2

= 2,28

Film efficient outside hunde (ho) : (Kern,1950)

ℎ𝑜 = 𝐽𝐻𝑥 𝐷𝑒 𝑥𝑘 �𝐶𝑘𝑥𝜇� 2 𝑥 [Ф𝑠] = 𝐽𝐻𝑥 𝐷𝑒 𝑥𝑘 �𝐶𝑘𝑥𝜇� 2 𝑥 [Ф𝑠] = 205𝑥 0,04580,06 𝑥 2,28 𝑥 1 = 676,04 Btu/jam ft2 oF

Untuk fluida dingin melalui tube sidea

1. at’ = 0,2618 in (Tabel – 10, Kern,1950) at’= 𝑁𝑇𝑥𝑎𝑡

144𝑥𝑛 (Kern,1950)

= 813,554𝑥0,2618𝑥𝑎𝑡

144𝑥1

(54)

2. Mass Velocity (Gt) fluida dingin : Gt’= 11.520,32

1,479

= 7788,80 lb/ft2 jam

3. Diketahui temperatur rata – rata fluida dingin = 104 oF Viskositas (μ campuran)= 0,4 Cp x 2,4191 lb/ft2 jam.Cp = 0,96764 lb/ft2.jam (Geankoplis, 1983) ID tube = 0,732 in = 8,784 ft Ret= 𝐼𝐷𝑥𝐺𝑡 𝜇 (Kern,1950) = 8,874 0,967𝑥 7788,80 = 71.429,28

Koefisiean panas, jH = 620 (Fig-24,Kern,1950) ℎ𝑖 =𝐽𝐻𝑥 𝐷𝑖 𝑥𝑘 �𝐶𝑘𝑥𝜇�

2

𝑥1

Pada temperatur 104 oF

C = 0,4 BTU/lb.oF (fig-4 Kern, 1950) k = 0,68 BTU/ft2.jam (oF/ft) ℎ𝑖= 620𝑥 8,8740,68 𝑥 0,189 𝑥1 = 9,014 BTU/jam.ft2.oF ℎ𝑖𝑜 = ℎ𝑖𝑂𝐷𝑥𝐼𝐷 (Kern, 1950) ℎ𝑖𝑜 = 9,0140,75𝑥 8,874 = 106,65 Btu/lboF

Cleanoverall coefficient (Uc) (Kern, 1950)

𝑈𝑐 =ℎ𝑖𝑜ℎ𝑖𝑜+𝑥ℎ𝑜ℎ𝑜

= 106,65 + 676,04106,65 𝑥 676,04

= 1352,09 Pressure Drop a. Fluida panas

(55)

(N + 1) = 12 x L/B = 144

Ds = ID shell/12 = 37/12 = 3,088

Spesifik grafity etanol = 0,79 (tabel.6, Kern,1950)

Ф𝑠 = �𝑉𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙𝜇 𝑎𝑖𝑟 � 0,14 Ф𝑠 = �0,790,85�0,14 = 0,989 ΔPs=8463,73𝑥126871,102𝑥3,083𝑥144 5,22𝑥1010𝑥0,458𝑥0,79𝑥1 (Kern,1950) = 0,056 psi b. Fluida dingin Ret = 71.429,28

Maka diperoleh f = 0,0001 (fig – 29 , Kern,1950)

ΔPt= 0,0001𝑥7678,632𝑥12𝑥1 5,22𝑥1010𝑥8,874𝑥0,79𝑥1 = 1,93 x 10-7psi ΔPt = ΔPs + ΔPt (Kern,1950) = 0,0567 psi LC.10.Destilasi

Fungsi : Untuk memisahkan etanol dari komponn lain Bentuk : Slindertegak dengan alas dan tutup ellipsoidal Bahan : Carbon Steel SA-283 grade C

Jumlah : 1 unit

Kondisi operasi : 85oC , 1 atm

Laju alir massa : 2808,91 kg/jam = 6112,28lb/jam Densitas campuran : 847,7682 kg/m3 = 52,717 llb/ft3 Vo = 2808,91𝑘𝑔/𝑗𝑎𝑚

847,7682𝑘𝑔/𝑚3 = 3,3m3/jam = 115,49 ft3/jam

(56)

Menentukan ukuran tangki a.Volume (VR)

direncanakan waktu tinggal = 60 menit = 1 jam VR= 115,49 ft3/jam x 1 jam

= 115,49 ft3/jam

Faktor kelonggaran 20%= 0,2 Volume tangki = 1,2 x 115,49

= 138,59 ft3

Diamter dan tinggi slinder direncanakan: Tinggi slinder : Diameter = 2:1

Tinggi head : diameter = 1:4

Volume slinder (VSR) = ¼ x π x D2 x H1 Diambil Hs = 2D Vs = ¼ x π x D2 x Hs Dimana: Vs = volume slinder Hs = Tinggi slinder D = diameter tangki Sehingga: VT = VSR + 2VH 115,495 ft3 = 𝜋 2+ 2 𝜋 24 D= 115𝜋 ,495 2+24𝜋 = 24,60 ft = 7 m r =1/2D = 1/2x24,60 = 12,30 ft= 3,75m Tinggi slinder = Hs=2D = 2 x 24,60 = 49 ft = 15 m Tinggi tutup atas = Hat = ¼ D= 6,15 ft = 1,87 m Tinggi tutup bawah = Hb = ¼ D= 6,15 ft = 1,87 m Tinggi tangki = Hs +Hat+Hb

(57)

Tebal shell dan tutup tangki (t) = 𝑃𝑅

𝑆𝐸−0,6𝑃+ (𝐶𝑥𝑁) (Tabel 9 Mc Cetta and Cunningham,1993)

Allowable working stress (S) = 12.650 psia (Brownel &Young,1958)

• Effisiensi sambungan (E) = 0,8 (Brownel &Young,1958)

• Faktor korosi (C) = 0,13-0,5 inch/thn (Perry & Green,1979)

• Diambil = 0,01 inc/tahun

• Umur alat (N) = 15 tahun

• Tekanan operasi = 1 atm = 14,696 psia

• Tekanan hidrostatik (Ph) =𝐻𝑐−1

144 𝑥𝜌

=4,055−1

144 𝑥 847,76

= 17,98 psi

• Tekanan opersi (P) = Po+ Ph

= 14,696 + 17,98 = 32,68 psi

• Tekanan desain (Pd) = (1 + fk) x P

= (1 + 0,2) x 32,68 = 39,21 psia Maka tebal shell :

(t) = 39,21𝑥12,3

12.650𝑥0,8−0,6𝑥32,68+ (0,01 𝑥 15)

= 0,2 inch

Digunakan tebal shell standar = 3/8 inc Penentuan jaket pemanas:

Jumlah steam (130oC) = 2716,48 kj/jam Panas yang dibutuhkan = 138,61 kg/jam Tekanan steam = 1002,37 kpa

Suhu awal 30oC = 116oF Suhu steam = 130oC = 266oF Tinggi jaket = 61,52 ft Kisolasi = 0,15 Btu/lb.ft.oF Kudara = 2 Btu/lb.ft.oF

(58)

Q = 𝐴𝑥 1 𝑡𝑠−𝑡𝑜 𝐾𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎+𝐾𝑖𝑠𝑜𝑙𝑎𝑠𝑖𝑥 A = πDHs + π x𝐷2 4 A = 3,14 x 24,60 x 49,17+ 3,14 x 242 4 = 4278,42 Q = 4278,42 𝑥 3811,6−111,6 0,5+0,15𝑥

Dngan ini trial and eror harga x adalah 0,074 ft = 0,899 in Maka dipilih tbal jaket = 1 in

LC.11 Kondensor (CR-102)

Fungsi : Mengubah fasa uap etanol menjadi etanol cair Jenis : 1-2 shell and tube exchanger

Laju alir bahan masuk = 2690,21 kg/jam (Lampiran A) = 6112,28 lb/jam

Densitas etanol 96 % = 0,79271 kg/ltr

Laju alir pendingin = 4994,861 kg/jam (Lampiran B) = 10.881,7lb/jam

Fluida panas Fluida dingin BedaoF

85oC = 185 oF Temperatur tinggi 55oC = 131oF 54 30oC = 86 oF Temperatur rendah 25 o C = 77oF 9 99 Selisih 54 45 Maka : =𝐿𝑀𝑇𝐷 = (𝑇1−𝑡2)−(𝑇2−𝑡1) 𝐿𝑛((𝑇1−𝑡2 𝑇2−𝑡1)) (Kern, 1959)

LMTD =25,14oF Faktor korosi untuk fluida panas:

R = (T1- T2)/(t1- t2) (Kern, 1959)

= 99oF/45oF = 2,2

(59)

S = (t1- t2)/(T1- T2) (Kern, 1959) = 45oF/99oF

= 0,454

Dari fig -19 Kern, 1950 diperoleh : FT = 0,75

Jadi,

Δ t = FT x LMTD

Δ t = 0,75 x 25,14oF = 18,85oF

Temperatur rata – rata

a. Untuk fluida panas (Ta) =185+86

2

= 135,5oF

b. Untuk fluida dingin (Tb) = 131+77

2

= 104oF Penempatan fluida :

a. Fluida panas adalah fluida yang keluar dari evaporator berada dalam shell b. Fluida dingin adalah air pendingin berada di dalam tube

Dari tabel 8, hal 840, Kern .1950 diperoleh harga UD= = 75-150 BTU/jam.ft2.oF,maka diambil UD = 100 BTU/jam.ft2oF

Sehingga diperoleh ukuran tube sebagai berikut : OD = 1 in

BWG= 10 (Birmingham Wire Gauge/ukuran kawat Birmingham) ID = 0,732 in

At = 0,2618 L = 12 ft

(sumber : tabel 10 Kern 1950) Luas perpindahan panas (A)

Q= 1214392,122 0,252 =4819016,357 BTU/jam Dimana: A= 4819016,35 100𝑥18,854 (Kern, 1959)

(60)

= 2555,86 ft2

Menghitung jumlah tube (NT) NT= 2555,86ft

2

12𝑓𝑡𝑥0,2618𝑓𝑡2/𝑓𝑡 (Kern, 1959)

= 813 buah Ukuran shell:

Dari tabel 9. D.G. Kern 1950 diperoleh data sebagai berikut: Heat exhanger 1- 8 pass, ¾ in OD tube pada 15/16 triangular pitch, ID shell =37 in A koreksi = NT x L x at (Kern, 1959) = 813 x 12 ft x 0,2618 ft2 = 2555,86 ft UD koreksi= ( Q 𝐴𝑘𝑜𝑟𝑒𝑘𝑠𝑖)𝑥𝛥𝑡 (Kern, 1959) =4810016,357 2555,86𝑥 16,519 𝐵𝑇𝑈/𝑗𝑎𝑚 = 100 Btu/jam ft2.oF

Untuk fluida panas melalui shell side 1. Baffle spacing (B’) = 1 in

C’ = PT – OD (Kern, 1959)

= 15/16 in -0,75 = 0,1875 in 2. Flow area accros bundle(as) as =𝐼𝐷𝑥𝐶" 𝑥𝐵

144𝑥𝑃𝑇 =37𝑥1𝑥0,1875

144𝑥15/16 (Kern, 1959)

= 0,0481 ft2

3. Mass velocity (Gs) umpan : (Kern, 1959)

𝐺𝑠= 𝑤𝑠

𝑎𝑠; dimana Ws = laju alir massa panas masuk (Kern, 1959)

𝐺𝑠= 6112,28

𝑠0,0481

= 126871,1092

4. Diameter eqivalen (De) pada 15/16 tringular pich

(61)

= 0,0458 ft

5. Temperatur rata – rata fluida panas = 135oF Viskositas fluida panas

μ = 0,2838 Cp (Geankoplis, 1983) = 0,2838 Cp x 2,4191 lb/ft2.jam.Cp = 0,6865lb/ft2 jam Res= 𝐷𝑒𝑥𝐺𝑠 𝜇 Res= 0,0458𝑓𝑡𝑥 126871,1092𝑙𝑏 𝑓𝑡2 /𝑗𝑎𝑚 0,686 Res = 8463,733

Diperoleh koefisien panas (jH) = 205 (fig-28Kern, 1959) 6. Pada temperatur = 135,5 oF diperoleh

C = 0,44 BTU/lb.oF (fig-4 Kern, 1950) k = 0,066 BTU/ft2jam (oF/ft) (fig-2 Kern, 1950) �𝐶𝑘𝑥𝜇�2 = �0,44 𝑥 0,686

0,066 �

2

= 2,28

Film efficient outside hunde (ho) : (Kern,1950)

ℎ𝑜 = 𝐽𝐻𝑥 𝐷𝑒 𝑥𝑘 �𝐶𝑘𝑥𝜇� 2 𝑥 [Ф𝑠] = 𝐽𝐻𝑥 𝐷𝑒 𝑥𝑘 �𝐶𝑘𝑥𝜇� 2 𝑥 [Ф𝑠] = 205𝑥 0,04580,06 𝑥 2,28 𝑥 1 = 676,04 Btu/jam ft2 oF

Untuk fluida dingin melalui tube sidea

1. at’ = 0,2618 in (Tabel – 10, Kern,1950) at’= 𝑁𝑇𝑥𝑎𝑡

144𝑥𝑛 (Kern,1950)

= 813,554𝑥0,2618𝑥𝑎𝑡

144𝑥1

= 1,479 at

2. Mass Velocity (Gt) fluida dingin : Gt’= 10.881,7

(62)

= 7357,03 lb/ft2 jam

3. Diketahui temperatur rata – rata fluida dingin = 104 oF Viskositas (μ campuran)= 0,4 Cp x 2,4191 lb/ft2 jam.Cp = 0,96764 lb/ft2.jam (Geankoplis, 1983) ID tube = 0,732 in = 8,784 ft Ret= 𝐼𝐷𝑥𝐺𝑡 𝜇 (Kern,1950) = 8,874 0,967𝑥 7357,03 = 67.469,64

Koefisiean panas, jH = 620 (Fig-24,Kern,1950) ℎ𝑖 =𝐽𝐻𝑥 𝐷𝑖 𝑥𝑘 �𝐶𝑘𝑥𝜇�

2

𝑥1

Pada temperatur 104 oF

C = 0,4 BTU/lb.oF (fig-4 Kern, 1950) k = 0,68 BTU/ft2.jam (oF/ft) ℎ𝑖= 620𝑥 8,8740,68 𝑥 0,189 𝑥1 = 9,014 BTU/jam.ft2.oF ℎ𝑖𝑜 = ℎ𝑖𝑂𝐷𝑥𝐼𝐷 (Kern, 1950) ℎ𝑖𝑜 = 9,0140,75𝑥 8,874 = 106,65 Btu/lboF

Cleanoverall coefficient (Uc) (Kern, 1950)

𝑈𝑐 =ℎ𝑖𝑜ℎ𝑖𝑜+𝑥ℎ𝑜ℎ𝑜

= 106,65 + 676,04106,65 𝑥 676,04

= 1352,09 Pressure Drop a. Fluida panas

Res = 8463,733 maka diperoleh f = 0,00015 (fig – 26 , Kern ,1950) (N + 1) = 12 x L/B

= 144

(63)

= 37/12 = 3,088

Spesifik grafity etanol = 0,79 (tabel.6, Kern,1950)

Ф𝑠 = �𝑉𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 𝜇𝑎𝑖𝑟 � 0,14 Ф𝑠 = �0,790,85�0,14 = 0,989 ΔPs=8463,73𝑥126871,102𝑥3,083𝑥144 5,22𝑥1010𝑥0,458𝑥0,79𝑥1 (Kern,1950) = 0,056 psi b. Fluida dingin Ret = 120.954,512

Maka diperoleh f = 0,0001 (fig – 29 , Kern,1950)

ΔPt= 0,0001𝑥7678,632𝑥12𝑥1 5,22𝑥1010𝑥8,874𝑥0,79𝑥1 = 1,93 x 10-7psi ΔPt = ΔPs + ΔPt (Kern,1950) = 0,0567 psi LC.12. Rotary Dryer (RD-101)

Fungsi : untuk mengeringkan serbuk tannin Jenis : Counter Indirect Heat Rotary Dryer Bahan : Commercial Steel

1. Menentukan Diameter Rotary Dryer Udara masuk : 130℃ = 268℉ Udara keluar : 100℃ = 212℉

Banyak udara yang dibutuhkan = 2426,12 kg/jam =5337ft/jam Range kecepatan udara = 200-1000lb/jam.ft2 (Perry, 1999) Diambil kecepatan rata-rata = 500lb/jam.ft2

Luas perpindahan panas,

A = 𝑏𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘𝑛𝑦𝑎𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎𝑦𝑎𝑛𝑔𝑑𝑖𝑏𝑢𝑡𝑢ℎ𝑘𝑎𝑛

𝑘𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎

=5337,46𝑓𝑡/𝑗𝑎𝑚

(64)

=10,69 ft A = 𝜋𝐷² 4 D2 = 4𝑥10,69 3,14 = 13,62 Maka, D =6,81ft = 4,33 m

2. Menemukan Panjang Dryer

Lt = 0,1 x Cp x G0,84 x D (Perry, 1999)

Dimana :

Lt = panjang rotary dryer

Cp = kapasitas udara pada 130℃ = 1,01255 kJ/kg.K = 0,2418 BTU/lbm.℉ (Tabel A.3-3, Geankoplis, 1983)

D = diameter rotary dryer

G = kecepatan udara yang digunakan dalam rotary dryer = 2426,12

2,20𝑥233,15

= 22,94 lb/jam.ft2

Lt =0,1 x 0,2418 x(22,942)x6,81 = 2,28 ft

Nt = Number of heat transfer = 2,0-6,0 (Perry, 1999) Diambil Nt = 6 L = Lt x Nt = 2,28 x 6 = 13,73 ft Untuk L/D = 3-10 ft 𝐿 𝐷 = 13,73 6,81 = 2,016 ft (memenuhi) 3. Waktu transportasi Hold up = 3-12% (Perry, 1999) Diambil Hold up = 3% Volume total = 𝜋𝐷²𝐿 4

(65)

= 3,14𝑥4,332𝑥13,73

4

= 202,49 ft3

Hold up = 3% x 202,49

= 6,07 ft3 Laju umpan masuk = 484,84 kg/jam

= 777,16 lb/jam ∅ = time of passage = 𝐻𝑜𝑙𝑑𝑢𝑝

𝐿𝑎𝑗𝑢𝑢𝑚𝑝𝑎𝑛

= 6,07𝑥60,389

777,16 = 0,47 jam

4. Menghitung putaran rotary dryer N = 𝑉

𝜋.𝐷

Dimana :

v = kecepatan putaran linear = 30-150ft/menit (Perry, 1999) Diambil kecepatan putaran linear 100 ft/menit

N = 100 3,14𝑥4,33 = 7,34 rpm Range : N x D = 25-35 rpm (Perry, 1999) N x D = 7,34 x 4,33 = 31,84 rpm (memenuhi) 5. Menentukan power

Total Hp untuk penggerak rotary dryer = 0,5 D2 – D2 Diambil power = 0,75 D2

= 0,75 x 4,332 = 14,08 Hp

LC.13 Rotary Cooler (RC-101)

Fungsi : untuk menurunkan suhu produk dari 80℃ sampai 30℃ Jenis : rotary cooler

Bahan : commercial steel

1. Menentukan diameter rotary cooler Air pendingin masuk : 25℃ = 77℉

(66)

Air pendingin keluar : 40℃ = 104℉

Banyak air pendingin yang dibutuhkan = 30,09kg/jam = 363,099 lb/jam Range kecepatan aliran = 200-10000 lb/jam.ft2 (Perry, 1999) Diambil kecepatan rata-rata (G) = 3000 lb/jam.ft2

Luas penampang pendingin, A = 𝜋

4 x D 2 = 0,785D2 G = 𝑘𝑒𝑏𝑢𝑡𝑢ℎ𝑎𝑛𝑎𝑖𝑟𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑛𝑔𝑖𝑛 4 D2 = 81,87 3000𝑥0,785 = 0,15 ft D = 0,077 ft

2. Menentukan Panjang cooler

Qt = 0,4 x L x D x G0,67 x ∆𝑇 (Perry, 1999) L = Qt

0,4 x D x G0,67 x ∆𝑇 Dimana :

Qt = jumlah panas yang dipindahkan = 81,87 kl/jam = 180,49 Btu/jam D = Diameter rotary cooler (ft) L = Panjang dryer (ft)

G = Kecepatan air pendingin = 3000 lb/jam.ft2 Temperatur air pendingin masuk (t1)= 20oC =68oF Temperatur air pendingin keluar (t2)=40oC =104oF Temperatur umpan masuk (t3)=100oC=212oF

Temperatur umpan keluar (t4) 30oC=86oF ∆T = (104−86)−(104−86) 2 = 54 o F L = 30,093 0,4𝑥0,077𝑥54𝑥30000,67 =1,02 m 3. Waktu Tinggal ∅ = 0,23 L N0,9 x D x S Dimana :

∅ = waktu tinggal , menit 𝐿 = panjang rotary cooler , ft

(67)

𝐷 = Diameter rotary cooler , ft

𝑆 = kemiringan dari rotary cooler , (4-7°, diambil 5°) Maka :

∅ = 0,23𝑥1,02

10,9𝑥0,077𝑥0,0873= 0,0015 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

4. Menghitung Putaran Rotary Cooler N = 𝑣

𝜋.𝐷

Dimana :

v = kecepatan putaran linear =30-150 ft/menit (Perry, 1999) Diambil kecepatan putaran linear 100 ft/menit

N = 100 3,14𝑥0,007 = 413,11 rpm Range : N x D = 25-35 rpm (Perry, 1999) N x D = 413,11 x 0,077 = 31,84 rpm (memenuhi) 5. Menentukan Power

Total Hp untuk penggerak rotary cooler = (0,5 D2)-(D2) Diambil power = 0,75 D2

= 0,0044 Hp

LC.14 Ball Mill (BM-102)

Fungsi : menghaluskan tanin sehingga diperoleh ukuran mesh 200 mesh. Laju air masuk biji kakao (G) = 208,3 kg/jam (Lampiran A)

= 0,208 ton/jam

Efisiensi mill = 97%<200 mesh (Perry, 1984)

Kapasitas = (1 + fk) x G

= (1+0,2)x 0,208ton/jam =0,2496ton/jam

(68)

• Spesifikasi : No.200 sieve

• Kapasitas :10 ton/jam

• Tipe :Marcy Ball Mill

• Size : 3 x 2

• Ball charge : 0,85 ton

• Power : 7 Hp

• Mill speed : 35 rpm

• Jumlah : 1 unit (Sumber : tabel 20-16, Perry, 1984) LC.15 Packing Unit

Fungsi : untuk mengemas produk dalam kemasan goni 50 kg.

Pemilihan tipe berdasarkan pada tabel 7-23 (Perry, 1999) Spesifikasi :

• Tipe : vertical duger, SFW (Simoltanouns Fill and Weight)

• Jumlah : 1 unit

• Number of viltng : 1unit

• Tipe kemasan : bags/goni

• Ukuran : 6,5 x 3,5 x 9 in

Weight content : 1,516

LC.16 Gudang Produk (GP)

Fungsi : sebagai tempat penampungan sementara produk sebelum dikemas Laju air masuk tannin (G) = 208,3 kg/jam (Lampiran A) Densitas Tanin (ρ) = 0,137kg/ltr (Efendi, dkk, 2004)

= 137,24 kg/m3 Lama penyimpanan (ϴ) = 7hari

= 168jam

Faktor kelonggaran =20% (Perry, 1984)

Jumlah gudang yang akan direncanakan sebanyak 1 unit dengan desain sebagai berikut :

• Tinggi (h) = 5 m

(69)

Volume gudang (V) = p x L x h V = 2 x l x l x 5 V = 10 l2 Volume bahan (Vb) = 𝐺 𝜌 = 208,3𝑥24𝑥7 137,4 =255m 3 /jam Volume bahan dalam gudang untuk 7 hari

V = Vb x (1 + fk) = 306,03 m3 Sehingga diperoleh : 306,03 = 5L2 L2 =61,20 m L =7,82 m Maka, P = 2 x l = 2 x 7,82m =15,64 m Diperoleh spesifikasi gudang bahan baku :

Konstruksi yang diinginkan pondasi beton dengan dinding batu dan atap seng.

• Tinggi gudang = 5m

• Panjang gudang =15,65m

• Lebar gudang =7,82m

LC.17 Belt Conveyer (BC-101)

Fungsi : untuk mengalirkan biji kakao ke rotary cutter Jumlah : 1 unit

Kondisi

Tekanan : 1 atm

Suhu :

Jumlah materi : 1023,7 kg/jam Faktor kelonggaran : 20%

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...

Related subjects :