Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat dari Kulit Buah Kakao Kapasitas 1.500 Ton Tahun

(1)

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas Produk : 1.500 ton/tahun Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kg/jam Waktu kerja per tahun : 330 hari Kapasitas produksi per jam : �1.500 ��

��ℎ�� × 1 ��ℎ�� 330 ℎ�� ×

1 ℎ�� 24 �� ×

1000 �� 1 ��

: 280,7166 kg/jam Kemurnian produk : 97 %

Dengan melakukan perhitungan mundur sehingga didapat kapasitas bahan baku : 280.71662801 kg/jam. Rumus molekul dan berat molekul komponen yang terlibat serta komposisi kandungan utama kulit buah kakao dapat dilihat pada Tabel A.1 dan A.2.

Tabel LA.1 Kandungan Kimia Dalam Kulit Buah Kakao

No. Komponen Kandungan (%)

1. Selulosa 45

2. Lignin 15

3. Pektin 9,6

4. Air 30,4

Sumber : Hutomo, G.S, 2012

Tabel LA.2 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen

Nama Rumus Molekul Berat Molekul

(kg/kmol)

Selulosa C6H7O2(OH)3 162

Selulosa triasetat C6H7O2((OCOCH3)3) 288

Selulosa asetat C6H7O2OH((OCOCH3)2) 246

Asetat anhidrat (CH3CO)2O 102

Asam asetat CH3COOH 60

Air H2O 18

Asam sulfat H2SO4 98

(2)

Selulosa Lignin Pektin H2O

Selulosa Lignin Pektin H2O NaOH

Neraca massa komponen : �_�₌_{��} _{��} ��_�� = �_�₌_{��} _{��} ��_�� Untuk sistem dengan reaksi : �� = �� +� ∑�_�=1�_�

LA.1 TANKI EKSTRAKSI ( T–103)

Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari kulit buah kakao dan tahap awal untuk proses bleaching

Neraca Massa Total : �1 ₊_�2₊_�27 ₌_�3

Neraca Massa Komponen : Alur 1

��1 = 280.7162801 ��/��

F_selulosa1 = 45

100 × 280,7163 kg/jam = 126,3223 kg/jam

F_lignin1 = 15

100 × 280,7163 kg/jam = 42,1074 kg/jam

F_pektin1 = 9,6

100 × 280,7163 kg/jam = 26,9488 kg/jam

FH1₂O =

30.4

100 × 280,7163 kg/jam = 85,3377 kg/jam

Alur 2

Untuk tahap ekstraksi, larutan NaOH 10% yang diperlukan adalah 10% dari jumlah bahan baku kulit buah kakao.

27

1 3

2

H2O

H2O NaOH

(3)

F2 = 10

100 × 280,7163 kg/jam = 28,0716 kg/jam

FNaOH2 =

15

100 × 28,0716 kg/jam = 4,2107 kg/jam F_H2₂_O = ( 28.0716 − 4.2107 )kg/jam = 23,8609 kg/jam Konsistensi air yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10%.

��= 195,3785 kg/jam × 100%

10 % − 195,3785 kg/jam

F_H 2O

3 _{= 1758,4068 kg/jam}

Alur 27

F_H27₂_O = (1758,4068 −85,3377− 23,8609)kg/jam = 1649,2081 kg/jam

Alur 3

F_selulosa3 = 126,3223 kg/jam

F_lignin3 = 42,1074 kg/jam

F_pektin3 = 26,9488 kg/jam

F_H3₂_O = 1758,4068 kg/jam

F_NaOH3 = 4,2107 kg/jam

F_total3 = 1957,9960 kg/jam

Tabel LA.3 Neraca Massa Pada Tangki Ekstraksi (T-103)

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

Alur 1 Alur 2 Alur 27 Alur 3

Selulosa 126,3223 - - 126,3223

Lignin 42,1074 - - 42,1074

Pektin 26,9488 - - 26.9488

H2O 85,3377 23,8609 1649,2081 1758,4068

NaOH - 4,2107 - 4,2107

Sub total 280,7163 28,0716 1649,2081 1957,9960

(4)

LA. 2 ROTARY WASHER I (RW-101)

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

Neraca Massa Total :

�3₊_�25 ₌_�4₊_�5

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

�H25₂O = 2,5 × Ftotal3 = 2,5 × 1957,996 kg/jam = 4894,9901 kg/jam

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

F_H5₂_O = 0,02 × (4894,9901 + 1758,4068)kg/jam

= 133,0679 kg/jam

Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978) F_selulosa5 = 0,98 × 126,3223 kg/jam = 123,7959 kg/jam

Sebanyak 61,53% lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer

F_lignin4 = 61,53

100 × 42,1074 = 25,9087 kg/jam Alur 4

F_selulosa4 = ( 126,3223− 123,7959) kg/jam = 2,5264 kg/jam F_lignin4 = 25,9087 kg/jam

F_H4₂_O = ( 4894,9901 + 1758,4067−133,0679) = 6520,3290 kg/jam

3

5 4

25

RW-1 -101

H2O

(5)

H2O NaOCl

F_pektin4 = 61,53

100 × 26,9490 = 16,5816 kg/jam F_NaOH4 = 4,2107 kg/jam

F_total4 = 6569,5564 kg/jam Alur 5

F_lignin5 = 42,1074−25,9087 = 16,1987 kg/jam F_pektin5 = 26,9488−16,5816 = 10,3672 kg/jam F_H5₂_O = 2

100x(4894,9901 + 1758,4068) = 133,0679 kg/jam F_total5 = 283,4297 kg/jam

Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Rotary Washer I (RW-101)

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

Selulosa 126,3223 - 2,5264 123,7959

Lignin 42,1074 - 25,9087 16,1987

Pektin 26,9488 - 16,5816 10,3672

H2O 1758,4068 4894,9901 6520,3290 133,0679

NaOH 4,2107 - 4,2107 -

Sub total 1957,9960 4894,9901 6569,5564 283,4297

Total 6852.986188 6852.986188

LA. 3 TANGKI BLEACHING (T – 104)

Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna putih pada pulp yang dihasilkan

7 5

6

28

(6)

Neraca Massa Total : �5₊_�6₊_�28 ₌_�7

Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 1% yang diperlukan adalah 5% dari jumlah pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.

��6 =

5

100× 283,4297 kg/jam = 14,1715 kg/jam

F_NaOCl6 = 1

100× 14,1715 kg/jam = 0,1417 kg/jam F_H6₂_O = ( 14,1715−0,1417) kg/jam = 14,0298 kg/jam Konsistensi pulp yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10%. ��= 150,3618 ��/�� × 100%

10 % − 150,3618 ��/�� F_H7₂_O = 1353,2562 kg/jam

Alur 28

F_H28₂_O = ( 1353,2562 −133,0679−14,0298 )kg/jam = 1206,1585 kg/jam

Alur 7

FH7₂O = 1353,2562 kg/jam

F_NaOCl7 = 0,1417 kg/jam

Tabel LA.5 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (kg/jam)

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

Selulosa 123,7959 - - 123,7959

Lignin 16,1987 - - 16,1987

Pektin 10,3672 - - 10,3672

H2O 133,0679 14,0298 1206,1585 1353,2562

NaOCl - 0,1417 - 0,1417

Sub total 283,4297 14,1715 1206,1585 1503,7597

(7)

LA. 4 ROTARY WASHER II (kg/jam) (RW-102)

Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada tangki

Bleaching

Neraca Massa Total :

�7₊_�26 ₌_�8₊_�9

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

�H2O

26 _{= 2,5 × F}

total7 = 2,5 × 1503,7597 kg/jam = 3759,3993��/��

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

F_H8₂_O = 0,02 × ( 1503,7597 + 3759,3993 )kg/jam = 102,2531 kg/jam

Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978) F_selulosa8 = 0,98 × 90,7836 kg/jam = 121,3200 kg/jam

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

F_lignin9 = 87,368

100 × 16,1987 = 14,1525 kg/jam 26

7

Selulosa Lignin Pektin H2O NaOCl

H2O

Selulosa Lignin Pektin H2O NaOCl

Selulosa Lignin Pektin H2O RW -102

8

(8)

F_selulosa9 = ( 123,7959− 121,3200) kg/jam = 2,4759 kg/jam

F_H9₂_O = (1503,7597 + 3759,3993−102,2531) = 5010,4024 kg/jam

F_NaOCl9 = 0,1417 kg/jam

Alur 8

F_lignin8 = (16,1987 – 14,1525) kg/jam = 2,0462 kg/jam

F_pektin8 = (10,3672− 9,0576) kg/jam = 1,3096 kg/jam

F_H 2O

8 _{= 102,2531 kg/jam}

Tabel LA.6 Neraca Massa pada Diffuser Washer II (kg/jam) Komponen

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

Selulosa 123,7959 - 2,4759 121,3199

Lignin 16,1987 - 14,1525 2,0462

Pektin 10,3672 - 9,0576 1,3096

H2O 1353,2562 3759,3993 5010,4024 102,2531

NaOCl 0,1417 - 0,1417 -

Sub total 1503,7597 3759,3993 5036,2302 226,9289

(9)

LA. 5 ROTARY DRYER I (RD – 101) Fungsi : Untuk mengeringkan pulp

Neraca Massa Total : �8 ₌_�10₊_�11

Rotary dryer dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk (Perry, 1997)

F_H10₂_O = 90

100× 92,0278 = 102,2531 kg/jam Alur 11

F_H11₂_O = (102,2531− 92,0278) kg/jam = 10,2253 kg/jam

Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer (kg/jam)

Komponen Masuk

(kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 8 Alur 10 Alur 11

Selulosa 121,3200 - 121,3200

Lignin 2,0462 - 2,0462

Pektin 1,3096 - 1,3096

8

10

11

H2O

(10)

Selulosa

Lignin

Pektin

CH3COOH

H2O

CH3COOH

H2O

Selulosa

Lignin

Pektin

CH3COOH H2O LA.6 TANGKI AKTIVASI (T – 205)

Fungsi : Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses

pretreatment pada reaksi asetilasi.

Neraca Massa Total : �11 ₊_�12 ₌_�13

Asam asetat 98% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah sebanyak 35% dari laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)

F_total12 = 35

100 × 134,9011 kg/jam = 42,4620 kg/jam

FCH123COOH = 98

100 × 42,4620 kg/jam = 41,6127 kg/jam F_H12₂_O = ( 42,4620 − 41,6127)kg/jam = 0,8492 kg/jam Alur 13

F_H13₂_O = (10,2253− 0,8492)kg/jam = 11,0745 kg/jam

F_CH 3COOH

13 _{= 41,6127 kg/jam}

F_total13 = 177,3631 kg/jam 11

12 ₁₃

(11)

Selulosa Lignin Pektin H2O CH3COOH

Selulosa Triasetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O

H2SO4 Tabel LA.8 Neraca Massa pada Tangki Aktivasi (kg/jam)

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

Alur 11 Alur 12 Alur 13

Selulosa 121,3200 - 121,3200

Lignin 2,0462 - 2,0462

Pektin 1,3096 - 1,3096

H2O 10,2253 0,8492 11,0745

CH3COOH - 41,6127 41,6127

Sub total 134.9011 42.4620 177,3631

Total 177.3631 177.3631

LA.7 REAKTOR ASETILASI (R- 201)

Fungsi : Untuk tempat terjadinya reaksi asetilasi menjadi selulosa triasetat dengan derajat asetilasi sebesar 3.

Pada reaktor asetilasi, seluruh selulosa berubah menjadi selulosa triasetat dan reaksi

yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :

OH OCOCH3

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

OH OCOCH3

Selulosa asetat anhidrat selulosa triasetat asam asetat Dimana ;

BMselulosa = 162 kg/mol

�= 121,3199619 . 1

1 . 162 = 0,7489 ��/��

13

15

16 17

18

H2O (CH3CO)2O

CH3COOH (CH3CO)2O H2O

CH3COOH

(12)

Alur 15

Asam asetat 70% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).

��15 =

430

100× 121,3200 kg/jam = 531,3814 kg/jam

F_CH 3COOH

15 ₌ 70

100× 531,3814 kg/jam = 371,9670 kg/jam

F_H15₂_O = ( 531,3814−371,9670 )kg/jam = 159,4144 kg/jam Alur 16

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

F_total16 =247

100× 121,3200 kg/jam = 299,6603 kg/jam

F₍_CH 3CO)2O

16 ₌ 98

100 × 299,6603 kg/jam = 293.6671 kg/jam

F_CH16₃_COOH = (299,6603 −293,6671)kg/jam = 5,9932 kg/jam

Alur 17

Asam sulfat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 3,8% dari laju alir

umpan selulosa (Yamashita et al, 1986). F_total17 = 3,8

100 × 121,3200 kg/jam = 4,6102 kg/jam F_H₂_SO

4

17 ₌ 98

100 × 4,6102 kg/jam = 4,5179 kg/jam

F_H17₂_O = 4.6102−4.5179 kg/jam = 0.0922 kg/jam Alur 18

F_{selulosa triasetat}18 = r .��_{��} _{��} .σ= 0,7489 × 288 × 1 = 215,6799 kg/jam

FCH183COOH = FCH 3COOH

13 _{+ F}

CH3COOH

15 _{+ F}

CH3COOH

16 _{+ r. BM}

CH3COOH.σ = 41,6127 + 371,9670 + 5,9932 + (0,7489 × 60 × 1) = 554,3729 kg/jam

F₍_CH 3CO)2O

18 _{= F}

(13)

= 64,5072 kg/jam

F_H₂_SO 4

18 _{= 4,5179 kg/jam}

Flignin18 = 2,0462 kg/jam

F_H18₂_O = (11,0745 + 159,4144 + 0,0922) = 4,5179 kg/jam

F_total18 = 1013,0150 kg/jam

Tabel LA.9 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (kg/jam)

Komponen Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam) Alur 13 Alur 15 Alur 16 Alur 17 Alur 18

SelulosaTriasetat - - - - 215,6799

Selulosa 121,3200 - - - -

Lignin 2,0462 - - - 2,0462

Pektin 1,3096 - - - 1,3096

H2O 11,0745 159,4144 - 0,0922 170,5812

CH3COOH 41,6127 371,9670 5,9932 - 554,3729

(CH3CO)2O - - 293,6671 - 64,5072

H2SO4 - - - 4,5179 4,5179

Sub total 177,3631 531,3814 299,6603 4,6102 1013,0149

(14)

Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O

H2SO4 Selulosa Triasetat

Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O

H2SO4

LA.8 REAKTOR HIDROLISA (R – 201)

Fungsi : Untuk menghidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa asetat dengan diharapkan derajat asetilasi turun menjadi 2,4 serta menetralkan sisa reaktan asetat anhidrat.

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

OCOCH3 OH

C6H7O2 OCOCH3 + H2O C6H7O2 OCOCH3 + CH3COOH

OCOCH3 OCOCH3

Selulosa triasetat air selulosa asetat asam asetat

Dimana ;

Ac = CH3COOH

BMselulosa triasetat = 288 kg/mol

�= 215,6799323 . 1 1 . 288

= 0,7489 kmol/jam

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

Asetat anhidrat air asam asetat

Konversi reaksi = 98% (Anita, 2010) �2 =

64,5072 . 0,98

1 . 102 ; ��(CH3CO)2O = 102 kg/mol 18

19 28

H2O

(15)

= 0,6198 ��/�� Neraca Massa Total : F18 + F28 = F19

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

F_H28₂_O = 71

100 × 121,3200 kg/jam = 86,1372 kg/jam Alur 19

Fselulosa19 asetat = r. BMselulosa asetat.σ1

= 0,7489 . 246 . 1 = 184,2266 kg/jam

FCH3COOH

19

= F_CH18₃_COOH + r1. BMCH₃COOH.σ1+r2. BMCH₃COOH.σ2

= 406,5401 + (0,7489 x 60 x 1) + (0,6198 x 60 x 2)

= 673,6792 kg/jam

F₍CH₃CO)2O

19 _{= F}

(CH₃CO )₂O

18 ₋_{r. BM}

(CH₃CH )₂O.σ2

= 1,2901 kg/jam

FH2SO4

19 _{= F}

H2SO4

18 _{= 3,3132 kg/jam}

Flignin19 = Flignin 18 = 2,0462 kg/jam

F_pektin19 = F_pektin18 = 1,3096 kg/jam FH2O

19

=FH2O 18

+ FH2O 28 ₋

r1. BM

H₂O.σ1−r2. BMH2O.σ2

= 170,5812 + 86,1372−(0,7489 x 18 x 1)−(0,6198 x 18 x 1) = 232,0824 kg/jam

Ftotal18 = 1013,0150 kg/jam

(16)

H2O CH3COOH (CH3CO)2O

H2SO4

Tabel LA.10 Neraca Massa pada Reaktor Hidrolisasi (kg/jam)

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

Alur 18 Alur 28 Alur 19

Selulosa Triasetat 215,6799 - -

Selulosa Asetat - - 184,2266

Lignin 2,0462 - 2,0462

Bahan ekstraktif 1,3096 - 1,3096

H2O 170,5812 86,1372 232,0824

CH3COOH 554,3729 - 673,6792

(CH3CO)2O 64,5072 - 1,29014

H2SO4 4,5179 - 4,5179

Sub total 1013,0150 86,1372 1099,1521

Total 1099,1521 1099,1521

LA.9 CENTRIFUGE (CF-201)

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

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

Neraca Massa Total : F20 = F21 + F22

FCH3COOH

21

= 98

100 × 673,6792 kg/jam = 660,2056 kg/jam

F₍_CH 3CO)2O

21 _{= 1,2901 kg/jam}

FH2SO4

21

= 4,5179 kg/jam 20

21

22

Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O

H2SO4

Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH

(17)

FH2O

21

= 98

100 × 232,0824 kg/jam = 227,4408 kg/jam Alur 22

F_selulosa22 _aseta_t = F_{selulosa aseta t}21 = 184,2266 kg/jam F_�22₂O = F_�20₂O −F�2O

21

= 232,0824−227,4408 = 4,6416 kg/jam

F_��22₃_�� = F_��20₃_�� −F_��21₃_�� = 673,6792−660,2056 = 13,4736 kg/jam

F_lignin22 = F_lignin20 = 2,0462 kg/jam Fpektin22 = Fpektin22 = 1,3096 kg/jam

Tabel LA.11 Neraca Massa pada Centrifuge (kg/jam)

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

Alur 20 Alur 21 Alur 22

Selulosa Asetat 184,2266 - 184,2266

Lignin 2,0462 - 2,0462

Bahan ekstraktif 1,3096 - 1,3096

H2O 232,0824 227,4408 4,6416

CH3COOH 673,6792 660,2056 13,4736

(CH3CO)2O 1,2901 1,2901 -

H2SO4 4,5179 4,5179 -

Sub total 1099,1521 893,4545 205,6976

(18)

H2O CH3COOH LA.10 ROTARYDRYER II(RD-201)

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

Dryer dapat mengurangi kadar air sebesar 90% dari laju alir air masuk (Perry,1997)

dan diharapkan komposisi asam asetat sebesar 0,01% dari berat selulosa asetat. Neraca Massa Total :

F22 = F24 + F23

FH2O

24 ₌ 90

100 × 4,6416 kg/jam = 4,1775 kg/jam

FCH243COOH = 90

100 × 13,4736 kg/jam = 12,1262 kg/jam Ftotal24 = 16,3037 kg/jam

Alur 23

F_CH23₃_COOH = 13,4736−12,1262 = 1,3474 kg/jam

FH2O

23

= 4,6416−4,1775 = 0,4642 kg/jam

F_{selulosa asetat}23 = 184,2266 kg/jam

Ftotal23 = 189,3939 kg/jam

RD-102

22 23

24

Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH Selulosa Asetat

(19)

Tabel LA.12 Neraca Massa Pada Rotary Dryer (kg/jam)

Komponen

Masuk

(kg/jam) Keluar (kg/jam)

Alur 22 Alur 24 Alur 23

Selulosa Asetat 184,2266 - 184,2266

Lignin 2,0462 - 2,0462

Pektin 1,3096 - 1,3096

H2O 4,6416 4,1775 0,4641

CH3COOH 13,4736 12,1262 1,3474

Sub total 205,6976 16,3037 189,3939

(20)

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

Kapasitas Produk : 1500 ton/tahun Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kJ/jam Waktu kerja per tahun : 330 hari Suhu referensi : 25oC (298oK)

Perhitungan neraca panas menggunakan data dan rumus sebagai berikut:

1. Rumus untuk perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan keluar

�= ∆�= ∫_��_�� ×��×�� ………...(Smith, 1975) Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang digunakan

adalah :

∫ ��×��= ∫ ��_�� ×��×∆��+

1 ∫ ��×��

�2

��

�2

�1 ……(Reklaitis, 1983)

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

∫

−

+ ∆

= 2

1 2

1

) (

T

out T

T

out

r T N CpdT N CpdT

H r dt

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

2. Data untuk perhitungan kapasitas panas

Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas liquid (Cpl) untuk gugus –gugus pada senyawa liquid.

Tabel LB.1 Nilai Kapasitas Panas Liquid (Cpl) Metode Chuch dan Swanson Gugus Cpl (kal/goC)

|

-CH (ring)

4,4

-OH 10,7

-C=O | H

12,66

(21)

(Perry, 1997)

Perhitungan Cpl (kal/g.0C) dengan menggunakan metode Chuch dan Swanson dengan rumus :

�� =� ��∆��

�=1

Tabel LB.2 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk gugus – gugus pada senyawa solid.

Tabel LB.2 Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison Unsur Atom ∆_��

C 10,89

H 7,56

O 13,42

N 18,74

S 12,36

K 28,87

Cl 24,69

Na 26,19

P 26,63

Mg 22,69

Fe 29,08

Ca 28,25

Cr 26,63

Co 25,71

Ni 25,46

Cu 26,92

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

(22)

Ni = Jumlah unsur atom i dalam senyawa

∆�� = Nilai dari kontribusi unsur atom i pada Tabel LB.2

3. Data perhitungan panas pembentukan dan panas penguapan

Tabel LB.3 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugus-gugus pada senyawa padatan [kJ/mol].

Tabel LB.3 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan (∆�_��)

̶ CH2 ̶ -26,80

│

̶ CH ̶ │

8,67

│

̶ C ̶ │

79,72

Oxygen Increments

̶ OH (Alkohol) -208,04

̶ OH (Phenol) -221,65

̶ O ̶ (Nonring) -132,22

̶ O ̶ (Ring) -138,16 │

̶ C = O (Nonring) -133,22 │

̶ C = O (Ring) -164,50 Nonring Increments

̶ CH3 -76,45

̶ CH2 ̶ -20,64

│

̶ CH ̶ │

29,89

│

̶ C ̶ │

(23)

= CH2 -9,63

│

= CH 37,97

= C ̶

│ 83,99

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

∆�� (298,15 K) = 68,29 + ∑ �� ∆�……… (Perry, 1997)

Perhitungan untuk panas penguapan :

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

4. Data untuk steam, air pendingin dan udara

Steam yang digunakan adalah superheated steam 130oC pada tekanan 100 kPa.

Hvl (130oC) = 2.734,7 kJ/kg (Reklaitis, 1983)

Air pendingin yang digunakan adalah air pada suhu 300C dan keluar pada suhu 400C. Perhitungan estimasi Cp (J.mol-1.K-1) dengan menggunakan persamaan Cp = a + bt + ct2 + dt3, Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 )

( 14

4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2 2 1 T T d T T c T T b T T a CpdT T T − + − + − + − =

∫

dimana harga konstantanya disajikan pada tabel dibawah ini. Tabel B.4 Data Cp Beberapa Senyawa(J/mol.K)

Senyawa A B C D E

Air (l) 18,2964 0,472118 -0,0013387 1,31424E-06 -

(24)

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

2. Selulosa triasetat (C6H7O2(OCOCH3)3)

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

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

3. Selulosa (C6H7O2(OH)3)

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

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

4. Magnesium asetat (Mg(CH3COO)2)

Cps Magnesium asetat = ΔEMg (1) + ΔEC (4) + ΔEO (4) + ΔEH (6)

= 22,69(1) + 10,89(4) + 13,42(4) + 7,56(6) = 169,25 J/mol.K

5. Lignin

Cps lignin = ΔEC (20) + ΔEH (20) + ΔEO (8) = 10,89 (20) + 7,56 (20) + 13,42 (8)

= 476,36 J/mol.K 6. Pektin

Cps pectin = ΔEC(6)+ΔEH(10)+ΔEO(7)

= 10,89 (6) + 7,56 (10) + 13,42 (7) = 234,88 J/mol.K

7. Asam asetat (CH3COOH)

Cpl = 123,1 J/mol.K

Cpg = 63,4 J/mol.K

8. Asetat anhidrat ((CH3CO)2O)

Cpl = 186,252 J/mol.K

9. Asam sulfat (H2SO4)

Cpl = 138,9 J/mol.K

10. Natrium Hidroksida (NaOH)

Cps = 28,23 J/mol.K

(25)

Cpl = 75,2634 J/mol.K

Cpg = 33,36 J/mol.K

Tabel LB.5 Nilai Kapasitas Panas Masing-Masing Komponen

Komponen Cpl

(J/mol.K)

Cps (J/mol.K)

Cpg (J/mol.K)

Selulosa asetat - 286,9 -

Selulosa triasetat - 359 -

Selulosa - 208,04 -

Lignin - 476,36 -

Pectin - 234,88 -

Natrium hidroksida

- 28,23 -

Asam asetat 123,1 - 63,4 Asetat anhidrat 186,252 - -

Asam sulfat 138,9 - -

Air 75,2634 - 33,36

6. Perhitungan nilai panas pembentukan (ΔH0f) dan panas penguapan (ΔHvl)

Menghitung ΔH0f298 Selulosa asetat :

| |

ΔH0

f298 = 68,29 + (-OH phenol) + 2(-CH- ) + 3(-C- ) + ( -O- ring) + 2(-CH3) + (-CH2- ) + 2(-C-) + 2(-O-nonring) + 3(=O)

|

ΔH0

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

ΔH0

f298 = -1047,85 kJ/mol Menghitung ΔH0f298 Selulosa triasetat :

| |

ΔH0

(26)

ΔH0

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

ΔHo

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

|

ΔHo

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

+ (-O-nonring) + (-O-ring)

ΔHo

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

ΔHo

f298 = -859,16 kJ/mol

ΔHo

f298 Asam asetat = -483,5 kJ/mol

ΔHo

f298 Asetat anhidrat = -391,17 kJ/mol

ΔHo

f298 Asam sulfat = -810,9413 kJ/mol

ΔHo

f298 Air = -241,9882 kJ/mol

ΔHvl Asam asetat = 23,7 kJ/mol

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

Tabel LB.6 Nilai Panas Pembentukan Dan Panas Penguapan

Komponen ΔH⁰f298 (kJ/mol) ΔHvl (kJ/mol) selulosa asetat -1096,08 -

selulosa tri asetat -874,43 -

Selulosa -859,16 -

asam asetat -483,5 23,7

asetat anhidrat -391,17 -

asam sulfat -810,9413 -

(27)

7. Perhitungan panas reaksi (ΔHor) Menghitung ΔHor reaksi:

Reaksi 1 :

OH OCOCH3

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

OH OCOCH3

Selulosa asetat anhidrat selulosa triasetat asam asetat

ΔHo

r1298 = ��_��_��₂₉₈�

�� − ��298

� _� ��

= {3(–483,5) + (–950,88)} – {3(–391,17) + (–859,16)} = –368,71 kJ/mol

Reaksi 2 :

OCOCH3 OH

C6H7O2 OCOCH3 + H2O C6H7O2 OCOCH3 + CH3COOH

OCOCH3 OCOCH3

Selulosa triasetat air selulosa asetat asam asetat

ΔHo

r2298 = {(–483,5) + (–1047,85)} – {(–241,9882) + (–950,88)} = –338,482 kJ/mol

Reaksi 3:

((CH3CO)2O) + H2O 2 CH3COOH

Asetat anhidrat air asam asetat

ΔHo

(28)

NaOH H2O T = 30o_C

H2O T = 30o_C Selulosa

lignin H2O Pektin T = 30o_C

LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (T-103)

Panas masuk = ��2�

27 _∫ _��₊_�

��1 ∫ ��+ ��1 ∫298.15303.15��+ 303.15

298.15 303.15

298.15

��1 ∫ ��+ ��1 ∫298.15303.15�� +��

2 _∫303.15_��₊ 298.15

303.15 298.15

��2�

2 _∫303.15_��

298.15 ………..… (1)

Tabel LB. 7 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi dengan menggunakan persamaan (1)

Alur Komponen

Laju Massa (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) ∫CpdT

(kJ/kmol) Q (kJ/jam)

27 H2O 1649,2081 18 91,6227 376,3170 34479,1701

1

Selulosa 126,3223 162 0,7798 1040,2000 811,1141

Lignin 42,1074 388 0,1085 2381,8000 258,4833

Pektin 26,9488 194 0,1389 1174,4000 163,1373

H2O 85,3377 18 4,7410 376,3170 1784,1137

2 NaOH 4,2107 40 0,1053 141,1500 14,8587

H2O 23,8609 18 1,3256 376,3170 498,8476

Total 38009,7246

Panas keluar =

��3 ∫ ��+��3 ∫ ��+ ��3 ∫298,15368.15�� 368.15

298,15 368.15

29815 +

��3 � ∫368.15��+��3 ∫368.15��...……….. (2)

2

27

1 3

Selulosa Lignin NaOH H2O T = 95o_C

T-101 T=95o_C

steam

T = 130o_C

(29)

Tabel LB. 8 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Ekstraksi dengan menggunakan persamaan (2).

Tabel LB.8 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi

Alur Komponen

Laju Massa (kg/jam)

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

3

Selulosa 126,3223 162 0,7798 14562,8000 11355,5973 Lignin 42,1074 388 0,1085 33345,2000 3618,7657

NaOH 4,2107 40 0,1053 1976,1000 208,0213

Pektin 26,9488 194 0,1389 16441,6000 163,1373 H2O 1758,4068 18 97,6893 5268,4380 514669,8384

Total 530015,3600

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

= (530015,3600– 38009,7246) kJ/jam = 492005,6354 kJ/jam

Sehingga jumlah steam yang diperlukan adalah : �= ��

∆��

= 492005 ,6354 kj /jam

2734,7 kj /kg = = 131,9355 kg/jam

Tabel LB.9 Neraca Energi Tangki Ekstraksi

Komponen

Masuk (kJ/jam)

Keluar (kJ/jam) Umpan 38009,7246 -

Produk - 530015,3600

Steam 492005,6354 -

(30)

Selulosa Lignin NaOH Pektin

H2O T = 95o_C

H2O T = 30o_C

Selulosa Lignin NaOH H2O Pektin Selulosa Lignin

H2O Pektin

LB.2 ROTARY WASHER I (RW – 101 )

Panas masuk =

��3 ∫ ��+ ��3 ∫ ��+ 368,15

298,15 368,15

298,15 ��

3 _∫368.15_�� 298.15

+ �_{��}3 ∫ ��+ �_�3₂_� ∫368.15��

298.15 + +��2�

2 _∫303.15_�� 298.15 368.15

298.15 ...(3)

Tabel LB. 10 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer I dengan menggunakan persamaan (3).

Tabel LB.10 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I

Alur Komponen

3

Selulosa 126,3223 162 0,7798 14562,8000 11355,5973 Lignin 42,1074 388 0,1085 33345,2000 3618,7657

NaOH 4,2107 40 0,1053 1976,1000 208,0213

Pektin 26,9488 194 0,1389 16441,6000 2283,9215 H2O 1758,4068 18 97,6893 5268,4380 514669,8384

25 H2O 4894,9901 18 271,9439 376,3170 102337,1112

Total 634473,2555

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

Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :

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

Sehingga diperoleh T keluar (T) = 47,6038oC RW-101 2

3 5

(31)

Panas keluar =

��4 ∫ ��+ ��4 ∫298,15320,603��+ 320,603

298,15 ��

4 _∫320,603_��

298,15 +

��2�

4 _∫ _��₊_�

��4 ∫298,15320,603�� + ��

5 _∫320,603 _��

298,15 320,603

298,15

+ �_{��}5 ∫_298,15320,603��+ �_�5₂_� ∫_298,15320,603��...(4) Tabel LB. 11 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer I dengan menggunakan persamaan (4).

Tabel LB.11 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

4

Selulosa 2,5264 162 0,0156 4702,4864 73,3369 Lignin 25,9087 388 0,0668 10767,5274 719,0019

NaOH 4,2107 40 0,1053 638,1042 67,1723

Pektin 16,5816 194 0,0855 5309,1713 453,7856 H2O 6520,3290 18 362,2405 1701,2359 616256,5317

5

Selulosa 123,7959 162 0,7642 4702,4864 3593,5089 Lignin 16,1987 388 0,0417 10767,5274 449,5369 Pektin 10,3672 194 0,0534 5309,1713 283,7174

H2O 133,0679 18 7,3927 1701,2359 12576,6639

Total 634473,2555

Tabel LB.12 Neraca Energi Rotay Waher I

Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam) Umpan 634473,2555 -

Produk - 634473,2555

(32)

H2O NaOCl NaOCL

H2O T= 30 o_C

H2O T= 30 o_C LB.3 TANGKI BLEACHING (T – 104)

Panas masuk =

N_selulosa5 ∫_298,15320,603CpdT+ N_lignin5 ∫_298,15320,603CpdT +N_H5₂_O∫_298,15320,603CpdT + �_{��}5 ∫_298,15320,603��+ ��2�

28 _∫ _��₊_�

��6 ∫298,15303,15��+��2�

6 _∫303,15_�� 298,15 303,15

298,15 ... (5)

Tabel LB. 13 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Bleaching dengan menggunakan persamaan (5).

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

Alur Komponen

5

Selulosa 123,7959 162 0,7642 4702,4864 3593,5089 lignin 16,1987 388 0,0417 10767,5274 449,5369

Pektin 10,3672 194 0,0534 5309,1713 283,7174

H2O 133,0679 18 7,3927 1701,2359 12576,6639

28 H2O 1206,1585 18 67,0088 376,3170 25216,5528

6 NaOCl 0,1417 74 0,0019 321,5000 0,6116

H2O 14,0298 18 0,7794 376,3170 293,3134

Total 42413,9048

Panas keluar =

��7 ∫ ��+��7 ∫ ��+ ��7 ∫298.15333.15��+ 333.15

298.15 333.15

298.15

��2�

7 _∫333.15_��

298.15 +��

7 _∫333.15_��

298.15 … ………..(6)

5

H2O

T – 102 6

28

Selulosa Lignin

H2O Pektin T= 47,603o_C

Steam T= 130o_C

Selulosa Lignin NaOCl H2O Pektin T= 60 o_C Kondensat

T= 34 o_C

(33)

Tabel LB. 14 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Bleaching dengan menggunakan persamaan (6). Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching

Tabel LB.14 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

7

Selulosa 123,7959 162 0,7642 7281,4000 5564,2427 Lignin 16,1987 388 0,0417 16672,6000 696,0696

Pektin 10,3672 194 0,0534 8220,8000 439,3123

H2O 1353,2562 18 75,1809 2634,2190 198042,9573

NaOCl 0,1417 74 0,0019 2250,5000 4,2809

Total 204746,8628

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

dQ/dT = Qc = Qout – Qin

= (204746.8628– 42413.9048) kJ/jam = 162332.9580 kJ/jam

Sehingga, jumlah steam yang diperlukan adalah : � = ��

∆��

= 162332 ,9580 kJ /jam

(2734 ,7)kJ /jam

= 59,3604 kg/jam

Tabel LB.15 Neraca Energi Tangki Bleaching

Komponen

Masuk

(kJ/jam) Keluar (kJ/jam)

Umpan 42413,9048 -

Produk - 204746,8628

(34)

Selulosa Lignin Pektin NaOCl H2O T = 60o_C

H2O T = 30o_C

Selulosa Lignin NaOCl H2O Pektin Selulosa

Lignin Pektin H2O LB.4 ROTARY WASHER II( RW – 102 )

Panas masuk =

N_selulosa7 ∫ CpdT+N_lignin7 ∫333,15CpdT+

298,15 333,15

298,15 Npektin

7 _∫333.15_CpdT

298.15 + NNaOCl 7

∫ CpdT+ N_H7₂_O ∫333.15CpdT

298.15 + NH2O

26 _∫303.15_CpdT 298.15

333.15

298.15 ...(7)

Tabel LB. 16 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer II dengan

menggunakan persamaan (7).

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

Alur Komponen

7

Selulosa 123,7959 162 0,7642 7281,4000 5564,2427 Lignin 16,1987 388 0,0417 16672,6000 696,0696 Pektin 10,3672 194 0,0534 8220,8000 439,3123 H2O 1353,2562 18 75,1809 2634,2190 198042,9573

NaOCl 0,1417 74,5 0,0019 2250,5000 4,2809

26 H2O 3759,3993 18 208,8555 376,3170 78595,8820

Total 283342,7448

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

Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :

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

Sehingga diperoleh T keluar (T) = 38,1365 oC Panas keluar =

RW-102 26

7 8

(35)

��8 ∫ ��+ ��8 ∫ ��+��8 ∫298,15311,136�� 311,136

298,15 311,136

298,15

+�_�8₂_� ∫_298,15311,136��+�_{��}9 ∫_298,15311,136��+�_{��}9 ∫_298,15311,136�� +�_{��}9 ∫_298,15311,136��+ �_�9₂_� ∫_298,15311,136��………..(8)

Tabel LB.17 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer II dengan menggunakan persamaan (8).

Tabel LB.17 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotaary Washer II (RW-102)

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

9

selulosa 2,4759 162 0,0153 2732,9217 41,7684

lignin 14,1525 388 0,0365 6257,7128 228,2534

Pektin 9,0576 194 0,0467 3085,5059 144,0582

H2O 5010,4024 18 278,3557 988,6992 275210,0422

NaOCl 0,1417 74,5 0,0019 844,6783 1,6068

8

Selulosa 121,3200 162 0,7489 2732,9217 2046,6540

Lignin 2,0462 388 0,0053 6257,7128 33,0018

Pektin 1,3096 194 0,0068 3085,5059 20,8285

H2O 102,2531 18 5,6807 988,6992 5616,5315

Total 283342,7448

Tabel LB.18 Neraca Energi Rotary Washer II Komponen Masuk

(kJ/jam)

Produk - 283342,7448

(36)

T = 38,136°C

T = 100°C H2O

T = 100°C

LB.5 ROTARY DRYER I (RD-101)

Panas Masuk =

�_{��}8 _∫ _��₊_�

��8 ∫298,15311,13��+ 311,13

298,15 ��

8 _∫311,13_��

298.15

+ �_�8₂_�∫_298.15311,13�� ……… (9)

Tabel LB.19 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Dryer I dengan menggunakan persamaan (9).

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

Alur Komponen

Laju Massa (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) ∫CpdT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) 8

Selulosa 121,3200 162,0000 0,7489 2732,9217 2046,6540 Lignin 2,0462 388,0000 0,0053 6257,7128 33,0018 Pektin 1,3096 194,0000 0,0068 3085,5059 20,8285 H2O 102,2531 18,0000 5,6807 988,6992 5616,5315

Total 7717,0158

Panas keluar = ��2�

10 _∫ _��₊_∆_��

�� + ��11 ∫298,15375,15��+ 375,15

298,15

��11 ∫298.15375,15��+��

11 _∫ _��₊_�

�2�

11 _∫373.15_��

298.15 +

373.15 298.15

∆��...(10)

Tabel LB.20 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Dryer I dengan menggunakan persamaan (10).

8 11

10

Steam T = 130°C

Kondensat T = 130°C

(37)

Tabel LB.20 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-101)

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

10 H2O 92,0278 18 5,1127 8187,4112 41859,4132

11

Selulosa 121,3200 162 0,7489 15603,0000 11684,9097

Lignin 2,0462 388 0,0053 35727,0000 188,4161

Pektin 1,3096 194 0,0068 17616,0000 118,9156

H2O 10,2253 18 0,5681 5644,7550 3206,6320

Total 57058,2865

Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah : ��/�� =�� = �_{�� −}�_��

= 57058,2865− 7717,0158 kJ/jam = 49341,2708 kJ/jam

Heat loss sebesar 10 % maka panas yang dibutuhkan 100 % + 10 % = 110% (kemp, 2012)

Sehingga jumlah steam yang dibutuhkan adalah : �= ��

∆��

=49341,2708 kJ/jam

(38)

CH3COOH H2O T = 30o_C Selulosa

lignin H2O Pektin T = 100o_C

Selulosa Lignin NaOH H2O T = 50o_C Air pendingin

T = 30o C

Air pendingin bekas T = 40o_C

Tabel LB.21 Neraca Energi Rotary Dryer I Komponen Masuk

(kJ/jam)

Produk - 57058,2865

Steam 49341,2708 -

Total 57058,2865 57058,2865

LB.6 TANGKI AKTIVASI (T - 205)

Panas masuk =

��11 ∫ ��+ ��

11 _∫375,15_��

298.15 +��

11 _∫375,15_�� 298.15 375,15

298,15

+ �_�11₂_� ∫_298.15373.15��+∆��_�� +�_��12₃_�� ∫_298.15305,15��+ ��2�

12 _∫303.15_��

298.15 ...……. (11)

Tabel LB.22 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Aktivasi dengan menggunakan persamaan (11).

12

11

13

(39)

Tabel LB.22 Perhitungan Panas Masuk Pada Tangki Aktivasi (T-205)

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

11

Selulosa 121,3200 162 0,7489 15603,0000 11684,9097 Lignin 2,0462 388 0,0053 35727,0000 188,4161 Pektin 1,3096 194 0,0068 17616,0000 118,9156

H2O 10,2253 18 0,5681 8187,4112 4651,0459

12 CH3COOH 41,6127 60 0,6935 615,5000 426,8774

H2O 0,8492 18 0,0472 376,3170 17,7546

Total 17087,9193

Panas keluar =

��13 ∫ ��13 ∫298,15311,13��+ 311,13

298,15 ��

13 _∫311,13_��

298.15

+ �_�13₂_�∫_298.15311,13��+�_��13₂_��∫_298.15311,13��...… (12) Tabel LB.23 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Aktivasidengan menggunakan persamaan (12).

Tabel LB.23 Perhitungan Panas keluar Pada Tangki Aktivasi (TA - 205)

Alur Komponen

Laju Massa (kg/jam)

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT (kJ/kmol)

Q

(kJ/jam)

13

Selulosa 121,3200 162 0,7489 5201,0000 3894,9699 Lignin 2,0462 388 0,0053 11909,0000 62,8054

Pektin 1,3096 194 0,0068 5872,0000 39,6385

H2O 11,0746 18 0,6153 1881,5850 1157,6505

CH3COOH 41,6127 60 0,6935 3077,5000 2134,3871

Total 7289,4514

(40)

Selulosa Lignin Pektin H2O CH3COOH

T = 50o

C kondensat

T = 130°C

Selulosa triasetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O H2SO4 T = 70°C

Steam T =130 °C

H2O CH3COOH

T = 30o C CH3COOH (CH3CO)2O

T = 30o C

H2O H2SO4 T = 30o C �= ��

��×��H2O

= −9798.4679

751,0529 × 18

= 234,8335 kg/jam

Tabel LB.24 Neraca Energi Tangki Aktivasi Komponen Masuk

(kJ/jam)

Keluar (kJ/jam)

umpan 17087,9193

produk 7289,4514

air pendingin -9798,4679

Total 7289,4514 7289,4514

LB.7 REAKTOR ASETILASI (R-201)

Panas Masuk =

��13 ∫298,15323,15��+ ��

13 _∫323,15_��₊ 298,15

��13 ∫298,15323,15�� + ��2�

13 _∫323,15_��₊

298,15 ��3��

13 _∫323,15_��₊

298,15

��2�

15 _∫303,15_��₊

298,15 ��3��

16 _∫303,15_��₊

298,15 �(��3��)2��

16 _∫303,15_��₊

298,15

��2�

17 _∫303,15_��

298,15 + ��2��4

16 _∫303,15_��

298,15 ………..(13)

R-202 T = 70 °C

17

15 ₁₈

(41)

Tabel LB.25 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Asetilasi dengan menggunakan persamaan (19).

Tabel LB.25 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Reaktor Asetilasi

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N (kmol/jam)

∫CpdT

13

Selulosa 121,3200 162 0,7489 5201,0000 3894,9699 Lignin 2,0462 388 0,0053 11909,0000 62,8054

Pektin 1,3096 194 0,0068 5872,0000 39,6385

H2O 11,0746 18 0,6153 1881,5850 1157,6505

CH3COOH 41,6127 60 0,6935 3077,5000 2134,3871

15 H2O 159,4144 18 8,8564 376,3170 3332,7978

CH3COOH 371,9670 60 6,1995 615,5000 3815,7615

16 CH3COOH 5,9932 60 0,0999 615,5000 61,4803

(CH3CO)2O 293,6671 102 2,8791 931,2600 2681,1806

17 H2O 0,0922 18 0,0051 376,3170 1,9276

H2SO4 4,5180 98 0,0461 694,5000 32,0176

Total 17214,6168

Panas Keluar =

��18 �� ∫ ��+��18 ∫298,15343,15��+ 343,15

298,15 ��

18 _∫343,15_��₊ 298,15

��2�

18 _∫343,15_��₊

298,15 ��3��

18 _∫343,15_��

298,15 +�(��3��)2��

18 _∫343,15_��₊

298,15

��2��4

18 _∫343,15_��

298,15 ...(14)

(42)

Tabel LB.26 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Asetilasi (R-201)

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

18

Selulosa

triasetat 215,6799 288 0,7489 16155,0000 12098,2962 Lignin 2,0462 388 0,0053 21436,2000 113,0497 Pektin 1,3096 194 0,0068 10569,6000 71,3493 H2O 170,5812 18 9,4767 3386,8530 32096,2997

CH3COOH 554,3729 60 9,2395 5539,5000 51182,4793

(CH3CO)2O 64,5072 102 0,6324 8381,3400 5300,5543

H2SO4 4,5180 98 0,0461 6250,5000 288,1580

Total 101150,1865

Dari perhitungan sebelumnya diperoleh : ∆�°�1298 = - 292,26 kJ/mol

∆�°�1_343,15 = ∆�°��₂₉₈+ �_{��} ∫ ��+�_{��} ∫343,15��

298,15 343,15

298,15

= -292,26 kJ/mol + {3(5539,5)+1(16155)}kJ/mol + {-3(8381,34) + - 1(208,04 × 45)}kJ/mol

= - 2024,58 kJ/mol

r1 = 0,748888654 mol/jam

Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah : r1 . ∆�°��_343,15= {0,748888654 × (- 2024,58)}

= -1516,184991 kJ/mol Maka :

dQ/dT = Qc = Qout – Qin + Panas Reaksi

= 101150,1865 – 17214,61682 + (-1516,1850) = 82419,3846 kJ/jam

Sehingga steam yang diperlukan adalah : � = ��

(43)

Selulosa triasetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O

H2SO4 T = 70°C

Steam T = 130°C H2O

T = 30°C

Selulosa asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O H2SO4 T = 120°C

= 82419 ,38465 kJ /jam

2374 ,7 ��/��

= 30,1384 kg/jam

Tabel LB.27 Neraca Energi Reaktor Asetilasi ( R-201)

Komponen Masuk

(kJ/jam)

Umpan 17214,6168 -

Produk - 101150,1865

Panas reaksi - -1516,1850

Air panas 82419,3846 -

Total 99634,0015 99634,0015

LB.8 REAKTOR HIDROLISIS (R-202)

Panas masuk =

�_{��}18 _{��} _∫ _��₊_�

��18 ∫ ��+ 343,15

298,15 343,15

298,15

��18 ∫ ��+��2�

18 _∫343,15_��₊ 298,15

343,15

298,15 ��3��

18 _∫343,15_��

298,15 +

+�₍18_��₃_��₎₂_��∫_298,15343,15��+�_�18₂_��₄∫_298,15343,15��+�_�28₂_�∫_298,15303,15�� ...(15) Tabel LB.28 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Reaktor Hidrolisis dengan menggunakan persamaan (15).

18

28

19

(44)

Tabel LB.28 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Reaktor Hidrolisis (R-202)

Alur Komponen

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

18

Selulosa

triasetat 215,6799 288 0,7489 16155,0000 12098,2962

Lignin 2,0462 388 0,0053 21436,2000 113,0497

Pektin 1,3096 194 0,0068 10569,6000 71,3493

H2O 170,5812 18 9,4767 3386,8530 32096,2997

CH3COOH 554,3729 60 9,2395 5539,5000 51182,4793

(CH3CO)2O 64,5072 102 0,6324 8381,3400 5300,5543

H2SO4 4,5180 98 0,0461 6250,5000 288,1580

28 H2O 86,1372 18 4,7854 376,3170 1800,8268

Total 102951,0133

Panas keluar =

��19 �� ∫ ��+��19 ∫ ��+��19 ∫298,15393,15�� 393,15

298,15 393,15

298,15

��2�

19 ₍_∫ _{��}₊_∆� �� 373,15

298,15 +∫ ��) +

393,15

373,15 ��3��

19 ₍_∫391,15_{��}₊ 298,15

∆��∫391,15393,15��) + �(��3��)2��

19 _∫ _��₊_�

�2��4

19 _∫343,15_�� 298,15 343,15

298,15 ..(16)

(45)

Tabel LB.29 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Hidrolisis (R-202)

Alur komponen

laju massa (kg/jam)

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

19

Selulosa

asetat 184,2266 246 0,7489 27255,5000 20411,3347

Lignin 2,04622 388 0,0053 45254,2000 238,6603

Pektin 1,3096 194 0,0067 22313,6000 150,6264

H2O 232,0824 18 12,8935 6352,6112 81907,1860

CH3COOH 673,6792 60 11,2280 11598,8000 130231,1733

(CH3CO)2O 1,2901 102 0,0126 17693,9400 223,8012

H2SO4 4,5179 98 0,0461 13195,5000 608,3335

Total 233771,1154

Dari perhitungan sebelumnya : Reaksi 2:

∆�°�2298 = -463,1618 kJ/mol

∆�°�2_393,15 = ∆�°�2₂₉₈+ �_{��} ∫ ��+�_{��} ∫393,15��

298,15 393,15

298,15

= -463,1618 kJ/mol + {1(11598,8)+1(27255,5)}kJ/mol + {(-1)(6352,6112) + ( - 1)(359 × 95)}kJ/mol

= - 2066,4730 kJ/mol r2 = 0,7489 mol/jam

Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah : r2 , ∆�°�2_393,15= {0,748888654 × - 2066,4730)}

= -1547,558183 kJ/mol Reaksi 3:

∆�°�3298 = -333,8418 kJ/mol

∆�°�3393,15 = ∆�°�3298 + �� ∫ ��+�� ∫ �� 393,15 298,15 393,15

298,15

(46)

Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah : r3 , ∆�°�3393,15= {0,619774787 × - 1182,7930)}

= -733,0652802 kJ/mol Maka :

dQ/dT = Qc = Qout – Qin + Panas Reaksi

= 233771,1154- 102951,0133+ (-814,4929031) = 128539,4787 kJ/jam

Sehingga steam yang diperlukan adalah : � = ��

∆��

= 128539 ,4787 kJ /jam

2374 ,7 ��/��

= 47,0031 kg/jam

Tabel LB.30 Neraca Energi Reaktor Hidrolisa

Komponen Masuk

(kJ/jam)

Umpan 102951,0133 -

Produk - 233771,1154

Panas reaksi - -2280,6235

Steam 128539,4787 -

(47)

Selulosa asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O H2SO4 T = 120°C

Selulosa asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O H2SO4 T = 50°C Air Pendingin

T = 30°C

Air Pendingin Bekas T = 40°C

LB. 9 COOLER (HE-201)

Panas masuk =

��19 �� ∫ ��+��19 ∫ ��+��19 ∫298,15393,15�� 393,15

298,15 393,15

298,15

��2�

19 ₍_∫ _{��}₊_∆�

�� +∫_373,15393,15��) + ��3��

19 ₍_∫391,15_{��}₊ 298,15

373,15 298,15

∆�� ∫391,15393,15��) + �(��3��)2��

19 _∫ _��₊_�

�2��4

19 _∫343,15_�� 298,15 343,15

298,15 ..(17)

Tabel LB.31 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Cooler I dengan menggunakan persamaan (17),

Tabel LB.31 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Cooler I (HE-201)

Alur Komponen

19

Selulosa

asetat 184,2266 246 0,5492 27255,5000 14968,3121 Lignin 2,04622 388 0,0039 45254,2000 175,0176 Pektin 1,3096 194 0,0050 22313,6000 110,4593 H2O 232,0824 18 9,4552 6352,6112 60065,2698

CH3COOH 673,6792 60 8,2339 11598,8000 95502,8604

(CH3CO)2O 1,29014 102 0,0093 17693,9400 164,1209

H2SO4 4,51795 98 0,0338 13195,5000 446,1112

Total 233771,1154

19 20

(48)

Panas keluar =

��20 �� ∫ ��+��20 ∫ ��+��20 ∫298,15323,15�� 323,15

298,15 323,15

298,15

��2�

20 _∫ _��₊_�

��3��

20 _∫323,15_�� 298,15 323,15

298,15 + �(��3��)2��

20

∫_298,15323,15��+ ��2��4

20 _∫323,15_��

298,15 ...(18)

Tabel LB.32 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Cooler I dengan menggunakan persamaan (18).

Tabel LB.32 Panas keluar Tiap Komponen dan Total Pada Cooler I (HE-201)

Alur komponen

laju massa (kg/jam)

BM (kg/kmol)

N

(kmol/jam)

∫CpdT

20

Selulosa

asetat 184,2266 246 0,7489 7172,5 5371,4039

Lignin 2,04622 388 0,0053 11909 62,8054

Pektin 1,3096 194 0,0067 5872 39,6385

H2O 232,0824 18 12,8935 1881,585 24260,1550

CH3COOH 673,6792 60 11,2280 3077,5 34554,1294

(CH3CO)2O 1,2901 102 0,01265 4656,3 58,8950

H2SO4 4,51795 98 0,0461 3472,5 160,0878

Total 64507,1150

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

= 64507,11497 - 233771,1154 = -169264,0005 kJ/jam

Sehingga jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah : � = ��

�(40℃)− �(30℃) = 169264 ,0005 kJ /jam

(49)

T = 50°C

H2O CH3COOH

T = 100°C

= 225,3689 kg/jam

Tabel LB.33 Neraca Energi Cooler I

Komponen Masuk

(kJ/jam)

Umpan 233771,1144 -

Produk - 64507,1149

Air pendingin 169264,0005 -

Total 64507,1149 64507,1149

LB.10 ROTARY DRYER II (RD-201)

Panas masuk =

��22 �� ∫ ��+��22 ∫ ��+��22 ∫298,15323,15�� 323,15

298,15 +

323,15 298,15

��2�

22 _∫ _��₊_�

��3��

22 _∫323,15_�� 298,15 323,15

298,15 ...(19)

Tabel LB.34 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Dryer II dengan menggunakan persamaan (19),

22 23

24

RD - 102 T = 100°C

(50)

Tabel LB.34 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Rotary Dryer (RD-201)

Alur Komponen

laju massa (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) ∫CpdT (kJ/kmol) Q (kJ/jam) 22 Selulosa

asetat 184,2266 246 0,7489 7172,5 5371,4039

Lignin 2,0462 388 0,0053 11909 62,8054

Pektin 1,3096 194 0,0067 5872 39,6385

H2O 4,6416 18 0,2579 1881,585 485,2031

CH3COOH 13,4736 60 0,2246 3077,5 691,0826

Total 6650,1334

Panas keluar =

��23 �� ∫ ��+��23 ∫ ��+��23 ∫298,15373,15�� 373,15

298,15 +

373,15 298,15

��2�

23 _∫ _��₊_∆�

�� + ��3��

23 _∫373,15_��

298,15 + ��2�

24 _∫373,15_��₊ 298,15

373,15 298,15

∆�� + ��3��

24 _∫373,15_��

298,15 ...(20)

Tabel LB.35 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Dryer II dengan menggunakan persamaan (20)

Tabel LB.35 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Rotary Dryer II (RD-201)

Alur komponen

laju massa (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) ∫CpdT

24 H2O 4,1775 18 0,2321 8187,4112 1900,1542

CH3COOH 12,1262 60 0,2021 17368,2000 3510,1786

23

Selulosa

asetat 184,2266 246 0,7489 21517,5000 16114,2116

Lignin 2,0462 388 0,0053 35727,0000 188,4161

Pektin 1,3096 194 0,0067 17616,0000 118,9156

H2O 0,4642 18 0,0258 5685,4112 146,6093

CH3COOH 1,3474 60 0,0225 9232,5000 207,3248

(51)

Referensi

Unduh sekarang ( PDF - 191 Halaman - 2.50 MB )

Garis besar

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat dari Kulit Buah Kakao Kapasitas 1.500 Ton Tahun

Dokumen terkait

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Pektin Dari Kulit Buah Kakao Dengan Kapasitas Produksi 12.000 Ton/Tahun

Ketersediaan kulit kakao yang masih lebih besar jumlahnya daripada kebutuhan kulit kakao pada industri ini menggambarkan bahwa proses industri pabrik pektin dari kulit buah

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Pektin Dari Kulit Buah Kakao Dengan Kapasitas Produksi 5.000 Ton/Tahun

Ketersediaan kulit kakao yang masih lebih besar jumlahnya daripada kebutuhan kulit kakao pada industri ini menggambarkan bahwa proses industri pabrik pektin dari kulit buah

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Kuprisulfat Pentahidrat dari Tembaga Oksida dan Asam Sulfat Kapasitas 40.000 ton/tahun

LB-12 Tabel LB.18 Menghitung panas yang terkandung bahan masuk Kristalizer LB-13 Tabel LB.19 Menghitung panas yang terkandung bahan keluar Kristalizer

Pra Rancangan Pembuatan Molases Pada Pabrik Gula Dengan Kapasitas Produksi 6000 Ton/Hari

nira yang mengandung air dialirkan melalui vacum pan 03 dengan suhu 75 0 C yang menggunakan Saturated steam yang masuk pada suhu 98 0 C dan steam keluar sebagai kondensat pada suhu

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat Dari Alang - Alang Dengan Kapasitas 75.000 Ton/Tahun

Setelah proses asetilasi, produk hasil reaktor asetilasi dibawa menggunakan pompa (P-105) selanjutnya ke unit hidrolisis dalam reaktor hidrolizer (R-102) pada suhu 120 o

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat dari Kulit Buah Kakao Kapasitas 1.500 Ton Tahun

Edisi Ketujuh, McGraw-Hill Book Company, New York.. Timmerhaus dan

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

2.6.2 Proses Pengubahan Pulp Menjadi Selulosa Asetat dengan Menggunakan Proses Asetilasi. Pulp dibawa dengan menggunakan Bucket elevator (BE-102)

PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN FENOL DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT DENGAN PROSES PIROLISIS DENGAN KAPASITAS PRODUKSI TON/TAHUN SKRIPSI

LB-16 Tabel LB-17 Neraca Panas Keluar Bahan yang Teruapkan pada Rotary Dryer LB-17... Tabel LB-18 Neraca Panas