LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas Produk : 1000 ton/tahun Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kg/jam Waktu kerja per tahun : 330 hari Kemurnian produk : 96 %
Dengan melakukan perhitungan mundur sehingga didapat kapasitas bahan baku : 203.5978319 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 BeratMolekul(kg/kmol)
Selulosa C6H7O2(OH)3 162
Selulosa triasetat
C6H7O2((OCOCH3)3) 288
Selulosa asetat C6H7O2OH((OCOCH3)2) 246
Asetat anhidrat (CH3CO)2O 102
Asam asetat CH3COOH 60
Air H2O 18
Asam sulfat H2SO4 98
Sumber : Wikipedia, 2013
Pada perhitungan neraca massa total berlaku hukum konservasi (Reklaitis, 1983). Untuk sistem tanpa reaksi
Selulosa Lignin Pektin H2O
Selulosa Lignin Pektin H2O NaOH
Untuk sistem dengan reaksi : 𝑁𝑁𝑂𝑂𝐵𝐵𝑓𝑓 = 𝑁𝑁𝑎𝑎𝑖𝑖 +𝑎𝑎 ∑𝑠𝑠𝑠𝑠=1𝜎𝜎𝑠𝑠
LA.1 TANGKIEKSTRAKSI ( T – 103 )
Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari kulit buah kakao dan tahap awal untuk proses bleaching
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹1+ 𝐹𝐹2+ 𝐹𝐹27 = 𝐹𝐹3 Neraca Massa Komponen :
Alur 1
𝐹𝐹𝑓𝑓𝑜𝑜𝑓𝑓𝑎𝑎𝑔𝑔1 = 205,8586 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗
Fselulosa1 = 45
100× 205,8586 kg/jam = 92,6364 kg/jam
Flignin1 = 15
100× 205,8586 kg/jam = 30,8788 kg/jam
Fpektin 1 = 9,6
100× 20,8586 kg/jam = 19,7624 kg/jam
FH 2O
1 = 30.4
100× 205,8586 kg/jam = 62,5810 kg/jam
Alur 2
Untuk tahap ekstraksi, larutan NaOH 10% yang diperlukan adalah 10% dari jumlah bahan baku kulit buah kakao.
F2 = 10
100× 205.8586 kg/jam = 20.5859 kg/jam
27
1 3
2
H2O
H2O NaOH
FNaOH2 = 15
100× 20.35978319 kg/jam = 3.08788 kg/jam
FH22O = ( 20.35978319 − 3.053967479 )kg/jam = 17.4980 kg/jam
Konsistensi air yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10%. 𝐾𝐾𝑜𝑜𝑖𝑖𝑠𝑠𝑎𝑎𝑠𝑠𝑓𝑓𝑊𝑊𝑖𝑖𝑠𝑠𝑎𝑎𝐾𝐾𝑎𝑎𝑎𝑎= 143,2776 kg/jam × 100%
10 % −143,2776kg/jam
FH32O = 1289,4983 kg/jam
Alur 27
FH272O = (1289,4983 −62.5810− 17.4980)kg/jam
= 1209.4193 kg/jam Alur 3
Fselulosa3 = 92.6364 kg/jam Flignin3 = 30.8788 kg/jam Fpektin3 = 19.7624 kg/jam FH32O = 1289.4983 kg/jam FNaOH3 = 3.0879 kg/jam Ftotal3 = 1435.8638 kg/jam
Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Ekstraksi (kg/jam)
Komponen Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 1 Alur 2 Alur 27 Alur 3
Selulosa 92.6364 - - 92.6364
Lignin 30.8788 - - 30.8788
Pektin 19.7624 - - 19.7624
H2O 62.581 17.4980 1209.4193 1289.4983
NaOH - 3.0879 - 3.0879
Sub total 205.8586 20.5859 1209.4193 1435.8638
LA. 2 ROTARY WASHER I (kg/jam) (RW 1 -101)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tereduksi pada tangki ekstraksi dan komponen pengekstrak yang terlarut dalam air dari pulp
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹3 + 𝐹𝐹25 = 𝐹𝐹4 + 𝐹𝐹5
Neraca Massa Komponen : Alur 25
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)
𝐹𝐹H2O
25 = 2,5 × F
total3 = 2,5 × 1435.8638kg/jam = 3589.6594kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang masuk ke dalam washer
FH 2O
5 = 0,02 × (1289.4983 + 3589.6594)kg/jam
= 97.5831 kg/jam
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
Fselulosa5 = 0.98 × 92.6364 kg/jam = 90.7836 kg/jam
Sebanyak 61,53% lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer
Flignin4 = 61,53
100 × 30.8788 = 18.9997 kg/jam
Alur 4
Fselulosa4 = ( 92.6364− 90.7836) kg/jam = 1.8527 kg/jam
3
5 4
25
RW-1 -101
Selulosa Lignin Pektin H2O NaOH
H2O
Selulosa Lignin Pektin H2O NaOH
Flignin4 = 18.9997 kg/jam
FH42O = ( 1289.4983 + 3589.6594−97.5831) = 4781.5746 kg/jam
Fpektin4 = 61,53
100 × 19.7624 = 12.1598 kg/jam
FNaOH4 = 3.0879 kg/jam Ftotal4 = 4817.6747 kg/jam
Alur 5
Fselulosa5 = 90,7836 kg/jam
Flignin5 = 30,8788−18,9997 = 11,8791 kg/jam Fpektin5 = 19,7624−12,1598 = 11,8791 kg/jam
FH 2O
5 = 2
100x(1289,4983 + 3589,6594 = 97,5831 kg/jam
Ftotal5 = 207,8485 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Rotary Washer I (RW-101)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur 3 Alur 25 Alur 4 Alur 5
Selulosa 92,6364 - 1,8527 90,7836
Lignin 30,8788 - 18,9997 11,8791
Pektin 19,7624 - 12,1598 7,6026
H2O 1289,4983 3589,6594 4781,5746 97,5831
NaOH 0,0879 - 3.0879 -
Sub total 1425,8638 3589,6594 4817.6747 207,8485
Selulosa Lignin Pektin H2O
H2O NaOCl
LA. 3 TANGKI BLEACHING ( T – 104 )
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna putih padapulp yang dihasilkan
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹5+ 𝐹𝐹6+ 𝐹𝐹28 = 𝐹𝐹7 Neraca Massa Komponen :
Alur 6
Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 1% yang diperlukan adalah 5% dari jumlah pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.
𝐹𝐹𝑓𝑓𝑜𝑜𝑓𝑓𝑎𝑎𝑔𝑔6 = 5
100× 207.8485 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗= 10.2885 kg/jam
FNaOCl6 = 1
100× 10.2885 kg/jam = 0.1039 kg/jam
FH62O = (10.2885−0.1039)kg/jam = 10.3924 kg/jam
Konsistensi pulp yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10%. 𝐾𝐾𝑜𝑜𝑖𝑖𝑠𝑠𝑎𝑎𝑠𝑠𝑓𝑓𝑊𝑊𝑖𝑖𝑠𝑠𝑎𝑎𝐾𝐾𝑎𝑎𝑎𝑎= 110.2653 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗 × 100%
10 % −110.2653 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗
FH72O = 992.3879 kg/jam
Alur 28
FH62O = (992.3879−97.5832−10.3924)kg/jam
= 884.5162kg/jam
7 5
6
28
Selulosa Lignin Pektin H2O NaOCl H2O
Alur 7
Fselulosa7 = 90.7836 kg/jam Flignin7 = 11.8791 kg/jam Fpektin7 = 7.6026 kg/jam FH72O = 992.3879 kg/jam FNaOCl7 = 0.1039 kg/jam Ftotal7 = 1102.7571 kg/jam
Tabel LA.5 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (kg/jam)
Komponen Masuk (g/jam)
Keluar(kg/jam )
Alur 5 Alur 6 Alur 28 Alur 7
Selulosa 90,7836 - - 90,7836
Lignin 11,8791 - - 11,8791
Pektin 7,6026 - - 7,6026
H2O 97,5832 10,2885 884,5162 992,3879
NaOCl - 0,1039 - 0,1039
Sub total 207,8485 10,3924 884,5162 1102,7571
Total 1102,7571 1102,7571
LA. 4 ROTARY WASHER II (kg/jam) (RW-102)
Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada tangki
Bleaching
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹7 + 𝐹𝐹26 = 𝐹𝐹8+ 𝐹𝐹9 26
7
Selulosa Lignin Pektin H2O NaOCl
H2O
Selulosa Lignin Pektin H2O NaOCl
Selulosa Lignin Pektin H2O RW -102
8
Neraca Massa Komponen : Alur 26
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)
𝐹𝐹H2O
26 = 2,5 × F
total7 = 2,5 × 1102,7571kg/jam = 2756.8928 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang masuk ke dalam washer
FH82O = 0,02 × (1102,7571 + 2756.8928)kg/jam
= 74.9856 kg/jam
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
Fselulosa8 = 0.98 × 90.7836 kg/jam = 88.9680 kg/jam
Sebanyak 87,368% lignin mampu tereduksi pada tangki bleaching yang akan terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer
Flignin9 = 87,368
100 × 11.8791 = 10.3785 kg/jam
Fpektin9 = 87,368
100 × 7.6026 = 6.6422 kg/jam
Alur 9
Fselulosa9 = (90.7836−88.9680) kg/jam = 1.8157 kg/jam
Flignin9 = 10.3785 kg/jam
Fpektin9 = 6.6422 kg/jam
FH92O = (992.3879 + 2756.8928−74.9856) = 3674.2951 kg/jam
FNaOCl9 = 0.1039 kg/jam Ftotal9 = 3693.2355 kg/jam
Alur 8
Fselulosa8 = 88.9680 kg/jam
Flignin8 = (11.8791 - 10.3785) kg/jam = 1.5006 kg/jam
= 0.9604 kg/jam
FH82O = 74.9856 kg/jam Ftotal8 = 166.4145 kg/jam
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Rotary Washer II (kg/jam)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur7 Alur 26 Alur9 Alu8
Selulosa 90,7836 - 1,8157 88,9680
Lignin 11,8791 - 10,3785 1,5006
Pektin 7,6026 - 6,6422 0,9604
H2O 992,3879 2756,8928 3674,2951 74,9856
NaOCl 0,1039 - 0,1039 -
Sub total 1102,7571 2756,8928 3693,2355 166,4145
Total 3859,6500 3859,6500
LA. 5 ROTARY DRYER (RD – 101) Fungsi : Untuk mengeringkan pulp
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹8 = 𝐹𝐹10+ 𝐹𝐹11 Neraca Massa Komponen :
Alur 10
Rotary dryer dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk
(Perry, 1997)
FH102O = 90
100× 74.9856 = 67.4871 kg/jam
Alur 11
Fselulosa11 = 88.9680 kg/jam Flignin11 = 1.5006 kg/jam
8
10
11
Selulosa Lignin Pektin H2O
H2O
Selulosa Lignin Pektin CH3COOH
H2O
CH3COOH H2O
Selulosa Lignin Pektin CH3COOH
H2O Fpektin11 = 0.9604 kg/jam
FH112O = (74.9856− 67.4871) kg/jam = 7.4986 kg/jam
Ftotal11 = 98.9275 kg/jam
Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer I (kg/jam)
Komponen Masuk (kg/jam) Keluar(kg/jam)
Alur8 Alur10 Alur11
Selulosa 88,9680 - 88,9680
Lignin 1,5006 - 1,5006
Pektin 0,9604 - 0,9604
H2O 74,9856 67,4871 7,4986
Sub total 166,4145 67,4871 98,9275
Total 166,4145 166,4145
LA.6 TANGKI AKTIVASI ( T – 205 )
Fungsi :Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses
pretreatment pada reaksi asetilasi.
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹11+ 𝐹𝐹12 = 𝐹𝐹13 Neraca Massa Komponen :
Alur 12
Asam asetat 98% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah sebanyak 35% dari laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)
Ftotal12 = 35
100× 88,9680 kg/jam = 31,1388 kg/jam
11
12 13
FCH123COOH = 98
100× 31,1388 kg/jam = 30,5160 kg/jam
FH
Tabel LA.8 Neraca Massa pada Tangki Aktivasi (kg/jam)
Komponen Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam)
Alur11 Alur 12 Alur13
Subtotal 98,9275 31,1388 130,0662
Total 130,0662 130,0662
LA.7 REAKTOR ASETILASI (R- 201)
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 C6H7O2OCOCH3+ 3CH3COOH
OH OCOCH3
Selulosa asetat anhidrat selulosa triasetat asam asetat Dimana ;
BMselulosa = 162 kg/mol
𝑎𝑎= 88,9680 . 1
1 . 162 = 0,5492𝑘𝑘𝑗𝑗𝑜𝑜𝑔𝑔/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹13+ 𝐹𝐹15+ 𝐹𝐹16+ 𝐹𝐹17 = 𝐹𝐹18 Neraca Massa Komponen :
Alur 15
Asam asetat 70% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
𝐹𝐹𝑓𝑓𝑜𝑜𝑓𝑓𝑎𝑎𝑔𝑔15 =
430
100× 88.9680kg/jam = 389.6797 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗
FCH153COOH = 70
100× 389.6797 kg/jam = 272.7758 kg/jam
FH152O = (389.6797−272.7758)kg/jam = 116.9039 kg/jam
Alur 16
Asetat anhidrat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 247% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
Ftotal16 = 247
100× 88.9680 kg/jam = 219.7509 kg/jam
F(CH16 3CO )2O =� 98
100�× 219.7509 kg/jam = 215.3559 kg/jam FCH163COOH = (219.7509−215.3559)kg/jam
= 4.3950 kg/jam
Alur 17
umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
Ftotal17 = 3,8
100× 88,9680kg/jam = 3.3808 kg/jam
FH172SO4 = 98
100× 3.3808 kg/jam = 3.3132 kg/jam FH162O = (3.3808−3.3132)kg/jam = 0.0676 kg/jam
Alur 18
Fselulosa triasetat18 = r . 𝐵𝐵𝐵𝐵𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎𝑓𝑓𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑠𝑠𝑊𝑊𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 .σ= 0,5492 × 288 × 1 = 158.1653 kg/jam
FCH183COOH =FCH133COOH+ FCH153COOH+ FCH163COOH+ r. BM
CH3COOH .σ
= 30,5160 + 272,7758 + 4,3950 + (0,5492 × 60 × 1) = 406,5401 kg/jam
F(CH18 3CO )2O =FCH163COOH+ r. BM
(CH3CH)2O.σ
= 272,7758 + (0,5492 × 102 × 3) = 47,3053 kg/jam
FH182SO4 = FH162SO4 = 3,276781525kg/jam Flignin18 = Flignin16 = 3,3132 kg/jam
Fpektin18 = Fbahan ekstraktif16 = 0,9604 kg/jam FH182O = (8,1213 + 116,9039 + 0,0676)
= 125,0929 kg/jam
Ftotal18 = 742,8776 kg/jam
Tabel LA.9 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (kg/jam)
Komponen Masuk(kg/jam) Keluar (kg/jam)
Alur13 Alur15 Alur 16 Alur17 Alur 18
Selulosa Triasetat - - - - 158,1653
Selulosa 88,9680 - - - -
Lignin 1,5006 - - - 1,5006
Pektin 0,9604 - - - 0,0000
H2O 8,1213 116,9039 - 0,0676 125,0929
CH3COOH 30,5160 272,7758 4,3950 - 406,5401
(CH3CO)2O - - 215,3559 - 47,3053
H2SO4 - - - 3,3132 3,3132
Sub total 130,0662 389,6797 219,7509 3,3808 742,8776
Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O
H2SO4 Selulosa Triasetat
Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O
H2SO4
LA.8 REAKTOR HIDROLISA (R – 202)
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
C6H7O2OCOCH3+ H2O C6H7O2OCOCH3 + CH3COOH
OCOCH3 OCOCH3
Selulosa triasetat air selulosa asetat asam asetat Dimana ;
Ac = CH3CO
BMselulosa triasetat = 288 kg/mol
𝑎𝑎= 158,1653 .1 1 .288
= 0,5492 𝑘𝑘𝑗𝑗𝑜𝑜𝑔𝑔/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗
Reaksi yang juga terjadi pada unit hidrolisis adalah : (CH3CO)2O +H2O CH3COOH
Asetat anhidrat air asam asetat Konversi reaksi = 98% (Anita, 2010)
18
19 28
H2O
𝑎𝑎2 =
47,3053 . 0,98
1 . 102 ; 𝐵𝐵𝐵𝐵(CH3CO )2O = 102 kg/mol = 0,4545 𝑘𝑘𝑗𝑗𝑜𝑜𝑔𝑔/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗
Neraca Massa Total :
𝐹𝐹18+ 𝐹𝐹28 = 𝐹𝐹19 Neraca Massa Komponen :
Alur 28
Air yang dibutuhkan untuk tahap hidrolisis sebesar 71% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)
FH282O = 71
100 × 88.9680 kg/jam = 63.1673 kg/jam
Alur 19
Fselulosa asetat19 =r. BMselulosa asetat.σ1
= 0.5492 . 246 . 1 = 135.0995 kg/jam
FCH193COOH = FCH183COOH+ r1. BM
CH3COOH
.σ1+r2. BMCH3COOH.σ2
= 406.5401 + (0.5492 x 60 x 1) + (0.4545 x 60 x 2) = 494.0314 kg/jam
F(CH19 3CO )2O =F(CH3CO) 2O
18 −
r. BM
(CH3CH)2O.σ2 = 0.9461 kg/jam
FH192SO4 = FH182SO4 = 3.3132 kg/jam Flignin19 = Flignin18 = 1.5006 kg/jam Fpektin19 = Fpektin18 = 0.9604 kg/jam F19H2O = F18H2O+ FH282O−r1. BM
H2O
.σ1−r2. BMH2O.σ2
= 125.0929 + 63.1673−(0.5492 x 18x 1)−(0.4545 x 18x 1) = 170.1938 kg/jam
H2O CH3COOH (CH3CO)2O
H2SO4
Tabel LA.10 Neraca Massa pada Reaktor Hidrolisasi (kg/jam)
Komponen Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam)
Alur18 Alur28 Alur19
Selulosa Triasetat 158,1653 - -
Selulosa Asetat - - 135,0995
Lignin 1,5006 - 1,5006
Pektin 0,9604 - 0,9604
H2O 125,0929 63,1673 170,1938
CH3COOH 406,5401 - 494,0314
(CH3CO)2O 47,3053 - 0,9461
H2SO4 3,3132 - 3,3132
Sub total 742,8776 63,1673 806,0449
Total 806,0449 806,0449
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
Neraca Massa Komponen : Alur 21
FCH213COOH = 98
100 × 494.0314 kg/jam = 484.1508 kg/jam
F(CH21 3CO )2O = 0.9461kg/jam FH212SO4 = 3.3132 kg/jam
20
21
22
Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH (CH3CO)2O
H2SO4
Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH
FH212O = 98
100 × 170.1938 kg/jam = 166.7899 kg/jam
Alur 22
Fselulosa aseta t 22 = Fselulosa aseta t 21 = 135.0995 kg/jam F𝐻𝐻222O = F𝐻𝐻202O −F𝐻𝐻212O
= 170.1938−166.7899 = 3.382899359kg/jam
F𝐶𝐶𝐻𝐻223𝐶𝐶𝑂𝑂𝑂𝑂𝐻𝐻 = F𝐶𝐶𝐻𝐻203𝐶𝐶𝑂𝑂𝑂𝑂𝐻𝐻 −F𝐶𝐶𝐻𝐻213𝐶𝐶𝑂𝑂𝑂𝑂𝐻𝐻 = 494.0314−484.1508 = 9.8806 kg/jam
Flignin22 = Flignin20 = 1.5006kg/jam Fpektin22 = Fpektin22 = 0.9604kg/jam Ftotal22 = 150.8449 kg/jam
Tabel LA.11 Neraca Massa pada Centrifuge (kg/jam)
Komponen Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam) Alur20 Alur21 Alur22
Selulosa Asetat 135,0995 - 135,0995
Lignin 1,5006 - 1,5006
Pektin 0,9604 - 0,9604
H2O 170,1938 166,7899 3,4039
CH3COOH 494,0314 484,1508 9,8806
(CH3CO)2O 0,9461 0,9461 0,0000
H2SO4 3,3132 3,3132 0,0000
Subtotal 806,0449 655,2000 150,8449
H2O CH3COOH
LA.10 ROTARY DRYER (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
Neraca Massa Komponen : Alur 24
FH 2O
24 = 90
100 × 3.4039 kg/jam = 3.0635 kg/jam
FCH243COOH = 90
100 × 9.8806 kg/jam = 8.8926 kg/jam Ftotal24 = 11.9561 kg/jam
Alur 23
FCH233COOH = 9.8806−8.8926 = 0.9881 kg/jam FH232O = 3.4039−3.0635
= 0.3404 kg/jam
Fselulosa asetat23 = 135.0995 kg/jam Flignin23 = 1.5006 kg/jam
RD-201
22 23
24
Selulosa Asetat Lignin Pektin H2O CH3COOH Selulosa Asetat
Fpektin23 = 0.9881 kg/jam Ftotal23 = 138.8889 kg/jam
Tabel LA.12 Neraca Massa Pada Rotary Dryer II(kg/jam)
Komponen Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam)
Alur22 Alur24 Alur23
Selulosa Asetat 135,0995 - 135,0995
Lignin 1,5006 - 1,5006
Pektin 0,9604 - 0,9604
H2O 3,4039 3,0635 0,3404
CH3COOH 9,8806 8,8926 0,9881
Subtotal 150,8449 11,9561 138,8889
Total 150,8449 150,8449
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Kapasitas Produk : 1000 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
𝑄𝑄 = ∆𝐻𝐻= ∫𝑑𝑑𝑎𝑎𝑊𝑊𝑓𝑓𝑓𝑓𝑑𝑑 𝑖𝑖×𝐶𝐶𝑖𝑖×𝑑𝑑𝑑𝑑 ………...(Smith, 1975)
Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang digunakan
adalah :
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
∫
dQ ...(Reklaitis,1983)
2. Data untuk perhitungan kapasitas panas
Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas liquid (Cpl) untuk gugus –
gugus pada senyawa liquid.
Tabel LB.1 Nilai Kapasitas Panas Liquid (Cpl) Metode Chuch dan Swanson
Gugus Cpl (kal/goC)
Perhitungan Cpl (kal/g.0C) dengan menggunakan metode Chuch dan Swanson
𝐶𝐶𝑖𝑖𝑝𝑝 = � 𝑁𝑁𝑎𝑎∆𝑐𝑐𝑖𝑖𝑎𝑎 𝑖𝑖
𝑎𝑎=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 ∆𝐸𝐸𝑎𝑎
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:
𝐶𝐶𝑖𝑖𝑆𝑆 = � 𝑁𝑁𝑎𝑎∆𝐸𝐸𝑎𝑎 𝑖𝑖
𝑎𝑎=1
Dimana : CpS = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K)
n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa
Ni = Jumlah unsur atom i dalam senyawa
Tabel LB.3 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugus-gugus
pada senyawa padatan [kJ/mol].
Tabel LB.3 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan (∆𝐻𝐻𝑓𝑓𝑜𝑜)
̶ 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 ̶ │
82,23
= CH2 -9,63
│
= CH 37,97
= C ̶
│ 83,99
Perhitungan∆𝐻𝐻𝑓𝑓𝑜𝑜 (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy adalah :
∆𝐻𝐻𝑓𝑓𝑜𝑜 (298,15 K) = 68,29 + ∑ 𝑖𝑖𝑗𝑗 𝑗𝑗∆𝐻𝐻……… (Perry, 1997) Perhitungan untuk panas penguapan :
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 padasuhu 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 :
)
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 - Air (g) 34,0471 -0,00965064 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 Nitrogen 29,4119 -0,00300681 5,45064E-06 5,13186E-09 -4,25308E-12 Oksigen 29,8832 -0,0113842 4,33779E-05 -3,70082E-08 1,01006E-11
(Sumber : Reklaitis, 1983)
= 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
11. Air (H2O)
Cpl = 75,2634 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
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
f298 = 68,29 + 2( -CH- ) + 3( -C-) + (-O- ring) + 2(-CH3) + | |
|
(-CH2-) + 3(-C-)+ 3(-O-nonring) + 3( =O) |
ΔH0
f298 = 68,29 + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) + (- 20,64) +3(83,99) + 3(-132,22) + 3(-247,61)
ΔHof298 = -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 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 -
Air -242 40,6562
7. Perhitungan panas reaksi (ΔHor) Menghitung ΔHor reaksi:
Reaksi 1 :
OH OCOCH3
C6H7O2 OH +(CH3CO)2O C6H7O2OCOCH3+ 3CH3COOH
OH OCOCH3
Selulosa asetat anhidrat selulosa triasetat asam asetat
ΔHo
r1298 =�𝛴𝛴𝜎𝜎𝑎𝑎𝛥𝛥𝐻𝐻𝑓𝑓𝑜𝑜298�
𝑖𝑖𝑎𝑎𝑜𝑜𝑑𝑑𝐵𝐵𝑘𝑘 − �𝛴𝛴𝜎𝜎𝑎𝑎𝛥𝛥𝐻𝐻𝑓𝑓298
𝑜𝑜 � 𝑎𝑎𝑊𝑊𝑎𝑎𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑖𝑖
= {3(–483,5) + (–950,88)} – {3(–391,17) + (–859,16)} = –368,71 kJ/mol
Reaksi 2 :
OCOCH3 OH
C6H7O2OCOCH3 + 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:
NaOH
LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (T-1013)
Panas masuk = 𝑁𝑁𝐻𝐻2𝑂𝑂
Tabel LB. 7 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi
dengan menggunakan persamaan (1)
Alur Komponen
Laju
Selulosa 92,6364 162 0,5718 1040,2000 594,8170 Lignin 30,8788 388 0,0796 2381,8000 189,5544 Pektin 19,7624 194 0,1019 1174,4000 119,6340
H2O 62,5810 18 3,4767 376,3170 1308,3500
2 NaOH 3,0879 40 0,0772 141,1500 10,8964
H2O 17,4980 18 0,9721 376,3170 365,8215
Total 27873,7980
H2O T = 30oC
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
(kJ/kmol) Q (kJ/jam)
3
Selulosa 92,6364 162 0,5718 14562,8000 8327,4381 Lignin 30,8788 388 0,0796 33345,2000 2653,7615
NaOH 3,0879 40 0,0772 1976,1000 152,5489
Pektin 19,7624 194 0,1019 16441,6000 119,6340 H2O 1289,4983 18 71,6388 5268,4380 377424,5482
Total 388677,9306
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc), adalah: dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= (388677,9306 – 27754,16405) kJ/jam = 360804,1326 kJ/jam
Sehingga jumlah steam yang diperlukan adalah : 𝑗𝑗= 𝑄𝑄𝑐𝑐
∆𝐻𝐻𝐻𝐻
=
360804 ,1326 kJ
jam
2734 ,7𝑘𝑘𝑘𝑘 𝑘𝑘𝑘𝑘
= 131,9355kg/jam
Tabel LB.9 Neraca Energi Tangki Ekstraksi
Komponen Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan 27873,79803 -
Produk - 388677,9306
Steam 360804,1326 -
Total 388677,9306 388677,9306
LB.2 ROTARY WASHER I( RW – 01 )
Selulosa
Tabel LB. 10 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Diffuser Washer I dengan menggunakan persamaan (3).
Tabel LB.10 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I Alur Komponen
Laju
Selulosa 92,6364 162 0,5718 14562,8000 8327,4381 Lignin 30,8788 388 0,0796 33345,2000 2653,7615
NaOH 3,0879 40 0,0772 1976,1000 152,5489
Pektin 19,7624 194 0,1019 16441,6000 1674,8758 H2O 1289,4983 18 71,6388 5268,4380 377424,5482
25 H2O 3589,6594 18 199,4255 376,3170 75047,2149
Total 465280,3874
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana : Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
𝑄𝑄𝑜𝑜𝐵𝐵𝑓𝑓 = ∫𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑊𝑊𝑓𝑓 𝑁𝑁 × 𝐶𝐶𝑖𝑖 ×𝑑𝑑𝑑𝑑………. (Smith, 1975)
Sehingga diperoleh T keluar (T) = 47,6038oC
Panas keluar = 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎4 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+ 𝑁𝑁𝑔𝑔𝑎𝑎𝑘𝑘𝑖𝑖𝑎𝑎𝑖𝑖4 ∫298,15320 ,603𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+ Tabel LB. 11 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer I dengan menggunakan persamaan (4).
RW-101
3 5
H2O
Tabel LB.11 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary WasherI
Alur Komponen
Laju Lignin 18,9997 388 0,0490 10767,5274 527,2681
NaOH 3,0879 40 0,0772 638,1042 49,2597
pektin 12,1598 194 0,0627 5309,1713 332,7761 H2O 4781,5746 18 265,6430 1701,2359 451921,4565
5
Selulosa 90,7836 162 0,5604 4702,4864 2635,2398 Lignin 11,8791 388 0,0306 10767,5274 329,6604 pektin 7,6026 194 0,0392 5309,1713 208,0595 H2O 97,5832 18 5,4213 1701,2359 9222,8869
Total 465280,3874
Tabel LB.12 Neraca Energi Rotary Waher I
Komponen Masuk (kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
Umpan 465280,3874 -
Produk - 465280,3874
Total 465280,3874 465280,3874 LB.3 TANGKI BLEACHING ( T – 104)
Tabel LB. 13 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Bleaching dengan menggunakan persamaan (5).
Alur Komponen
Selulosa 90,7836 162 0,5604 4702,4864 2635,2398 Lignin 11,8791 388 0,0306 10767,5274 329,6604 Pektin 7,6026 194 0,0392 5309,1713 208,0595
H2O 97,5832 18 5,4213 1701,2359 9222,8869
28 H2O 884,5162 18 49,1398 376,3170 18492,1387
6 NaOCl 0,1039 74,5 0,0014 321,5000 0,4485
H2O 10,2885 18 0,5716 376,3170 215,0965
Total 31103,5302
Panas keluar = 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎7 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁𝑔𝑔𝑎𝑎𝑘𝑘𝑖𝑖𝑎𝑎𝑖𝑖7 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+ 𝑁𝑁𝑁𝑁𝑎𝑎𝑂𝑂𝐶𝐶𝑔𝑔7 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+
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
Laju
Selulosa 90,7836 162 0,5604 7281,4000 4080,4446 Lignin 11,8791 388 0,0306 16672,6000 510,4510 Pektin 7,6026 194 0,0392 8220,8000 322,1624 H2O 992,3879 18 55,1327 2634,2190 145231,5020
NaOCl 0,1039 74,5 0,0014 2250,5000 3,1393
Total 150147,6994
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= (150147,6994– 31103,53019) kJ/jam = 119044,1692 kJ/jam
Sehingga, jumlah steam yang diperlukan adalah : 𝑗𝑗 = 𝑄𝑄𝐶𝐶
∆𝐻𝐻𝐻𝐻
= 119044 ,1692 kJ /jam
Selulosa
(kJ/jam) Keluar (kJ/jam)
Umpan 31103,5302 -
Produk - 150147,6994
Steam 119044,1692 -
Total 150147,6994 150147,6994
LB.2 ROTARY WASHER II( RW – 02 )
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
Laju
Selulosa 90,7836 162 0,5604 7281,4000 4080,4446 Lignin 11,8791 388 0,0306 16672,6000 510,4510 Pektin 7,6026 194 0,0392 8220,8000 322,1624
H2O 992,3879 18 55,1327 2634,2190 145231,5020
NaOCl 0,1039 74,5 0,0014 2250,5000 3,1393
26 H2O 2756,8928 18 153,1607 376,3170 57636,9801
Total 207784,6795
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana : Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
𝑄𝑄𝑜𝑜𝐵𝐵𝑓𝑓 = ∫𝑑𝑑𝑑𝑑𝑎𝑎𝑊𝑊𝑓𝑓 𝑁𝑁 × 𝐶𝐶𝑖𝑖 ×𝑑𝑑𝑑𝑑………. (Smith, 1975)
RW-102 2
7 8
H2O Sehingga diperoleh T keluar (T) = 38,1365 oC
Panas keluar = 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎8 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+ 𝑁𝑁𝑔𝑔𝑎𝑎𝑘𝑘𝑖𝑖𝑎𝑎𝑖𝑖8 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁𝑖𝑖𝑊𝑊𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑖𝑖8 ∫298,15311 ,136𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑
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 Rotary Washer II (RW-102)
Alur Komponen
laju
Selulosa 88,9680 162 0,5492 2732,9217 1500,8796
Lignin 1,5006 388 0,0039 6257,7128 24,2013
Pektin 0,9604 194 0,0050 3085,5059 15,2742
H2O 74,9856 18 4,1659 988,6992 4118,7897
Total 207784,6795
Tabel LB.18 Neraca Energi Rotary Washer II (RW-102)
Komponen Masuk
Total 207784,6795 207784,6795
Selulosa
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)
Selulosa 88,9680 162 0,5492 2732,9217 1500,8796 Lignin 1,5006 388 0,0039 6257,7128 24,2013 pektin 0,9604 194 0,0050 3085,5059 15,2742 H2O 74,9856 18 4,1659 988,6992 4118,7897
Total 5659,1449
Panas keluar = 𝑁𝑁𝐻𝐻102𝑂𝑂∫298 ,15375 ,15𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+∆𝐻𝐻𝐻𝐻𝑔𝑔𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 + 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎11 ∫298,15375 ,15𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+
Tabel LB.20 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Dryer I dengan
menggunakan persamaan (10).
Tabel LB.20 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-201)
(kg/jam) (kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
10 H2O 67,4871 18 3,7493 8187,4112 30696,9030
11
Selulosa 88,9680 162 0,5492 15603,0000 8568,9338 Lignin 1,5006 388 0,0039 35727,0000 138,1718 Pektin 0,9604 194 0,0050 17616,0000 87,2047 H2O 7,4986 18 0,4166 5644,7550 2351,5301
Total 41842,7435
Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah :
𝑑𝑑𝑄𝑄/𝑑𝑑𝑑𝑑= 𝑄𝑄𝑐𝑐 =𝑄𝑄𝑜𝑜𝐵𝐵𝑓𝑓 −𝑄𝑄𝑎𝑎𝑖𝑖
= 41842,7435− 5659,144883 kJ/jam = 36183,5986 kJ/jam
Sehingga jumlah steam yang dibutuhkan adalah :
𝑗𝑗= 𝑄𝑄𝑐𝑐
∆𝐻𝐻𝐻𝐻
=36183,5986 kJ/jam 2734,7 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘 × 1,1
= 14,5544 kg/jam
Tabel LB.21 Neraca Energi Rotary Dryer I (RD-101)
Komponen Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan 5659,1449 -
Produk - 41842.7435
Steam 36183.5986 -
Total 41842.7435 41842.7435
CH3COOH
Air pendingin bekas T = 40oC
Tabel LB.22 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Aktivasi dengan menggunakan persamaan (11).
Tabel LB.22 Perhitungan Panas Masuk Pada Tangki Aktivasi (T-205)
Alur Komponen laju massa (kg/jam)
Selulosa 88,9680 162 0,5492 15603,0000 8568,9338 Lignin 1,5006 388 0,0039 35727,0000 138,1718 Pektin 0,9604 194 0,0050 17616,0000 87,2047
H2O 7,4986 18 0,4166 8187,4112 3410,7670
12 CH3COOH 30,5160 60 0,5086 615,5000 313,0434
H2O 0,6228 18 0,0346 376,3170 13,0201
Total 12531,1408
Panas keluar = 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎13 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+ 𝑁𝑁𝑔𝑔𝑎𝑎𝑘𝑘𝑖𝑖𝑎𝑎𝑖𝑖13 ∫298,15311 ,13𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+
Tabel LB.23 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Aktivasi dengan menggunakan persamaan (12).
Tabel LB.23 Perhitungan Panas keluar Pada Tangki Aktivasi (T - 205)
H2O
H2SO4
T = 30oC
(kg/jam) (kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol) (kJ/jam)
13
Selulosa 88,9680 162 0,5492 5201,0000 2856,3113 Lignin 1,5006 388 0,0039 11909,0000 46,0573
Pektin 0,9604 194 0,0050 5872,0000 29,0682
H2O 8,1213 18 0,4512 1881,5850 848,9437
CH3COOH 30,5160 60 0,5086 3077,5000 1565,2172
Total 5345,5977
Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= 5345,597695 - 12531,14082 = -7185,54312 kJ/jam
Sehingga jumlah air pendingin yang diperlukan adalah :
𝑗𝑗= 𝑄𝑄𝑐𝑐
𝐶𝐶𝑖𝑖𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑑𝑑𝑑𝑑×𝐵𝐵𝐵𝐵H2O
= −7185 ,54312
1504 ,143032 × 18 = 85,989014 kg/jam Tabel LB.24 Neraca Energi Tangki Aktivasi (T -205)
Komponen Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan 12531,14082 -
Produk - 5345,597695
Air Pendingin -7185,543122 - Total 5345,597695 5345,597695
LB.7 REAKTOR ASETILASI (R-201)
Selulosa
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
laju
Selulosa 88,9680 162 0,5492 5201,0000 2856,3113 Lignin 1,5006 388 0,0039 11909,0000 46,0573
Total 12624,0523
+𝑁𝑁(18𝐶𝐶𝐻𝐻3𝐶𝐶𝑂𝑂)2𝑂𝑂𝐻𝐻� 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁𝐻𝐻182𝑆𝑆𝑂𝑂4� 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑
Tabel LB.26 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Asetilasi dengan menggunakan persamaan (14).
Tabel LB.26 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Asetilasi (R-201)
Alur Komponen
laju
triasetat 158,1653 288 0,5492 16155,0000 8872,0839
Lignin 1,5006 388 0,0039 21436,2000 82,9031
Total 74176,8034
Dari perhitungan sebelumnya diperoleh : ∆𝐻𝐻°𝑎𝑎1298 = - 292,26 kJ/mol
= -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 = 0,5492 mol/jam
Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah :
r1 . ∆𝐻𝐻°𝑎𝑎𝑔𝑔343 ,15= {0,5492 × (- 2024,58)} = -1111,8690 kJ/mol
Maka :
dQ/dT = Qc = Qout – Qin + Panas Reaksi = 74176,8034 - 12624,0523 + (-1111,8690) = 60440,88207 kJ/jam
Sehingga steam yang diperlukan adalah :
𝑗𝑗 = 𝑄𝑄𝑐𝑐
∆𝐻𝐻𝐻𝐻𝑔𝑔
= 60440 ,8821 kJ/jam
Selulosa triasetat
Tabel LB.27 Neraca Energi Reaktor Asetilasi ( R-201)
Komponen Masuk
Total 73064,9344 73064,9344 LB.8 REAKTOR HIDROLISIS (R-202)
Panas masuk = 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎18 𝑓𝑓𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑠𝑠𝑊𝑊𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁
Tabel LB.28 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Reaktor Hidrolisis dengan menggunakan persamaan (15).
Tabel LB.28 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Reaktor Hidrolisis (R-202)
alur Komponen laju massa (kg/jam)
triasetat 158,1653 288 0,5492 16155,0000 8872,0839
Tabel LB.28 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Reaktor Hidrolisis (R-202)...(lanjutan)
(CH3CO)2O 47,3053 102 0,4638 8381,3400 3887,0732
H2SO4 3,3132 98 0,0338 6250,5000 211,3158
28 H2O 63,1673 18 3,5093 376,3170 1320,6063
Total 75497,4097
Panas keluar = 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎19 𝑎𝑎𝑠𝑠𝑊𝑊𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁𝑔𝑔𝑎𝑎𝑘𝑘𝑖𝑖𝑎𝑎𝑖𝑖19 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁𝑖𝑖𝑊𝑊𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑖𝑖19 ∫298,15393,15𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑
Tabel LB. 29 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Hidrolisis dengan
menggunakan persamaan (16).
Tabel LB.29 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Hidrolisis (R-202)
Alur Komponen Lajumassa (kg/jam)
asetat 135,0995 246 0,5492 27255,5000 14968,3121
Lignin 1,5006 388 0,0039 45254,2000 175,0176
Pektin 0,9604 194 0,0050 22313,6000 110,4593
H2O 170,1938 18 9,4552 6352,6112 60065,2698
CH3COOH 494,0314 60 8,2339 11598,8000 95502,8604 (CH3CO)2O 0,9461 102 0,0093 17693,9400 164,1209
H2SO4 3,3132 98 0,0338 13195,5000 446,1112
Total 171432,1513
Dari perhitungan sebelumnya :
Reaksi 2:
∆𝐻𝐻°𝑎𝑎2298 = -463,1618 kJ/mol
∆𝐻𝐻°𝑎𝑎2393,15 = ∆𝐻𝐻°𝑎𝑎2298 + 𝜎𝜎𝑖𝑖𝑎𝑎𝑜𝑜𝑑𝑑𝐵𝐵𝑘𝑘 ∫298,15393,15𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝜎𝜎𝑎𝑎𝑊𝑊𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑖𝑖 ∫298 ,15393,15𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑
= -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 = 0,5492mol/jam
r2 . ∆𝐻𝐻°𝑎𝑎2393,15= {0,5492× - 2066,4730)} = -1134,8760 kJ/mol
Reaksi 3:
∆𝐻𝐻°𝑎𝑎3298 = -333,8418kJ/mol
∆𝐻𝐻°𝑎𝑎3393,15 = ∆𝐻𝐻°𝑎𝑎3298 + 𝜎𝜎𝑖𝑖𝑎𝑎𝑜𝑜𝑑𝑑𝐵𝐵𝑘𝑘 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝜎𝜎𝑎𝑎𝑊𝑊𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑖𝑖 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑 393,15 298 ,15 393,15
298,15
= -333,8418kJ/mol + {2(11598,8)+(-1)(17693,94)}kJ/mol + {(-1)( 6352,6112) }kJ/mol
= - 1182,7930 kJ/mol r3 = 0,4545 mol/jam
Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah :
r3 . ∆𝐻𝐻°𝑎𝑎3393,15= {0,4545 × - 1182,7930)} = -537,5812 kJ/mol
Maka :
dQ/dT = Qc = Qout – Qin + Panas Reaksi
= 171432,1513 - 75497,40972+ (-1672,457207) = 94262,28438 kJ/jam
Sehingga steam yang diperlukan adalah :
𝑗𝑗 = 𝑄𝑄𝑐𝑐
∆𝐻𝐻𝐻𝐻𝑔𝑔
= 94262,28438 kJ/jam
2374,7 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘
= 34,4690 kg/jam
Tabel LB.30 Neraca Energi Reaktor Hidrolisa ( R-202) Komponen Masuk
(kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan 75497,4097 -
Produk - 171432,1513
Panas reaksi - -1672,4572
Steam 94262,2844 -
Selulosa asetat
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 laju massa (kg/jam)
asetat 135,0995 246 0,5492 27255,5000 14968,3121 Lignin 1,5006 388 0,0039 45254,2000 175,0176 Pektin 0,9604 194 0,0050 22313,6000 110,4593 H2O 170,1938 18 9,4552 6352,6112 60065,2698
CH3COOH 494,0314 60 8,2339 11598,8000 95502,8604 (CH3CO)2O 0,9461 102 0,0093 17693,9400 164,1209
H2SO4 3,3132 98 0,0338 13195,5000 446,1112
Total 171432,1513
𝑁𝑁𝐻𝐻2𝑂𝑂20 � 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+ 𝑁𝑁𝐶𝐶𝐻𝐻320𝐶𝐶𝑂𝑂𝑂𝑂𝐻𝐻 � 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑
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
asetat 135,0995 246 0,5492 7172,5000 3939,0295
Lignin 1,5006 388 0,0039 11909,0000 46,0573
Total 47305,2176
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah : dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= 47305,21764- 171432,1513 = -124126,9337 kJ/jam
Sehingga jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah : 𝑗𝑗 = 𝑄𝑄𝑐𝑐
𝐻𝐻(40℃)− 𝐻𝐻(30℃)
= 124126,9337 kJ/jam
751,0529 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘
= 165,2706 kg/jam
Tabel LB.33 Neraca Energi Cooler I (HE-201)
Komponen Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan 171432,1513 -
Produk 47305,21764
Selulosa Asetat
Selulosa Asetat Lignin
Tabel LB.34 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Dryer II dengan
menggunakan persamaan (19).
Tabel LB.34 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Rotary Dryer (RD-201)
Alur komponen
laju
asetat 135,0995 246 0,5492 7172,5000 3939,0295 Lignin 1,5006 388 0,0039 11909,0000 46,0573
Pektin 0,9604 194 0,0050 5872,0000 29,0682
H2O 3,4039 18 0,1891 1881,5850 355,8156
CH3COOH 9,8806 60 0,1647 3077,5000 506,7939
Total 4876,7645
𝑁𝑁𝐻𝐻2𝑂𝑂
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
asetat 135,0995 246 0,5492 21517,5000 11817,0885 Lignin 1,5006 388 0,0039 35727,0000 138,1718 Pektin 0,9604 194 0,0050 17616,0000 87,2047
H2O 0,3404 18 0,0189 5644,7550 107,5135
CH3COOH 0,9881 60 0,0165 9232,5000 152,0382
Total 16269,5941
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah : dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= 16269,5941- 4876,7645 = 11392,8295 kJ/jam
Sehingga jumlah steam yang dibutuhkan adalah : 𝑗𝑗 = 𝑄𝑄𝑐𝑐
∆𝐻𝐻𝐻𝐻𝑔𝑔
= 11392 ,8295 kJ /jam 2734 ,7 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘 × 1,1 = 4,5826 kg/jam
Tabel LB.36 Neraca Energi Rotary Dryer II (RD-201)
Komponen Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan 4876,7645 -
Selulosa asetat
Total 16269,5941 16269,5941
LB.11 BLOW BOX (BB - 101)
Tabel LB.37 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Blow Box dengan menggunakan persamaan (21).
Tabel LB. 37 Panas masuk Tiap Komponen dan Total pada Blow box (BB – 101)
Alur Komponen
laju
asetat 135,0995 246 0,5492 21517,5000 11817,0885 Lignin 1,5006 388 0,0039 35727,0000 138,1718
Pektin 0,9604 194 0,0050 17616,0000 87,2047
H2O 0,3404 18 0,0189 5685,4112 107,5135
CH3COOH 0,9881 60 0,0165 9232,5000 152,0382
Total 12302,0167
Panas keluar = 𝑁𝑁𝑠𝑠𝑊𝑊𝑔𝑔𝐵𝐵𝑔𝑔𝑜𝑜𝑠𝑠𝑎𝑎25 𝑎𝑎𝑠𝑠𝑊𝑊𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁𝑔𝑔𝑎𝑎𝑘𝑘𝑖𝑖𝑎𝑎𝑖𝑖25 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝑁𝑁𝑖𝑖𝑊𝑊𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑖𝑖25 ∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+
Tabel LB.38 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Blow Box dengan menggunakan persamaan (22).
2 2
Tabel LB. 38 Panas keluar Tiap Komponen dan Total pada Blow box (BB – 101)
Alur Komponen
laju massa (kg/jam)
BM (kg/kmol)
N (kmol/jam)
∫CpdT
(kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
25
Selulosa
asetat 135,0995 246 0,5492 1434,5000 787,8059 Lignin 1,5006 388 0,0039 2381,8000 9,2115 Pektin 0,9604 194 0,0050 1174,4000 5,8136
H2O 0,3404 18 0,0189 376,3170 7,1163
CH3COOH 0,9881 60 0,0165 615,5000 10,1359
Total 820,0832
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah : dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= 820,0832- 12302,0167 = -11481,9335 kJ/jam
∫30100𝐶𝐶𝑖𝑖𝐵𝐵𝑑𝑑𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎.∆𝑑𝑑=2049,3508 kJ/kmol.K
Sehingga jumlah udara pendingin yang dibutuhkan adalah : 𝑗𝑗 = 𝑄𝑄𝑐𝑐
∫ 𝐶𝐶𝑖𝑖𝐵𝐵𝑑𝑑𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
= 11481,9335kJ /jam
2049,3508 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑘𝑘𝑘𝑘
= 5,6027 kg/jam
Tabel LB.39 Neraca Energi Blow Box
Komponen Masuk
(kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan 12302,0167 -
Produk - 820,0832
Udara pendingin -11481,9335 -
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
L.C.1 Gudang Penyimpanan Kulit Buah Kakao (G-101)
Fungsi : Tempat penyimpanan Kulit Buah Kakao selama 14 hari Bentuk : Segi empat beraturan
Bahan konstruksi : Beton
Kondisi penyimpanan : Temperatur = 300C Tekanan = 1 atm
Tabel LC.1 Komposisi Bahan Masuk ke Gudang Penyimpanan Kulit Buah Kakao
Bahan laju alir
(kg/jam) ρ(kg/m3) volume(m3/jam)
Selulosa 92,6364 1350 0,0686
Lignin 30,8788 1300 0,0238
Pektin 19,7624 1526 0,0130
Air 62,5810 1000 0,0626
Total 205,8586 1226,0499 0,1679
Volume bahan = 205 ,8586
𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗𝑥𝑥 24ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗𝑥𝑥 14 ℎ𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎
1226 ,0499 𝑗𝑗3/𝑗𝑗𝑎𝑎𝑗𝑗 = 56,4157 m3
Faktor kelonggaran = 20%
Volume gudang = 1,2 x 53,581 m3 = 67,6989 m3 Dimensi gudang:
= p x l x 3,5 m Panjang gudang (p) = 3√𝑉𝑉
= �67,6989 3,5
2
= 4,3980 m Lebar gudang (l) = 4,3980 m L.C.2 Disk Chipper (DC-101)
Fungsi : untuk memotong Kulit Buah Kakao menjadi chip Bahan : Baja
Bentuk : Piringan sebagai pisau pemotong
Jumlah : 1 unit yang terdiri dari 16 pisau pemotong Kondisi Operasi :
Tekanan = 1 atm Temperatur = 30oC Ukuran :
Diameter piringan = 1200 mm Ketebalan = 100 mm Rotasi : 900 rpm
Kapasitas : 205,8586 kg/jam Perhitungan daya :
Diperkirakan umpan Kulit Buah Kakao memiliki ukuran berkisar 50000 μm
(Da). Pemecahan primer menggunakan disc chipper dengan ukuran produk yang
dihasilkan ukuran (Db) = 5000 μm.
R = Rasio
R = Da/ Db = 50000/5000 = 10
Daya yang digunakan adalah : (Peters et.al., 2004) P = 0,3 ms . R
Kapasitas umpan untuk disc chipper adalah = 412,469 kg/jam dengan : ms = laju umpan (kg/jam)
Maka : P = 5,5 (205,8586). 10
L.C.3 Tangki Penyimpanan Larutan NaOH (T-101) Fungsi : Penampungan larutan NaOH 15 %
Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Carbon steel SA-285 grade C
Jumlah : 1 unit
Kondisi Penyimpanan : Temperatur : 30OC
Tekanan : 1 atm = 14,696 psia Laju massa KOH = 20,58586054kg/jam
Densitas KOH = 1011,85 kg/m3 (Perry,1997) Kebutuhan perancangan = 14 hari
Faktor keamanan = 20 % Perhitungan :
a. Volume bahan,
Vl = 6,8358
Faktor kelonggaran 20%
Volume tangki, Vt = (1 + 0,2) x 6,8358 m3 = 8,2030 m3
b Diameter dan tinggi Tangki - Volume tangki (Vt) :
𝑉𝑉𝑓𝑓 =1
4𝜋𝜋𝜋𝜋𝑓𝑓
2𝐻𝐻𝑓𝑓 asumsi: Dt : Ht = 3 : 2 𝑉𝑉𝑓𝑓 =3
8𝜋𝜋𝜋𝜋𝑓𝑓 3
8,20301 =3
8𝜋𝜋𝜋𝜋𝑓𝑓 3
Dt = 1,9098 m = 75,19179 in Ht = 2,8648 m
c. Tebal shell tangki
t = 𝑃𝑃𝜋𝜋
2(𝑆𝑆𝐸𝐸−0,6𝑃𝑃)+𝑖𝑖𝐶𝐶 (Perry,1997)
di mana:
t = tebal shell (in)
D = diameter dalam tangki (in)
S = allowable stress = 13700 psia (Peters et.al., 2004)
E = joint efficiency = 0,85 (Peters et.al., 2004)
C = faktor korosi = 0,0125 in/tahun (Peters et.al., 2004) n = umur tangki = 10 tahun
Volume bahan = 6,8358 m3 Volume tangki = 8,2030 m3 Tinggi bahan dalam tangki = 2,3873 m Tekanan Hidrosatatik :
PHidrostatik = ρ x g x h
= 1011,85 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 2,3873 m = 23673,1686 kPa = 3,4326 psia
Faktor keamanan = 20 %
Maka, Pdesain = 1,2 x (14,696 psia + 3,4326 psia) = 21,7543 psia Tebal shell tangki:
t = 𝑃𝑃𝜋𝜋
2(𝑆𝑆𝐸𝐸 −0,6𝑃𝑃)+𝑖𝑖𝐶𝐶
t = 21,7543 psia x 75,19179 in
2(13700 𝑖𝑖𝑠𝑠𝑎𝑎𝑎𝑎𝑥𝑥 0,85−0,6 𝑥𝑥 21,7543 )+ (10 𝑥𝑥 0,0125 in/tahun) t = 0,19 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,19 in Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell,1959)
d. Tebal tutup tangki
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Maka tebal
shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell,1959)
L.C.4 Pompa Bahan Natrium Hidroksida (P-101)
Fungsi : memompa larutan NaOH ke dalam tangki ekstraksi (T-101) Jenis : Pompa sentrifugal
Bahan Konstruksi : commercial steel
Jumlah : 1 unit
Laju massa Natrium hiodroksida = 20,5859 kg/jam = 0,1512 lbm/s
Densitas Natrium hidroksida = 1011,85 kg/m3 = 63,1677 lbm/ft3 (Perry, 1997)
Viskositas Natrium hidroksida = 0,75 cp = 0,0005 lbm/ft.s (Perry, 1997) Laju alir volumetrik,
Q = 0,0024 ft3/s Desain pompa:
Di,opt = 3,9 (Q)0,45(ρ)0,13 (Geankoplis, 2003) = 3,9 (0,0024 ft3/s)0,45(63,1677 lbm/ft3)0,13 = 0,4424 in
Dari Tabel A.5-1 Geankoplis (2003), dipilih pipa dengan spesifikasi: Ukuran nominal : 1/2 in
Schedule number : 40
Diameter Dalam (ID) : 0,622 in = 0,0518 ft = 0,0158 m Diameter Luar (OD) : 0,84 in = 0,0699 ft = 0,0213 m
Inside sectional area : 0,00211 ft2
Kecepatan linier, v = 𝑄𝑄
𝐾𝐾 =
0.0023 ft3/s
0,00211 ft2 = 1,135022 ft/s Bilangan Reynold :
NRe = 𝛒𝛒 x v x D𝜇𝜇
= 63,1677
𝑔𝑔𝑊𝑊𝑗𝑗
𝑓𝑓𝑓𝑓3𝑥𝑥 0,0518 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑥𝑥1,1350 22𝑓𝑓𝑓𝑓/𝑠𝑠
0,0005 𝑔𝑔𝑊𝑊𝑗𝑗/𝑓𝑓𝑓𝑓.𝑠𝑠 = 7373,87725
Untuk pipa Commercial Steel, harga ε = 0,000046 m (Geankoplis, 1997) Pada NRe= 7373,87725 dan ε/D = 0,000046 m / 0,0158 m = 0,00291 diperoleh harga faktor
fanning, f = 0,008 (Fig.2.10.3) (Geankoplis, 1997)
Instalasi pipa (Foust,1980) : - Panjang pipa lurus, L1 = 20 ft
- 1 buah gate valve fully open (L/D=13)
L2 = 1 x 13 x 0,0518 ft = 0.6738 ft - 3 buah elbow standar 90oC (L/D = 30)
L4 = 0,5 x 32 x 0,0518 ft = 0,8293 ft - 1 buah sharp edge exit (K=1 ; L/D = 65)
L5 = 1 x 65 x 0,0518 ft = 3,3691 ft
∑L= L1 + L2 + L3 + L4+ L5
= 20 ft + 0.6738 ft + 4,664 ft + 0,8293 ft + 3,3691 ft = 29,53729 ft
Faktor gesekan,
F =f x v
2 x ∑L
2 gc x D
= 0,008 x1,13502
2 x 29,53729
2∗32,174 x 0,0518 = 0,0912
Efisiensi pompa, η = 80 % −𝑊𝑊𝑠𝑠= 1
2𝛼𝛼(𝐻𝐻2 2− 𝐻𝐻
12) +𝑘𝑘(𝑧𝑧2− 𝑧𝑧1) +𝑃𝑃2−𝑃𝑃𝜌𝜌 1 = 31,3795
31,3795 = 0,8 x Wp
Wp = 39,2244 ft.lbf/lbm Daya pompa : 𝑃𝑃 = m x Wp
550
= 0,0126 x 39,2244
550 = 0,0108 hp
Maka dipilih pompa dengan daya motor 1/8 hp.
L.C.5 Tangki Ekstraksi (T-103)
Fungsi : Tempat terjadinya ekstraksi lignin kulit buah Kakao dengan larutan NaOH.
Jenis : Batch Stirred Tank
Bentuk : Tangki berpengaduk dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan Konstruksi : Carbon Steel SA-285 grade A
Jumlah : 1 unit
Kondisi Operasi : Temperatur = 95°C Tekanan = 1 atm = 14,696 psia
Tabel LC.2 Komposisi Bahan Masuk ke Tangki Ekstraksi (T-103)
Selulosa 92,6364 1350 0,0686
Lignin 30,8788 1300 0,0238
Pektin 19,7624 1526 0,0130
NaOH 3,087879081 1011,85 0,0031
Air 1289,4983 1000 1,2895
Total 1435,8638 1,3979
Laju massa = 1435,8638 kg/jam
ρ Camp = F Tot Q Tot =
1435 ,8638 08 kg /jam
1,3979 m3/jam = 1027,1776 kg/m
3
Kebutuhan perancangan = 2 jam Factor keamanan = 20 % Perhitungan :
a. Volume bahan,
V1 = 1435 ,8638 kg /jam x 2 jam 1027 ,1776 kg /m3
= 2,7957 m3 Faktor kelonggaran 20 %
Volume tiap tangki,Vt = (1 + 0,2) x 2,7957 m3
= 3,3549 m3 b. Diameter dan Tinggi Tangki - Volume Shell tangki (Vs) :
Vs = 1 4πDs
2
Hs Asumsi : Ds : Hs = 2 : 3
Vs = 3 8πDs
3
- Volume tutup tangki (Ve) Ve = 𝜋𝜋
6Ds
2He Asumsi : Ds : He = 4 : 1
Ve = 𝜋𝜋 24Ds
3
- Volume tangki (V) Vt = Vs + Ve Vt = 10
24𝜋𝜋Ds 3
3,3549 m3 = 10 24𝜋𝜋Ds
3
Hs = 2,0531 m
c. Diameter dan tinggi tutup
Diameter tutup = diameter tangki
= 1,3687 m
Tinggi head, He = 1 4 x Ds
= 0,3422 m
Jadi total tinggi tangki, Ht = Hs + He
= 2,3953 m d. Tebal Shell tangki t = PD
2(SE−0,6P) + nC (Perry, 1997)
dimana :
t = tebal Shell (in) P = tekanan desain (psia)
D = diameter dalam tangki (in)
S = allowable stress = 13700 psia (Peters et.al., 2004) E = joint efficiency = 0,85 (Peters et.al., 2004)
C = faktor korosi = 0,0125 in/tahun (Peters et.al., 2004) N = umur tangki = 10 tahun
Volume larutan = 2,7957m3
Volume tangki = 3,3549 m3
Tinggi larutan dalam tangki = 2,7957 m3
3,3549 m3 x 2,3953 m = 1,9961 meter Tekanan Hidrosatatik :
Pℎ𝑎𝑎𝑑𝑑𝑎𝑎𝑜𝑜𝑠𝑠𝑓𝑓𝑎𝑎𝑓𝑓𝑎𝑎𝑘𝑘 = ρ x g x h
= 1027,1776 kg/m3 x 9,8 m/s2 x 1,9961 m = 20,0932 kPa = 2,9135 psia
Faktor keamanan = 20 %
Maka, Pdesain = 1,2 x (14,696 psia + 2,9135 psia) = 20,9901 psia
t = PD
2(SE−0,6P) + nC
t = 24,220 psia x 53,8873 in
2 x (13700 psia x 0,85−0,6 x 20,9901 psia )+ 10 tahun x 0,0125 in/tahun t = 0,229 in
Maka tebal shell yang dibutuhkan = 0,1736 in = 0,4409 cm
Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell,1959) e. Tebal tutup tangki
Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell.
Maka tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in (Brownell,1959)
f. Perancangan Sistem Pengaduk
Jenis pengaduk : paddle daun dua, tiga tingkat Untuk impeller bertingkat (Walas,1990), diperoleh : W/Dt = 1/12 ; W = 1/12 x 1,3687 m = 0,1141 m
0,3 ≤ Da/Dt ≤ 0,6 untuk Da/Dt = 0,3 ; Da = 0,3 x 1,3687 m = 0,4106 m l/Da = 1/8 ; l = 1/8 x 0,4106 m = 0,0513 m
Sbottom H = 2/12 ; Sbottom = 2/12 x 1,9961 = 0,3327 m
Smid/H = 5/12 ; Smid = 5/12 x 1,9961 = 0,8317 m Stop/H = 8/12 ; Stop = 8/12 x 1,9961 = 1,3307 m Dimana:
Dt = Diameter tangki Da = Diameter impeller
l = Lebar impeller
S = Jarak antar impeller
W = Lebar baffle
H = Tinggi Larutan
Kecepatan pengadukan, N = 0,83 putaran/detik Densitas campuran = 1027,178 kg/m3
Viskositas campuran μc (pada 300 C): Viskositas larutan pada 950 C adalah 0,62 cp
Viskositas slurry pada 850C didekati melalui persamaan berikut: ln𝜇𝜇𝜇𝜇𝑐𝑐 = 2,5Qs