• Tidak ada hasil yang ditemukan

Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat dari Kulit Buah Kakao Kapasitas 1.000 Ton/Tahun

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2019

Membagikan "Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat dari Kulit Buah Kakao Kapasitas 1.000 Ton/Tahun"

Copied!
183
0
0

Teks penuh

(1)

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

(2)

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

(3)

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

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

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

(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

(9)

= 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

(10)

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

(11)

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)

(12)

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

(13)

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

(14)

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

(15)

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

(16)

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

(17)

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

(18)

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

(19)

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

(20)

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

(21)

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

(22)

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 :

(23)

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)

(24)

= 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

(25)

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

(26)

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:

(27)

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

(28)

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 )

(29)

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

(30)

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).

(31)

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

(32)

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

(33)

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

(34)

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 = 𝑁𝑁𝐻𝐻102𝑂𝑂298 ,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)

(35)

(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

(36)

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)

(37)

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)

(38)

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

(39)

+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

(40)

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

(41)

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 + 𝜎𝜎𝑖𝑖𝑎𝑎𝑜𝑜𝑑𝑑𝐵𝐵𝑘𝑘298,15393,15𝐶𝐶𝑖𝑖𝑑𝑑𝑑𝑑+𝜎𝜎𝑎𝑎𝑊𝑊𝑘𝑘𝑓𝑓𝑎𝑎𝑖𝑖298 ,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

(42)

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 -

(43)

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

(44)

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

(45)

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

(46)

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 -

(47)

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

(48)

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 -

(49)

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:

(50)

= 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

(51)

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)

(52)

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

(53)

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)

(54)

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)

(55)

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

(56)

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

(57)

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

Gambar

Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer I (kg/jam)
Tabel LB.2 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk gugus –
Tabel LB.5 Nilai Kapasitas Panas Masing-Masing Komponen
Tabel LB. 7 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi
+7

Referensi

Dokumen terkait

dan bukti bayar biaya pendaftaran (dikirim melalui pos atau diserahkan langsung). Pendaftaran program Unggulan tidak bisa online. Calon mahasiswa yang dinyatakan tidak diterima

Sholiha (2013) menyimpulkan bahwa validitas soal LKS tersebut masuk dalam kategori baik, karena 52% indeks validitasnya memenuhi standar. Reliabilitas soal LKS masuk dalam

 mempunyai kekuatan hukum mengikat ke dalam, dan ke luar Majelis sebagaimana diatur dalam Ketetapan MPR RI Nomor I/MPR/2003 tentang Peninjauan Terhadap Materi

From our perspective, the availability of detailed educational attainment information is the principal advantage of using the Census to study the gender wage gap while information

Bioprospecting for single-shot extraction, the aim of most life sciences multina- tional firms today, thus can only encourage con- servation until discoveries are made, at which

[r]

If Stage I results in a positive probability of a social loss and the potentially affected parties are many and / or difficult to identify ex ante, the OA should implement ex

[r]