LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

A.1 Perhitungan Pendahuluan

Prarancangan pabrik pembuatan Poli Asam Laktat (PLA) dilaksanakan untuk kapasitas produksi sebesar 15.000 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut: 1 tahun operasi = 350 hari kerja

1 hari kerja = 24 jam Basis = 1 jam operasi

Maka kapasitas produksi PLA tiap jam adalah: = jam 24 hari 1 x hari 350 tahun 1 x ton 1 kg 1.000 x tahun 1 ton 15.000 = 1785,7143 kg/jam

Untuk menghasilkan PLAsebanyak 1785,7143 kg/jam maka diperlukan dekstrosa sebanyak 2901.0974 kg/jam sebagai basis perhitungan.

Berat Molekul (Perry, 1999; Software Chemcad & HYSYS 3.2; dan US PATENT) :

PLA = 320018,46 g/mol

Laktida {(C6H10O4)} = 5044,2 g/mol Asam Laktat{C3H6O3} = 90,08 g/mol Kalsium Laktat = 218,212 g/mol

Asam Sulfat = 98,08 g/mol

Kalsium Hidroksida = 74,093 g/mol

Air (H2O) = 18,02 g/mol

Dekstrosa = 180,16 g/mol

Gypsum = 136,132 g/mol

Diamonium posfat = 132,056 g/mol Stannous Octoate = 405,1 gr/mol

Zinc β Diimate = 482,8204 gr/mol Malt sprout

A.2 Tangki Pencampur Bahan Baku (M-101) Dekstrosa Air

Diamonium Posfat Kalsium karbonat

Malt Sprout

Dekstrosa yang masuk ke dalam fermentor adalah sebanyak 12% dari total laju masuk seluruh bahan baku. Dan nutrien yang ditambahkan yaitu, malt sprouts dan diamonium posfat masing-masing sebanyak 4% ; 0,7% dari jumlah

monosakarida yang diumpankan sedangkan jumlah kalsium karbonat yang diumpankan sebesar 3% dari jumlah monosakarida yang masuk, (Prescott,1959).

total

F = 1

Dekstrosa

F : 0,12 = 2901,0974 : 0,12 = 24.175,8117 kg/jam Neraca Alur Masuk 2:

Banyak nya CaCO3 yang ditambahkan ke dalam fermentor sebanyak 3% dari jumlah monosakarida yang masuk fermentor, dimana penambahan ini berfungsi menjaga pH fermentor agar konstan.

2

3 F_CaCO = 1

Dekstrosa

F x 0,03 = 2901,0974 kg/jam x 0,03 = 87,0329 kg/jam Neraca Alur Masuk 3:

3 ) ( 4 2 4 F_{NH HPO} = 1 Dekstrosa F x 0,007 = 2901,0974 kg/jam x 0,007 = 20,3077 kg/jam

Neraca Alur Masuk 4:

4

F_Maltsprout = 1 Dekstrosa

F x 0,04 = 2901,0974 kg/jam x 0,04 = 116,0439kg/jam Neraca Alur Masuk 5:

Laju air yang dialirkan menuju mixer sebanyak 80% dari jumlah total air yang dibutuhkan di fermentor. total Air F =F_total - 1 Dekstrosa F - 2 3 F_CaCO - 3 ) ( _{4 2 4} F_{NH HPO} - 4 F_Maltsprout = (24.175,8117 -2901,0974 - 87,0329 - 20,3077 - 116,0439) kg/jam = 21.051,3298 kg/jam 5 Air

F = 0,8 x FAirtotal = 0,8 x 21.051,3298 kg/jam = 16.841,0638 kg/jam

Mixer (M-101) 3 2 1 6 5 4

Komponen Masuk (kg/jam)

Keluar (kg/jam)

Alur 1 Alur 2 Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6

Dekstrosa 2901,0974 - - - - 2901,0974 CaCO3 - 87,0329 - - - 87,0329 Diamonium posfat - - 20,3077 - - 20,3077 Malt sprout - - - 116,0439 - 116,0439 Air - - - - 16.841,0638 16.841,0638 Jumlah 19.965,5457 19.965,5457 A.3 Fermentor (R-101)

Kultur medium Air

Asam Laktat Air

Biomassa

C6H12O6 →

Fermentasi berlangsung selama 48 jam di dalam fermentor dengan kondisi suhu dijaga pada 40˚C dengan pH dijaga antara 3,8 – 4,2 (Ting liu, et all; 2002) Jumlah mol dekstrosa yang bereaksi dari reaksi di atas adalah :

6 Dekstrosa

N = 6

Dekstrosa

F : Mrdekstrosa = 2901,0974kg/jam : 180,16 kg/kgmol = 16,1029 kgmol/jam

Besarnya konversi 1 mol dekstrosa menjadi 2 mol asam laktat adalah 95% (Andreanne Harbec, 2010). r1 = NDekstrosa6 * Xdekstrosa = 16,1029 kgmol/jam x 0,95 = 15,2978 kgmol/jam Fermentor (R-101) 7 6 8

2

6 12 6

H

O

C

Neraca Alur Keluar 8: Asam Laktat: 8 Laktat Asam N = σ x r1 = 2 x 15,2977 kgmol/jam = 30,5955 kgmol/jam 8 Laktat Asam F = 8 Laktat Asam N x Mr = 30,5955 kgmol/jam x 90,08 kg/kgmol = 2756,0426 kg/jam Dekstrosa:

Jumlah dekstrosa sisa yang tidak terkonversi menjadi asam laktat adalah:

8 Dekstrosa N = 6 Dekstrosa N - r1 = 16,1029 kgmol/jam – 15,2978 kgmol/jam = 0,8051 kgmol/jam 8 Dekstrosa F = 8 Dekstrosa

N x Mrdekstrosa = 0,8051 kg/jam x 180,16 kg/kgmol = 145,0468 kg/jam

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

Alur 6 Alur 7 Alur 8

Asam laktat - - 2756,04256 CaCO3 87,0329 - 87,0329 Dekstrosa 2901,0974 - 145,0468 Malt sprout 116,0439 - 116,0439 Diamonium posfat 20,3077 - 20,3077 Air 16.841,0638 4210,2661 21.051,3299 Jumlah 19.965,5457 4210,2661 24.175,8118 24.175,8118

A.4 Tangki Koagulasi (R-102) Ca(OH)2 Air

Asam Laktat CaLaktat

Air Air

Biomassa Biomassa

Dalam reaksi di atas, agar 2 mol asam laktat terkonversi menjadi 1 mol Kalsium Koagulasi

(R-102)

8 12

laktat maka jumlah mol jumlah jumlah mol Ca(OH)2 yang dibutuhkan adalah :

8 Laktat Asam

N = F_Asam8 _Laktat : Mr =2756,04256 kg/jam : 90,08 kg/kgmol

= 30,5955 kgmol/jam r2 = 2 8 Laktat Asam N = 2 30,5955 = 15,2978 kgmol/jam Neraca Alur Masuk 11:

Ca(OH)2: 11 ) ( C ₂ N _{a OH} = r2 = 15,2978 kgmol/jam 11 ) ( C 2 F _{a OH} = N11Ca(OH)2 x MrCa(OH)2 = 15,2978 kgmol/jam x 74,092 kgmol/jam 11 ) ( C 2 F _{a OH} = 1133,4409 kg/jam

Larutan Ca(OH)2 yang ditambahkan merupakan larutan Ca(OH)2 20% Sehingga laju alir air pada Alur 11 adalah:

11 F_Total = _C11_{( )} 2 F _{a OH} : 0,1 = 1133,4409 kg/jam : 0,2 = 5667,2045 kg/jam 11 F_Air = 11 F_Total - 11 ) ( C ₂ F _{a OH} = 5667,2045 kg/jam - 1133,4409 kg/jam 11 F_Air = 4533,7636 kg/jam Neraca Alur Keluar 12: Kalsium Laktat:

.

N12_CaLaktat = r2 = 15,2978 kgmol/jam

.

F_Ca12_Laktat = N12_CaLaktat . x MrCaLaktat = 15,2978 kgmol/jam x 218,212 kgmol/jam

.

F_Ca12_Laktat =3338,1635 kg/jam

Air:

Air yang dihasilkan dari reaksi:

Reaksi Air N = r2 x σ = 15,2978 kgmol/jam x 2 = 30,5956 kgmol/jam Reaksi F_Air = Reaksi Air

N x Mr = 30,5956 kgmol/jam x 18,02 kg/kgmol = 551,3939 kg/jam

12

F_Air = 8

F_Air + 11

F_Air + Reaksi

F_Air = 21.051,3299kg/jam+4533,7636 kg/jam + 551,3939 kg/jam = 26.136,4874 kg/jam

Biomassa = 8 Dekstrosa

F + F_Maltsprout4 + 2

3

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

Alur 8 Alur 11 Alur 12

CaLaktat - - 3338,1635 Asam Laktat 2756,04256 - - Air 21.051,3299 4533,7636 26.136,4874 Ca(OH)2 - 1133,4409 - Biomassa 368,4394 - 368,4394 Jumlah 24.175,8118 5667,2045 29.843,0161 29.843,0161 A.5 Tangki Pencampur (M-102)

Air

Ca(OH)2 Ca(OH)2

Air

Tangki pencampur ini berfungsi untuk melarutkan padatan Ca(OH)2 dengan air sehingga dapat direaksikan dengan asam laktat di dalam tangki koagulasi dengan konsentrasi larutan Ca(OH)2 sebesar 20%.

Neraca Alur Masuk 10: Ca(OH)2: 10 ) ( C 2 F _{a OH} = 11 ) ( C 2 F _{a OH} = 1133,4409kg/jam

Larutan Ca(OH)2 yang ditambahkan merupakan larutan Ca(OH)2 20% Sehingga laju alir air yang dibutuhkan adalah:

9

F_Air = 11

F_Air = 4533,7636kg/jam

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

Alur 9 Alur 10 Alur 11

Ca(OH)2 - 1133,4409 1133,4409 Air 4533,7636 - 4533,7636 Jumlah 4533,7636 1133,4409 5667,2045 5667,2045 Mixer (M-102) 9 10 11

A.6 Disk Centrifuge (CF-101) CaLaktat CaLaktat Air Air Biomassa CaLaktat Air Biomassa

Untuk efisiensi alat disk centrifuge 98%, air dan Calaktat yang terikut bersama biomassa adalah masing-masing 2% dari umpan masuk, sehingga diperoleh neraca massa sebagai berikut:

Neraca Alur keluar 13: Air : 13 Air F = 12 Air F : 0,02 = 26.136,4874 kg/jam x 0,02 = 522,7297 kg/jam Kalsium Laktat: 13 CaLaktat F = 12 Laktat Ca F : 0,02 = 3338,1635x 0,02 = 66,7633 kg/jam Biomassa: 13 Biomassa F = 12 Biomassa F = 368,4394kg/jam Neraca ALur Keluar 14:

Air: 14 Air F = 12 Air F - 13 Air F = 26.136,4874 – 522,7297 = 25.613,7577 kg/jam Kalsium Laktat: 14 CaLaktat F = 12 Laktat Ca F - 13 Laktat Ca F = 3338,1635 - 66,7633 kg/jam = 3271,4002 kg/jam

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

Alur 12 Alur 13 Alur 14

CaLaktat 3338,1635 66,7633 3271,4002 Air 26.136,4874 522,7297 25.613,7577 Biomassa 368,4394 368,4394 - Jumlah 29.843,0903 957,9324 28.885,1579 29.843,0903 Disk centrifuge CF-101 12 14 13

17

16

15

EV-101

A.7 Evaporator I (EV-101)

Air

CaLaktat

CaLaktat Air

Air

Evaporator ini berfungsi untuk meningkatkan konsentrasi kalsium laktat yang dihasilkan sehingga menjadi Kalsium laktat 32%, hal ini bertujuan agar konsentrasi air yang terkandung sebagai umpan menuju Reaktor prepolimer menjadi sangat sedikit.

Neraca Alur Keluar 17: Asam Laktat: 17 CaLaktat F = 15 CaLaktat F = 3271,4002kg/jam Air: 17 Air F = 15 air F - ( 15 air F : 0,32) 17 Air F = 25.613,7577kg/jam - (25.613,7577kg/jam : 0,32) 17 Air F = 6951,7026kg/jam

Neraca Alur Keluar 17:

16 Air F = 15 Air F - 17 Air F = 25.613,7577kg/jam - 6951,7026kg /jam 16 Air F = 18662,0551kg/jam

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

Alur 15 Alur 16 Alur 17

CaLaktat 3271,4002 - 3271,4002

Air 25.613,7577 18662,0551 6951,7026

Jumlah 28885,1579 18662,0551 21933,4553

28885,1579

Asam Sulfat Air

CaLaktat Asam Laktat

Air Air

Gypsum

Senyawa asam laktat yang telah dikoagulasi dengan larutan Ca(OH)2 kemudian direaksikan dengan penambahan Asam Sulfat 0,01 M agar didapatkan senyawa asam laktat yang lebih murni, dimana seluruh larutan Kalsium laktat terkonversi sepenuhnya menjadi Asam laktat dan Gypsum (Andreanne Harbec, 2010).

17 CaLaktat

N = 17

CaLaktat

F : MrCaLaktat = 3271,4002kg/jam : 218,212 kg/kgmol

17 CaLaktat

N = r3 = 14,9918 kgmol/jam

Agar seluruh Kalsium laktat bereaksi menjadi asam laktat, maka dibutuhkan Asam sulfat sebanyak 14,9918 kgmol/jam. Sehingga laju alir Asam sulfat yang dibutuhkan adalah :

Neraca Alur Masuk 20: Asam Sulfat: 20 H_{2 4} N SO = r3 = 14,9918 kgmol/jam 20 H2 4 F _SO = 20 H2 4 N _SO x MrH2SO4 = 14,9918 kgmol/jam x 98,08 kgmol/jam 20 H2 4 F _SO = 1470,4000 kg/jam

Larutan Asam Sulfat yang ditambahkan merupakan larutan H2SO4 0,01 M, Sehingga laju alir air pada alur 20 adalah:

MH2SO4 = nH2SO4 / V larutan → V larutan = 1499,18 liter/jam

V larutan = V H2SO4 + Vair = (1470,4000 kg/jam / 1,840 kg/liter) + Vair

Vair = 1499,18 liter/jam – 799,1304 liter/jam = 700,0496 liter/jam

20

F_Air = Vair x ρair = 700,0496 liter/jam x 0.99568 kg/liter = 697,0254 kg/jam Neraca Alur Keluar 21:

Asam Laktat :

Reaktor

17 21

Jumlah mol asam laktat yang terbentuk dari reaksi di atas adalah :

21 Laktat Asam

N = Asam_Laktat r₃ = 2 x 14,9918 kgmol/jam = 29,9836 kgmol/jam

21 Laktat Asam F = 21 Laktat Asam

N x MrAsam Laktat = 29,9836 kg/jam x 90,08 kgmol/jam

21 Laktat Asam F = 2700,9226 kgmol/jam Gypsum: 21 N_Gypsum = r3 = 14,9918 kgmol/jam 21

F_Gypsum = N_Gypsum21 x MrGypsum = 14,9918 kgmol/jam x 136,132 kgmol/jam

21

F_Gypsum = 2040,8637 kg/jam Air:

21

F_Air =F_Air20 + F17_Air = 697,0254 kg/jam + 6951,7026kg/jam = 7648,728 kg/jam

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

Alur 17 Alur 20 Alur 21

CaLaktat 3271,4002 - - Asam Laktat - - 2700,9226 Air 6951,7026 697,0254 7648,728 Gypsum - - 2040,8637 H2SO4 - 1470,4000 - Jumlah 10223,1028 2167,4254 12.390,5143 12.390, 5143

A.9 Tangki Pencampur Asam Sulfat (M-103)

Air

H2SO4 (98%) H2SO4 (0,01 M)

Air Air

Tangki pencampur ini berfungsi untuk mengencerkan larutan asam sulfat pekat dengan konsentrasi 98% menjadi larutan asam sulfat 0,01N dengan cara

Mixer (M-103)

menambahkan air.

Konsentrasi Asam sulfat pekat 98% :

Laju H2SO4 yang dibutuhkan perjam = 1470,4000kg/jam / 1,840 kg/liter = 799,1304 liter/jam

Vlarutan 1 = 799,1304 liter/jam / 0,98 = 815,439 liter/jam

Vair 1 = Vlarutan 1 - V H2SO4= 815,439 liter/jam - 799,1304 liter/jam

= 16,3088 liter/jam

M1 = n/ Vlarutan 1 = (14,9918 kgmol/jam)/ (815,439 liter/jam) = 0,0184 M Kondisi akhir larutan H2SO4 yang diinginkan adalah :

Vlarutan 2 = 799,1304 liter/jam dan M2 = 0,01 M

Maka laju volume air yang masuk ke dalam tangki pencampur :

Vair = Vair 2 - Vair 1 = 700,0496 liter/jam – 16,3088 liter/jam = 683,7408 liter/jam

18 Air

F = Vair / ρair = 683,7408 liter/jam : 0,99568 kg/liter = 686,7074 kg/jam

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

Alur 19 Alur 18 Alur 20

H2SO4 1470,4000 - 1470,4000

Air 10,318 686,7074 697,0254

Jumlah 686,7074 2167,4254

2167,4254

A.10 Filter Press (FP-101)

Air Air

Asam Laktat Asam Laktat

Gypsum

Air Gypsum Asam Laktat

Efisiensi alat = 98 % (www.lenntech.com), berarti masing-masing 2 % dari larutan Filter Press

FP-101

21 23

23 34

24

(Air dan Asam laktat) terbawa bersama Gypsum, sehingga : Neraca Alur keluar 22:

Air : 22 Air F = 21 Air F x 0,02 = 7648,728 kg/jam x 0,02 = 152,9746 kg/jam Asam Laktat: 22 Laktat Asam F = 21 Laktat Asam F x 0,02 = 2700,9226kg/jam x 0,02 = 54,0185 kg/jam Gypsum: 22 Gypsum F = 21 Gypsum F = 2040,8637kg/jam Neraca ALur Keluar 15:

Air: 23 Air F = 21 Air F - 22 Air

F = 7648,728 kg/jam - 152,9746 kg/jam = 7495,7534 kg/jam Asam Laktat: 23 Laktat Asam F = 21 Laktat Asam F - 22 Laktat Asam F = 2700,9226kg/jam - 54,0185 kg/jam 23 Laktat Asam F =2646,9041 kg/jam

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

Alur 21 Alur 22 Alur 23

Air 7648,728 152,9746 7495,7534

Asam Laktat 2700,9226 54,0185 2646,9041

Gypsum 2040,8637 2040,8637 -

Jumlah 12.390,5143 2247,8568 10142,6575

12.390,5143

A.11 Tangki Penampung (TA-107)

Asam Laktat Air

Asam Laktat Asam Laktat

Air Air

26a 25 24 EV-102 Asam Laktat: 34 Laktat Asam

F = F_Asam33 _Laktat = 136,15kg/jam

Air: 34 Air F = 33 Air F _{= 559,749}kg/jam Neraca Alur Keluar 24:

Asam Laktat:

24 Laktat Asam

F = F_Asam23 _Laktat + F_Asam34 _Laktat = 2646,9041 kg/jam + 136,15kg/jam

24 Laktat Asam F = 2783,0541 kg/jam Air: 24 Air F = 34 Air F + 23 Air F = 559,749kg/jam + 7495,7534kg/jam 24 Air F = 8055,5024 kg/jam

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

Alur 23 Alur 34 Alur 24

Asam Laktat 2646,9041 136,15 2783,0541 Air 7495,7534 559,749 8055,5024 Jumlah 10142,6575 695,899 10.838,5565 10.838,5565

A.12 Evaporator II (EV-102)

Air

Asam Laktat

Asam Laktat Air

Air

Evaporator ini berfungsi untuk meningkatkan konsentrasi asam laktat yang dihasilkan sehingga menjadi asam laktat 60%, hal ini bertujuan agar konsentrasi air yang terkandung sebagai umpan menuju Reaktor prepolimer menjadi sangat sedikit. Neraca Alur Keluar 26:

Asam Laktat:

26

26 26b 26a EV-103 Air: 26 Air F = 24 Laktat Asam F - ( 24 Laktat Asam F x 0,60) 26 Air

F = 2783,0541kg/jam - (2783,0541 kg/jam x 0,60) = 1113,0541kg/jam Neraca Alur Keluar 26:

25 Air F = 24 Air F - 26 Air

F = 8055,5024kg/jam - 1113,0541kg/jam = 6942,2808 kg/jam

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

Alur 24 Alur 25 Alur 26a

Asam Laktat 2783,0541 - 2783,0541

Air 8055,5024 6942,4483 1113,0541

Jumlah 10.838,5565 6942,4483 3896,1082

10.838,5565

A.13 Evaporator III (EV-103)

Air

Asam Laktat

Asam Laktat Air

Air

Evaporator ini berfungsi untuk meningkatkan konsentrasi asam laktat yang dihasilkan sehingga menjadi asam laktat 99%, hal ini bertujuan agar konsentrasi air yang terkandung sebagai umpan menuju Reaktor prepolimer menjadi sangat sedikit. Neraca Alur Keluar 26:

Asam Laktat:

26 Laktat Asam

F =F_Asam26a _Laktat = 2783,0541kg/jam

Air:

26 Air

F = FAsam26a Laktat - ( 26a Laktat Asam F x 0,99) 26 Air

Neraca Alur Keluar 26: b 26 Air F = 26a Air F - 26 Air

F = 1113,0541kg/jam - 27,8305kg/jam = 1085,2236 kg/jam

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

Alur 26a Alur 26b Alur 26

Asam Laktat 2783,0541 - 2783,0541

Air 1113,0541 1085,2236 27,8305

Jumlah 3896,1082 1085,2236 2810,8846

3896,1082

A.14 Destilasi (DI-201)

P-209 33 D-201 31 E-201 E-202 EJ-201 EJ-202 36 30 32 35 37 Bottom product

Kemurnian laktida adalah = 99%

F37 total = 0,4227kgmol/jam = 2111,1541 kg/jam F37 laktida = 0,41846kgmol/jam = 2110,7734 kg/jam F37as.laktat = 0,00423kgmol/jam = 0,3808 kg/jam

Komponen BM F (kg/jam) N (kgmol/jam) Fraksi mol

Laktida 5044,2 2110,7734 0,41846 0,99

Asam laktat 90,08 0,3808 0,00423 0,01

Air 18,02 0 0 0

F30 = F33+ F37

Neraca laktida 0,99N37 = 0,0127N30 – 0 N33 ….(i) Neraca asam laktat 0,01N37 = 0,046 N30 – 0,0464 N33 …..(ii)

Sehingga (i), N31 = 77,9528 N38 ; dan persamaan …(i) disubtitusikan ke persamaan …(ii) sehingga diperoleh:

0,01 N37 = 0,046 (77,9528 N31 ) – 0,0464 N34 0,0464 N33 = 3,5858 N37 – 0,01 N37

N33 = 77,0652 N37 = 77,0652 x 0,41846 = 32,57411 kgmol/jam N33as.laktat = 0,0464 x 32,57411 kgmol/jam = 1,5114 kgmol/jam F33as.laktat = 90,08 x 11,5114 kgmol/jam = 136,1504 kg/jam N33air = 0,9536 x 32,57411 kgmol/jam = 31,0627 kgmol/jam F33air = 18,02 x 31,0627 kgmol/jam = 559,7494 kg/ jam

F33total = 136,1504 + 559,7494 = 695,8998 kg/jam Sehingga F30 total = F37+ F33 = 2111,1541 + 695,8998 kg/jam = 2.807,05395 kg/jam Komponen Masuk (kg/jam) Masuk

(kgmol/jam) Keluar (kg/jam)

Keluar (kgmol/jam)

Alur 30 Alur 33 Alur 37 Alur 33 Alur 37

Laktida 2110,7734 0,4185 0 2110,7734 0 0,41846 Asam Laktat 136,5312 1,5157 136,1504 0,3808 1,5157 0,00423 Air 559,7494 31,0627 559,7494 0 31,0627 0 Jumlah 2.807,0539 32,9968 695,8998 2111,1541 32,5741 0,4227 2.807,0539 32,9968 Masuk ke kondensor, F31

Komponen BM F (kg/jam) N (kgmol/jam) Fraksi mol

Laktida 5044,2 2110,7734 0,4185 0,0127

Asam laktat 90,08 136,5312 1,5157 0,046

Air 18,02 559,7494 31,0627 0,9413

Total 2.807,0539 32,9968 1

Penentuan titik gelembung ( bubble point umpan) Tekanan uap ditentukan dengan rumus:

lnP = A- B/( T+C) atau ln P = A + (B/T) + C x ln T + D x TE Data bilangan antoine ( Software Chemcad dan Reklaitis ).

A B C D E

Laktida 9,42E+01 -1,20E+04 -1,05E+01 5,06E-18 6

Asam Laktat 1,43E+02 -1,55E+04 -1,70E+01 1,17E-17 6

Air 16,5362 3985,44 -38,9974

K= , P = 400 torr = 400 mmHg = 53,32 kPa Trial = 392,700K

Tabel trial titik didih umpan masuk kolom destilasi

Komponen Yif Pi Ki Xif=Yif/Ki αif = ki/khk

Laktida 0,0127 2,3864 0,0448 0,2838 1

As. Laktat 0,046 5,3524 0,1004 0,4576 2,2429

H2O 0,9413 194,1107 4,6405 0,2586 81,3405

Total 1 1,0000

Oleh karena 1,000, maka bubble point umpan adalah 392,70°K (119,55°C).

Penentuan titik embun ( dew point) distilat Trial = 386,2740 °K

Tabel trial titik embun destilat

Komponen Yid Pi Ki Xid=Yid/Ki αifb= ki/khk

Laktida 0 1,7064 0,0320 0 0

Asam laktat 0,0464 3,6524 0,0685 0,6773 2,1404

H2O 0,9536 157,5795 2,9553 0,3227 93,3349

Total 1 1,0000

Oleh karena 1,000, maka dew point destilat adalah 386,2740°K (113,1240°C).

Penentuan titik gelembung (bubble point) bottom Trial = 467,6860 0K

Tabel trial titik gelembung ( bubble point) bottom

Komponen Xib Pi Ki Yid =Xib*Ki

Laktida 0,99 52,1472 0,9780 0,9682

As. Laktat 0,01 169,6919 3,1825 0,0318

H2O 0 1393,2323 26,1296 0

Total 1 1,0000

Oleh karena 1,0001 ≈1, maka bubble point botom adalah

467,6860 0K (194,536°C)

Menghitung laju refluks destilat :

Laju refluks destilat dihitung menggunakan metode underwood dimana umpan dimasukkan dengan fraksi uap (f)= 0,9413 sehingga :

q = 1- f ; Φ α .x α q 1 i iF i _sehingga 9413 , 0 Φ α .x α i iF i RDm + 1 = -. i Di i x (Geankoplis,1997) Tdew = 113,124 °C; Tbubble = 194,536°C T = Tdew + Tbubble = 194,536°C + 113,124°C = 153,83°C = 426,98°K 2 2 Trial Φ = 1,1250 Komponen Xi,f -. i Fi x i = 0,9413 Laktida (HK) 0,0127 1 -0,1016 Asam laktat 0,0459 2,7512 0,0777 H2O (LK) 0,9414 45,3666 0,9653 Total 1,0000 0,9414 Komponen Xi,d _d -. i Di i x = 1 Laktida 0 1 0 Asam laktat 0,6774 2,7512 1,1460

H2O 0,3227 45,3666 0,3309 Total 1 1,4768 RDm + 1 = -. i Di i x RDm + 1 = 1,4768 RDm = 0,4768 RD = 1,5 RDm ….(Geankoplis, 1997) RD = 1,5 x 0,4768 = 0,7153 Refluks destilat : LD = RD x D = 0,7153 x 695,8998kg/jam = 497,7575 kg/jam

Maka alur 32, F32 = L = 497,7575 kgmol/jam

N32as.laktat = 0,1956 x 497,7575 = 97,3845 kg/jam

F32as.laktat = 97,3845 kg/jam : 90,08 kg/kgmol = 1,0811kgmol/jam N32air = 0,8043 x 497,7575 = 400,37295 kg/jam

F32air = 400,37295 kg/jam : 18,02 kg/kgmol = 22,2183 kgmol/jam N31 = N32 + N33

Total N31 = 497,7575 + 695,8998kg = 1193,6573 kgmol/jam N31as laktat = 97,3845 + 136,1504 = 233,5349 kg/jam

F31as laktat = 233,5349 kg/jam : 90,08 kg/kgmol = 2,5925 kgmol/jam N31air = 400,37295 + 559,7494 = 1000,12235 kg/jam

F31air = 1000,12235 kg/jam : 18,02 kg/kgmol = 55,5007 kg/jam

Komponen

Alur Masuk Alur Keluar

Alur 31 Alur 32 Alur 33

N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) Laktida 0 0 0 0 0 0 Asam Laktat 2,5925 233,5349 1,0811 97,3845 1,5157 136,1504 Air 55,5007 1000,1224 22,2183 400,37295 31,0627 559,7494

Total 58,0932 1233,6618 23,2994 497,7575 32,5741 695,8998

Menghitung laju bottom pada reboiler Vb = Ld + (q x F), dengan q = 0,0587

Vb = 497,7575+ (0,0587 x 2.807,0539) = 662,5316 kg/jam F36(Vb)

Total F36 = 662,5316 kg/jam

F36laktida = x 662,5316 = 662,4121 kg/jam = 0,1313kgmol/jam F36as.laktat = x 662,5316 = 0,1195kg/jam = 0,0013kgmol/jam Lb = Vb + B = 662,5316 + 2111,1541 = 2773,6857 kg/jam

F35(Lb)

Total F35 = 2773,6857kg/jam

F35laktida = 662,5316 + 2110,7734= 2773,1856 kg/jam = 0,5498 kgmol/jam F35as.laktat = 0,11948 + 0,3808 = 0,50024 kg/jam = 0,0056 kgmol/jam

Komponen

Alur Masuk Alur Keluar

Alur 35 Alur 36 Alur 37

N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) N (kmol/jam) F (kg/jam) Laktida 0,5498 2773,1856 0,1313 662,4121 0,41846 2110,7734 Asam Laktat 0,0056 0,5002 0,0013 0,1195 0,00423 0,3808 Air 0 0 0 0 0 0 Total 0,5553 2773,6857 0,1326 662,5316 0,4227 2111,1541

A.15 Reaktor Prepolimerisasi (R – 204) Air Asam Laktat Laktida Asam Laktat Laktida

Asam Laktat Sn(II)Oct

Air Air

Dalam reaktor ini terjadi reaksi prepolimerisasi pembentukan senyawa laktida dengan mereaksikan larutan asam laktat pada suhu 200°C dan tekanan 400 mmHg dengan bantuan katalis Stannous Octoate dengan konversi 95%,sesuai persamaan reaksi berikut:

35 Neraca Alur Masuk 27:

Stannous Octoate:

Laju katalis yang dibutuhkan untuk mereaksikan asam laktat menjadi laktida dan air adalah sebanyak 0,05 x Laju masuk sehingga menghasilkan konversi 95%

(Auras,2010) 27 Sn(II)Oct F = 0,05 x ( 26 Laktat Asam F + 26 Air F ) = 0,05 x (2783,0537+30,98021) 27 Sn(II)Oct F = 140,5583 kg/jam Air:

Kemurnian dari katalis yang digunakan adalah 98% (www.Chemicalland.com)

27

F = (FSn(II)Oct27 x 0,98) = 140,5583 kg/jam x 0,98 = 137,7471 kg/jam 27

Air

F = 27

F - 27 Sn(II)Oct

F = 140,5583 kg/jam – 137,7471kg/jam = 2,8112kg/jam Reaktor 27 29 28

70

+

70 H

2

O

Sn(II)Oct Air 26

r4 = Laktat Asam Laktat Asam 27 Laktat Asam . N X = 70 0,95 x 90,08 2783,0537 = -0,4193 kgmol/jam

Pada proses pembentukan laktida dari asam laktat, berat molekul laktida yang dihasilkan adalah sekitar 5000 gr/mol (Taylor,2005).

Maka jumlah monomer laktida dan PLA adalah: Laktida (144,12 gr/mol) : n = gr/mol 144,12 gr/mol 5000 = 34,69 ≈ 35

Sehingga berat molekul laktida = 5044,2 kg/kgmol

Jumlah laktida yang dihasilkan berdasarkan reaksi sebelumnya:

Reaksi Laktida N = r₄ x _Laktida = 0,4193 kgmol/jam Reaksi Laktida F = Reaksi Laktida

N x MrLaktida = 0,4193 kgmol/jam x 5044,2 kg/kgmol = 2115,0034 kg/jam

Senyawa Air yang terbentuk:

Realsi Air N = Laktat Asam Air 4 . r = 0,4193 x 70 = 29,351 kgmol/jam Reaksi Air F = Reaksi Air

N x MrAir = 29,351 kgmol/jam x 18,02 kg/kgmol = 528,9050 kg/jam

total Air

F =FAirReaksi + 27 Air

F +FAir28 = 528,9050 kg/jam + 30,98021kg/jam +2,8112 kg/jam

= 562,6964 kg/jam Asam Laktat Sisa:

sisa Laktat Asam

N = N26_AsamLaktat - (- _AsamLaktat x r4) =30,8954 kgmol/jam– 29,3510 kgmol/jam

sisa Laktat Asam N = 1,5444 kgmol/jam sisa Laktat Asam

F = Nsisa_{Asam Laktat} x MrAsam Laktat = 1,5444 kgmol/jam x 90,08 kg/kgmol

sisa Laktat Asam

F = 139,1195 kg/jam

Neraca Alur Keluar 28: Stannous Octoate: 28 Sn(II)Oct F = 27 Sn(II)Oct F = 140,5583 kg/jam Laktida:

Produk berupa laktida yang meninggalkan reaktor dalam rupa fasa uap yang menuju menara destilasi sebesar 99,8 % yang kemudian dialirkan melalui steam ejector

menuju menara destilasi.

29 Laktida

F = F_Laktidatotal x 0,998 = 2115,0034 kg/jam x 0,998 = 2110,7734 kg/jam

Asam Laktat : 29 Laktat Asam F = sisa Laktat Asam F - 30 Laktat Asam F = 139,1195 kg/jam – 139,1195 kg/jam = 2,6215kg/jam Air: 28 Air F = total Air F - 30 Air

F = 562,6964 kg/jam – 562,568 kg/jam = 0,1284kg/jam

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

Alur 26 Alur 27 Alur 28 Alur 29

Asam Laktat 2783,0537 - 139,1527 Sn(II)Oct - 140,5583 140,5583 Air 30,9802 559,8778 Laktida - - 4,2300 2110,7734 Jumlah 2954.5921 144,7883 2809,8039 2954,5921

A.16 Reaktor Polimerisasi (R-205)

Laktida

Laktida PLA non Kristal

Asam Laktat Asam Laktat

Dalam reaktor Fixed bed ini terjadi reaksi polimerisasi pembentukan senyawa PLA dengan mereaksikan laktida pada suhu 170°C dengan bantuan katalis Zinc β Diiminate,sesuai persamaan reaksi berikut:

Berat molekul PLA yang dihasilkan melalui proses Ring Opening Reaktor

(Zinc β Diiminate)

Polymerization adalah sebesar 320.000 gr/mol (Auras,2010). Sedangkan pada proses

pembentukan laktida dari asam laktat, berat molekul laktida yang dihasilkan adalah sekitar 5000 gr/mol (Taylor,2005).

Maka jumlah monomer laktida dan PLA adalah: Laktida (162,14 gr/mol) : n = gr/mol 144,12 gr/mol 5000 = 34,69 ≈ 35

Sehingga berat molekul laktida = 5044,2 kg/kgmol PLA (72,063 gr/mol) : n = gr/mol 72,063 gr/mol 320000 = 4440,5589 ≈ 4441

Sehingga berat molekul PLA = 319959,72 kg/kgmol

63,4429

4441 35

Dengan penambahan katalis sebanyak 0,01 x laju laktida yang masuk ke dalam reaktor akan menghasilkan konversi laktida menjadi PLA sebesar 94% (Kunquan Yu,2003). 38 Laktida N = Laktida 38 Laktida Mr F = kg/kgmol 5044,24 kg/jam 2110,7782 = 0,4185 kgmol/jam r5 = . σ -N . X Laktida 39 Laktida Laktida = 63,4429 -kgmol/jam 0,4185 0,94 = - 0,0062kgmol/jam

Perhitungan Jumlah Katalis: Zinc β Diiminate : Diiminate Zinc F = 0,01 x 38 laktida F = 0,01 x 2110,7782 kg/jam = 21,1077 kg/jam Neraca Alur Keluar 39 :

Asam Laktat : 39 Laktat Asam F = 38 Laktat Asam F = 0,3808kg/jam Laktida: 39 Laktida

N = N38_Laktida - σ r5 = 0,4185 kgmol/jam – (-63,4429 x -0,0062)kgmol/jam = 0,025107 kgmol/jam

39 laktida

F = 39

Laktida

= 126,6464 kg/jam PLA Non Kristal :

39 Kristal Non PLA N = σ r5 = 1 x 0,0062 kgmol/jam = 0,0062 kgmol/jam 39 Kristal Non PLA F = 39 Kristal Non PLA

N x MrPLA Non Kristal

39

Kristal Non PLA

F = 0,0062 kgmol/jam x 319959,72 kg/kgmol = 1984,1270kg/jam

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

Alur 38 Alur 39

Asam Laktat 0,3808 0,3808

Laktida 2110,7734 126,6464

PLA Non Kristal - 1984,1270

Jumlah 2111,1541 2111,1541

A.17 Centrifuge (CF-201)

Laktida Laktida

PLA non Kristal PLA non Kristal

Asam Laktat

Asam Laktat Laktida

Alat ini berfungsi untuk memisahkan laktida dan asam laktat dari PLA non kristal. Untuk efisiensi alat centrifuge 98% sehingga 2% laktida masih tercampur dengan PLA non kristal, sehingga diperoleh neraca massa sebagai berikut: Neraca Alur Keluar 40:

Alat ini berfungsi mengendapkan laktida sehingga terbentuk 2 lapisan cairan antara laktida dengan asam laktat dan PLA non kristal.

Laktida: 40 Laktida F = 39 Laktida F x 0,02 = 126,6464 kg/jam x 0,98 = 124,1135 kg/jam Asam Laktat: 40 Laktat Asam F = 39 Laktat Asam F = 0,3808kg/jam

Neraca Alur Keluar 41:

39 41

Pada alur ini masih terkandung laktida sebanyak 2% dari laju laktida yang masuk ke centrifuge, seingga:

PLA Non Kristal :

41

kristal non PLA

F = F_PLA 39 _{non kristal} = 1984,1270kg/jam

Laktida :

41 Laktida

F = 39

Laktida

F – F_Laktida40 = 126,6464 kg/jam – 124,1135 kg/jam

41 Laktida

F = 2,5329kg/jam

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

Alur 39 Alur 40 Alur 41

PLA Non Kristal 1984,1270 - 1984,1270

Laktida 126,6464 124,1135 2,5329

Asam Laktat 0,3808 0,3808

Jumlah 2111,1541 124,4942 1986,6599

2111,1541

A.18 Crystalizer (CR-201)

Di Crystalizer, PLA non kristal diubah menjadi PLA dalam bentuk kristal. PLA non Kristal

Laktida

Neraca Alur Keluar 42:

PLA cairan dapat terkristalisasi > 90% (Abhijit P. Deshpande, 2010) sehingga:

42 kristal PLA F = 41 kristal non PLA F x 0,9 = 1984,1270 kg/jam x 0,9 = 1785,7143 kg/jam 42 kristal non PLA

F = F_PLA 41 _{non kristal} - F_PLA 42 _kristal

= 1984,1270 kg/jam - 1785.7143 kg/jam = 198,4127 kg/jam

42 Laktida F = 41 Laktida F = 2,5329 kg/jam 41 42 CR-201

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

Alur 41 Alur 42

PLA Non Kristal 1984,1270 198,4127

PLA Kristal - 1785,7143

Laktida 2,5329 2,5329

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

Kapasitas : 15.000 ton/tahun Basis perhitungan : 1 jam operasi Operasi pabrik : 330 hari/tahun

Satuan : kJ/jam

Suhu referensi : 25oC (298K)

Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

3 2 dT cT bT a Cp

Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

) ( 4 ) ( 3 ) ( 2 ) ( 14 4 2 3 1 3 2 2 1 2 2 1 2 2 1 T T d T T c T T b T T a CpdT T T

Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :

2 2 1 1 T T v T T T T Vl l b b dT Cp H dT Cp CpdT

Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :

2 1 2 1 ) ( T T out T T out r T N CpdT N CpdT H r dt dQ B.1 Data Perhitungan Cp

Tabel L.B.1.1 Nilai konstanta a, b, c, d dan e untuk perhitungan Cp gas

Komponen a b c d e

Air 3,40E+01 -9,66E-03 3,30E-05 -2,04E-08 4,30E-12

Asam Laktat 3,78E-02 2,42E-03 -1,38E-06 4,84E-10 -7,68E-14 Laktida 2,09E-05 1,92E-03 -3,52E-07 -2,16E-10 8,52E-14 (Reklaitis,1983)

Cpg = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [air dalam kJ/kgmol K; asam laktat dan laktida dalam kJ/kg K]

2

1

T

T

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

Tabel L.B.1.2 Nilai konstanta a, b, c, d dan e untuk perhitungan Cp cairan

Komponen A b c d

Air 1,83E+01 4,72E-01 -1,34E-03 1,31E-06

Kalsium Laktat 210,99 1,5833 -0,0042359 5,34E-06 Asam laktat 99,362 0,75655 -0,0019960 2,3739E-06 Asam Sulfat 26,004 0,70337 -0,0013856 1,03E-06 Kalsium Hidroksida -29,092 0,78856 -0,0019676 2,63E-06

Laktida 15,334 0,72453 - -

(Reklaitis, 1983; Andreanne Harbec, 2010) Cp = a + bT + cT2 + dT3 [J/mol K] 2 1 T T Cp dT = [a(T2 – T1) + b/2(T22 – T12) + c/3(T23 – T13) + d/4(T24 – T14)]

Perhitungan Cpl (J/mol.0K) dengan menggunakan metode Chueh dan Swanson

dimana konstribusi gugusnya adalah: Tabel LB.1.3 Kapasitas Panas Liquid

Gugus Harga Gugus Harga

–CH3 41,6114

–C=O 52,9694

–CH2– (tanpa ring) 28,2054 –O– 35,1456

–CH– (tanpa ring) 24,9048 HO–C=O 78,73

–– OH 43,9504 –CH= 22,1752

O=C–O – 59,0126

(Perry,1997)

Besarnya harga kapasitas panas (Cp) cairan adalah:

Cps = _i 1 i Cp N n i

N = Jumlah perbedaan elemen atom pada senyawa Ni = Jumlah elemen atom pada i senyawa

ΔCpi = Kapasitas panas cairan

Perhitungan C

ps padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan

Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom :

Tabel LB.1.4 Tabel Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison (Perry, 1997) Unsur Atom Ei C 10 89 H 7,56 O 13,42 N 18,74 F 26,16 Zn 26,63 Cps = _i 1 i E N n i

Dimana: Cps = Kapasitas panas padatan pada suhu 298 K (J/mol K) N = Jumlah perbedaan elemen atom pada senyawa Ni = Jumlah elemen atom pada i senyawa

ΔEi = Kapasitas panas padatan

Maka Cp masing-masing komponen dapat dihitung sebagai berikut:

P LA Cp = 4440 = 4441 x [(-O-) + (>CH- )+ (-CH3) + ( >C=O )] = 4441 ( 35,1456 + 24,9048 + 41,6114 + 52,9694) = 686717,1529 kJ/kgmol K Sn(II)oct Cp = [CH3(CH2)3CH(C2H5)COO]2Sn = ( 2 x –COO- ) + ( 8 x –CH2- ) + ( 2 x >CH- ) + (4 x –CH3) = ( 2 x 59,0126 ) + ( 8 x 28,2054 ) + ( 2 x 24,9048 ) + ( 4 x 41,6114 ) = 559,9236 kJ/kgmol K

Diiminate Zinc Cp = [( 23 x C ) + ( 24 x H ) + ( 2 x N ) + ( 2 x O ) + ( Zn ) + ( 3 x F)] = [(23 x 10,89) + (24 x 7,56) + (2 x 18,74) + (2 x 13,42) + (3 x 26,16) + (26,63)] = 601,34 kJ/kgmol K

Tabel LB.1.5 Data kapasitas panas berbagai zat yang digunakan :

Komponen A b Gypsum(s) 70,207 0, 98743 Dekstrosa(s) 305,400 - Kalsium Karbonat(s) 83,752702 - Maltsprout 696,53307 - Diamonium Posfat 228,191439 -

Cp ( kJ/kgmol K), (Andreanne Harbec, 2010: Houghen et.all, 1960).

B.2 Data Panas Pembentukan Standar (ΔH°f 298,15)

Tabel LB.2.1 Data Panas Pembentukan Standar

Komponen ΔH°f

Dekstrosa -1260282,8910 kJ/kgmol Asam Laktat -6,21E+05 kJ/kgmol Kalsium Hidroksida -986,09 kJ/mol Kalsium Laktat -1686,1 kJ/mol

Asam Sulfat -907,51 kJ/mol

Air -241835,2 kJ/kgmol

Gypsum -1432,7 kJ/mol

Laktida -1,022E+005 kJ/kgmol

(Andreanne Harbec, 2010; Felder, 2000; Reklaitis, 1983)

Perhitungan Hf (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy, dimana kontribusi gugusnya adalah:

Tabel LB.2.2 Kontribusi Gugus Panas Reaksi Pembentukan Gugus Harga – CH – -5,397 –C=CH2 85,7719 –CH3 -42,8859 –CH2– -20,6898 –O– -101,2527 – C – 2,5941 –C=O -133,22 (Reid, 1977)

Besarnya harga panas pembentukan standar (ΔH0f 298) adalah:

ΔH0f 298 = 68,29 + Ni ΔHi ...(Perry,1997) Dimana : ΔH0f 298 = Panas pembentukan standar pada suhu 298 K (kJ/mol)

Ni = Jumlah elemen atom pada senyawa i

Hi = panas pembentukan

Sehingga diperoleh ΔH0f 298 untuk masing-masing senyawa yaitu: ΔH0f 298 PLA = 4440 x [(-O-) + (>CH- )+ (-CH3) + ( >C=O )]

= 4440 ( -101,2527 -5,397 -42,8859 -133,22) = 1,255434864 x 106 kJ/kgmol

B.3. Data Perhitungan panas penguapan

Q = n. Hvb (Smith, 1987)

Tabel LB.3.1 Panas Laten Hv = a*(1-Tr)b [ J/mol ]

Komponen BM BP Tc a b

Laktida 5026,359 315,00 480,60 4,13000.107 3,71700.10-1 Sumber : Chemcad database

B.4.1 Fermentor (R-101)

Neraca Panas Masuk

Panas masuk pada alur 6, (Q2) =

15 , 303 15 , 298 6 .dT Cp N_s Q6(Dekstrosa) = 303,15 15 , 298 ) ( 6 dT Cp

N_{Dekstrosa aq} = 16,1029 kgmol/jam x 1527 kJ/kgmol

= 24589,1194 kJ/jam Q6(Maltsprout) = 303,15 15 , 298 6 .dT Cp

NMaltsprout = 0.2788kgmol/jam x (3482,6654 kJ/kgmol°K) x ( 303,15 – 298,15 )°K = 971,0542 kJ/jam Q6(air) = 303,15 15 , 298 ) ( 6 2 Cp dT N_{H O l} = 1168,2203kgmol/jam x 347,7055 kJ/kgmol = 437738,5526kJ/jam Q6(Diammonium posfat) = 15 , 303 15 , 298 6 .dT Cp N_{Diammpnium Posfat}

= 0,1538 kgmol/jam x 1140,9752 kJ/kgmol = 175,4573 kJ/jam air 300C, 1 atm Dekstrosa Maltsprout Diamoniumposfat Air CaCO3 300C, 1 atm Asam laktat Dekstrosa Maltsprout Diamoniumposfat Air CaCO3 400C, 1 atm 6 7 8 Qin Qout

Q6(kalsium karbonat ) = 303,15 15 , 298 ) ( 6 3 Cp dT

N_{CaCO s} = 0,8696 kgmol/jam x 160,2750 kJ/kgmol = 364,1453 kJ/jam

Maka, Q6 = Q6(Dekstrosa) + Q6(Maltsprout) + Q6(air) + Q6(Diammonium posfat) + Q6(kalsium karbonat ) = 24589,1194kJ/jam + 971,0542 kJ/jam + 437738,5526kJ/jam + 175,4573 kJ/jam + 364,1453 kJ/jam = 463838,3289kJ/jam Alur 7 Q7(air) = 303,15 15 , 298 ) ( 7 2 Cp dT NH O l = 251,78696 kgmol/jam x 347,7055 kJ/kgmol = 87547,7105kJ/jam

Sehingga, Qin = Q6 + Q7 = 463838,3289kJ/jam + 87547,7105kJ/jam = 376290,6183 kJ/jam

Neraca Panas Keluar

Panas keluar pada alur 8, (Q4) =

15 , 313 15 , 298 8 .dT Cp N_s Q8(Dekstrosa) = 15 , 313 15 , 298 ) ( 8 dT Cp

NDekstrosa aq = 0,8051 kgmol/jam x 4581 kJ/kgmol = 3688,3679 kJ/jam Q8(Maltsprout) = 313,15 15 , 298 8 . Cp dT NMaltsprout = 0,788 kgmol/jam x (10447,9962 kJ/ kgmol°K) x ( 313,15 – 298,15 )°K = 2913,1625 kJ/jam Q8(air) = 313,15 15 , 298 ) ( 8 2 Cp dT NH O l = 1168,2203 kgmol/jam x 1125,7906 kJ/kgmol = 1315171,4472 kJ/jam Q8(Diammonium posfat) = 15 , 313 15 , 298 8 .dT Cp N_{Diammpnium Posfat}

= 0,1538 kgmol/jam x 3422,8716 kJ/kgmol = 526,3720 kJ/jam Q8(Kalsium karbonat) = 313,15 15 , 298 ) ( 8 3 Cp dT

Qin -Qout m = 1092,4359 kJ/jam Q8(Asam Laktat) = 313,15 15 , 298 ) ( 8 . Cp dT N_{AsLaktat l} = 30,5955 kgmol/jam x 3219,8343 kJ/kgmol = 98512,4379 kJ/jam

Qout = Q8(Dekstrosa) + Q8(Maltsprout) + Q8(air) + Q8(Diammonium posfat) + Q8(CaCO3) + Q8(Asam Laktat) = 3688,3679 kJ/jam + 2913,1625 kJ/jam + 1315171,4472 kJ/jam + 526,3720 kJ/jam + 1092,4359 kJ/jam + 98512,4379 kJ/jam = 1421904,2234 kJ/jam

Reaksi fermentasi yang terjadi di dalam fermentor:

C6H12O6 2C3H6O3 (Harbec, 2010)

Dekstrosa Asam Laktat

) ( ) ( 298,15 298,15 Laktat Laktat 15 ,

298 Asam x H f_Asam Dekstrosa H f_Dekstrosa

Hr = ( 2 x -621000 ) kJ/kgmol – ( 1 x -1260282,8910 ) kJ/kgmol = 18282,8910 kJ/kgmol dT Cp x dT Cp H Hr AsamLaktat l delstrosa aq 15 , 313 298 ) ( 15 , 313 15 , 298 ) ( 15 , 298 ) 15 , 313 ( 2 Hr313,15oK = 18282,8910 kJ/mol - 2 (6439,6687) + 1 (4581) Hr313,15oK = 20141,5597 kJ/mol

QReaksi = 15,2977 kmol/jam x 20141,5597 kJ/mol = 308120,5336 kJ/jam

Maka panas yang dibutuhkan, Qout – Qin = Q8 – (Q6 + Q7) + QReaksi

= 1.421.904,2234 kJ/jam – 376.290,6183 kJ/jam +308.120,5336 kJ/jam Qsteam = 1.266.186,4282 kJ/jam

Sebagai media pemanas digunakan steam buangan dari evaporator I pada suhu 100,30440C dan keluar air pada suhu 1000C .

Air (saturated): H(100oC) = 419,1 kJ/kg (Smith, 1987)

Steam (saturated) :H(100,2498oC) = 2675,1869 kJ/kg (Smith, 1987) λ = 2256,0869 kJ/kg

Massa media pemanas yang diperlukan : bakteri

Tabel LB.4.1 Neraca Panas Fermentor

Senyawa Panas masuk (kJ/jam) Panas keluar (kJ/jam)

Alur 6 Alur 7 Alur 8

Asam laktat - - 98.512,4379 Dekstrosa 24.589,1194 - 3688,3679 Malt sprout 971,0542 - 2913,1625 Diamoniumposfat 86,8425 - 526,3720 air 175,4573 87547,7105 1.315.171,4472 CaCO3 364,1453 - 1092,4359 Panas reaksi - 308.120,5336 Steam 1.266.186,4282 - Total 1.730.024,757 1.730.024,757 B.4.2 Tangki koagulasi (R-102) CaLaktat Air Asam Laktat Air

Neraca Panas Masuk :

Koagulasi (R-102) 8 11 12 Dekstrosa Maultsprout Diamoniumphospat CaCO3 82˚C, 1 atm Dekstrosa Maultsprout Diamoniumphospat CaCO3 30˚C, 1 atm Qin Qout Air Ca(OH)2 30˚C, 1 atm Qin = N11 Ca(OH)2 15 , 313 15 , 298 Cp dT + N11 Air 15 , 313 15 , 298 Cp dT + N8 As.Laktat 15 , 313 15 , 298 Cp dT + N8 Air 15 , 313 15 , 298 Cp dT + N8 dekstrosa 15 , 313 15 , 298 Cp dT + N8CaCO3 15 , 313 15 , 298 Cp dT + N8Diamoniumposfat 15 , 313 15 , 298 Cp dT + N8maltsprout 15 , 313 15 , 298 Cp.dT

Tabel LB.4.2 Neraca Panas Masuk Tangki Koagulasi Senyawa N8 in 15 , 313 15 , 298 Cp dT 15 , 313 15 , 298 8 .dT Cp N_s Asam Laktat 30,5955 3219,8343 98.512,4379 Dekstrosa 0,8051 4581,0000 3.688,3679 Maltsprout 0,2788 1044,.9962 2.913,1625 Diammonium Posfat 0,1538 3422,8716 526,3720 Kalsium karbonat 0,8696 1256,2905 1092,4359 Air 1168,2203 1125,7906 13.151.71,4472 Senyawa N11 in 15 , 303 15 , 298 Cp dT 15 , 303 15 , 298 11 .dT Cp N_s Kalsium Hidroksida 15,297543 508,5788525 7780,006866 Air 251,5962 374,7055 94.274,47324

Total Panas Masuk 1.523.958,7035

Neraca Panas Keluar:

Qout = N12CaLaktat 15 , 355 15 , 298 Cp dT + N12Air 15 , 355 15 , 298 Cp dT + N12dekstrosa 15 , 355 15 , 298 Cp dT + N12CaCO3 15 , 355 15 , 298 Cp dT + N12Diammonium posfat 15 , 355 15 , 298 Cp dT + N12maltsprout 15 , 355 15 , 298 Cp.dT + N12Ca(OH)2 15 , 355 15 , 298 Cp dT

Tabel LB.4.3 Neraca Panas Keluar Tangki Koagulasi

Senyawa N12 out 15 , 355 15 , 298 Cp dT 15 , 355 15 , 298 12 .dT Cp N_s Kalsium Laktat 15,2977 26.376,5399 403.501,6995 Dekstrosa 0,8051 17.407,8000 14.015,7981 Maltsprout 0,2788 39.702,3854 11.070,0175 Diammonium Posfat 0,1538 13.006,9120 2.000,2138 Kalsium karbonat 0,8696 5.717,3484 4.971,6501 Air 1.450,4120 4.301,0988 6.238.365,3130 Total 6.673.924,6920 Panas Reaksi :

kg/jam 2706,50641 2256,0869 3 610613,721 Qin -Qout m

Reaksi yang terjadi adalah :

2C3H6O3 + Ca(OH) 2 C3H5O3-Ca+O3-H5C3 + 2H2O As.Laktat Kalsium Hidrosida Kalsium Laktat Air Tabel 4.4 Panas reaksi standar 298,15°K

Senyawa σ

(Koefisein reaksi) ΔHf298°K ΔHproduk298°K ΔHreaktan298°K

Asam Laktat 2 -621000 -1242000 - Kalsium Hidroksida 1 -986590 - -986590 CaLaktat 1 -1,69E+06 - -1686100 Air 2 -241835,2 -483670,4 - = ( -1242000 – 483670,4 ) – ( -986590 -1686100 ) = 58819,6 kj/kgmol dT Cp dT Cp x dT Cp dT Cp H

Hr _{AsLaktat Ca OH airt CaLaktat}

15 , 313 298 15 , 313 298 15 , 313 15 , 298 ) ( 15 , 313 15 , 298 15 , 298 ) 15 , 313 ( 2 2 2 Hr313,15°K = 58819,6 kj/kgmol – (24996,4821 + 6299,3458) kj/kgmol + (8602,1976 + 26376,5399) = 62502,5096 kJ/kgmol

QReaksi = 15,2977 kmol/jam x 62502,5096 kJ/kgmol = 956.147,7329 kJ/kgmol

Maka panas yang dibutuhkan,

dQ/dt = Qour – Qin + Qr = Q12 – (Q8 + Q11) + Qr

= 6.673.924,6920kJ/jam – 7.630.072,4249kJ/jam + 956.147,7329 kJ/kgmol = 6.106.113,7213 kJ/jam

Sebagai media pemanas digunakan steam buangan dari evaporator I pada suhu 100,30440C dan keluar air pada suhu 1000C .

Air (saturated): H(100oC) = 419,1 kJ/kg (Smith, 1987)

Steam (saturated) :H(100,2498oC) = 2675,1869 kJ/kg (Smith, 1987) λ = 2256,0869 kJ/kg

maka steam yang dibutuhkan :

Tabel LB.4.5 Neraca Panas Tangki Koagulasi

15 , 298 tan 15 , 298 15 , 298 Hproduk Hreak Hr

E V -1 0 1

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam)

Alur 8 Alur 11 Alur 12

Kalsium Laktat - - 403.501,6995 Asam laktat 98.512,4379 - - Dekstrosa 3688,3679 - 14.015,7981 Malt sprout 2913,1625 - 11.070,0175 Diamoniumposfat 526,3720 - 2000,2138 air 1.315.171,4472 94.274,4732 6.238.365,3130 CaCO3 1092,4359 - 4.971,6501 Ca(OH)2 - 7780,00687 - Panas reaksi - 956.147,7329 Steam 6.106.113,7213 - Total 7.630.072,4249 7.630.072,4249 B.4.3 EVAPORATOR I (EV-101)

Menentukan titik didih air dalam evaporator : Ca-laktat Air, 820C, 1 atm Ca-laktat Air 100,7588 0C, 1 atm H2O uap 100,75880C Qin Qout 16 17 15

F15CaLaktat = 3.271,38945 kg/jam F15air = 25.613,6957 kg/jam

Tb Larutan = Tb pelarut + ΔTb (Syukri S,1999)

dimana, ΔTb = 2 x k_b

P BM

G 1000

→ G = Massa zat terlarut

P = Massa pelarut kb = konstanta air = 0,52 ΔTb = 2 x 0,526957 , 25613 1000 212 , 218 38945 , 3271 = 0,6088°C Tb Larutan = 100°C + 0,6088°C = 100,6088°C Neraca Panas Masuk Evaporator I :

Qin = N15Ca.Laktat 15 , 355 15 , 298 Cp dT + N15Air 15 , 355 15 , 298 Cp dT

Tabel LB.4.6 Neraca Panas Masuk Evaporator I

Senyawa N15 in 15 , 355 15 , 298 Cp dT 15 , 355 15 , 298 15 .dT Cp N_s Kalsium Laktat 14,99178 26.376,5399 395.431,6656 Air 1421,4038 4.301,09881 6.113.598,0068 Total 6.509.029,6723

Tabel LB.4.7 Panas laten air (Reaklaitis, 1986) ∆HvL (KJ/Kg) T °C

2257 100

2256,0869 100,6088

2251 102

Neraca Panas Keluar Evaporator I :

Qout = N17Ca.Laktat 7588 , 373 15 , 298 Cp dT + N17Air 7588 , 373 15 , 298 Cp dT + N16Air x ΔHVL

Senyawa N17out 7588 , 373 15 , 298 Cp dT 7588 , 373 15 , 298 17 .dT Cp N_s Kalsium Laktat 14,9918 35236,9019 528.264,39195 Air 385,7771 5695,1034 2.197.040,24605 Senyawa N16 out ΔHVL N16out x ΔHVL Uap air 1035,6267 40.654,6864 42.103.078,65044 Total 44.828.383,2884

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi kalsium laktat yang keluar dari evaporator I sebesar 32% adalah:

dQ/dt = Qout - Qin = 44.828.383,2884 kJ/jam – 6.509.029,6723 kJ/jam Qsteam = 38.319.353,6161 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 250 0C. Data saturated steam pada 250 0C yang didapat dari appendix F (Smith, 1996) adalah sebagai berikut :

HL = 1.085,8 kJ/kg HV = 2.800,4 kJ/kg λ = 1.714,6 kJ/kg

maka steam yang dibutuhkan :

Tabel LB.4.9 Neraca Panas Evaporator I

kg/jam 0 22.328,804 1714,6 ,161 38.319.353 Qin -Qout m

Qin

Air pendingin _{R E -1 0 3}

17

20

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar( kJ/jam )

Alur 15 Alur 16 Alur 17

Kalsium Laktat 395.431,6656 - 528.264,39195 Air 6.113.598,0068 - 2.197.040,2461 Uap air - 42.103.078,6504 - Steam 38.319.353,6161 - Total 44.828.383,2884 44.828.383,2884 B.4.4 Tangki Asidifikasi (R-103)

Neraca Panas Masuk :Qin = N17Cs.Laktat

7588 , 373 15 , 298 Cp dT + N17Air 7588 , 373 15 , 298 Cp dT + N20As.Sulfat 15 , 303 15 , 298 Cp dT + N20air 15 , 303 15 , 298 Cp dT

Tabel LB.4.10 Neraca Panas Masuk Tangki Asidifikasi

Senyawa N17 in 7588 , 373 15 , 298 Cp dT 3998 , 373 15 , 298 17 .dT Cp N_s Kalsium Laktat 14,99179 35.236,9019 528.264,3919 Air 385,7771 5.695,1034 2.197.040,2461 Senyawa N20 in 15 , 303 15 , 298 Cp dT 15 , 303 15 , 298 20 .dT Cp N_s Asam Sulfat 14,9918 701,6579 10.519,11054 Ca-Laktat Air 100,75880C, 1atm Air Asam Sulfat 300C, 1 atm Qout air Asam Laktat gypsum 700C, 1atm 21

Air 38,6808 374,7055 14.493,89497

Total Panas Masuk 2.750.317,6435

Neraca Panas Keluar:

Qout = N21As.Laktat 15 , 343 15 , 298 Cp dT + N21Air 15 , 343 15 , 298 Cp dT + N21Gypsum 15 , 343 15 , 298 Cp dT

Tabel LB.4.11 Neraca Panas Keluar Reaktor Asidifikasi

Senyawa N21 out 15 , 343 15 , 298 Cp dT 15 , 343 15 , 298 21 .dT Cp N_s Asam Laktat 29,9836 9805,9258 294.016,8492 Gypsum 14,991795 17407,1893 260.965,0049 Air 424,45782 3390,6539 1.439.189,569 Total 1.994.171,423 Panas Reaksi :

Reaksi yang terjadi adalah :

C3H5O3-Ca+O3-H5C3 + H2SO4 2C3H6O3 + CaSO4

Kalsium laktat Asam sulfat Asam laktat gypsum

Tabel 4.12 Panas reaksi standar 298,15°K

Senyawa σ

(Koefisein reaksi) ΔHf298°K ΔHproduk298°K ΔHreaktan298°K

Asam Laktat 2 _-621000 -1242000 - Gypsum 1 _-1432700 -1432700 - CaLaktat 1 _-1686100 - -1686100 Asam Sulfat 1 _-907510 - - 907510 = ( -1242000 – 1432700 ) – ( -907510 -1686100 ) = -81090 kJ/kgmol 15 , 343 15 , 298 15 , 343 298 15 , 343 15 , 298 15 , 343 298 15 , 298 ) 15 , 313 ( H Cp dT Cp 2 4dT 2x Cp dT 2 Cp dT

Hr CaLaktat H SO Gypsum AsLaktat

Hr343,15°K = -81090 kJ/kgmol – (20677,6099 + 6439,8065) kJ/kgmol + (19611,8516 + 17407,1893) kJ/kgmol = - 71188,3754 kJ/kgmol 15 , 298 tan 15 , 298 15 , 298 Hproduk Hreak Hr

QReaksi = 14,9918 kmol/jam x - 71188,3754 kJ/kgmol = - 1067241,4935 kJ/kgmol Maka Air pendingin yang dibutuhkan,

dQ/dt = Qour – Qin + Qr = Q21 – (Q17 + Q20) + Qr

= 1.994.171,423 kJ/jam – 2.750.317,6435 kJ/jam -1.067.241,4935 kJ/kgmol = - 1.823.387,7144 kJ/jam

Media pendingin yang digunakan adalah air dingin pada temperatur 25 0C dan keluar pada suhu 50 0C. Data saturated water pada 25 dan 50 0C yang didapat dari appendix F (Smith, 1996) adalah sebagai berikut :

H (pada 50 0C) = 209,3 kJ/kg H (pada 25 0C) = 104,8 kJ/kg λ = -104,5 kJ/kg

maka steam yang dibutuhkan :

kg/jam 26 17.448,686 104,5 7144 1.823.387, -Qin -Qout m

Tabel LB.4.13 Neraca Panas Tangki Asidifikasi

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar (kJ/jam)

Alur 17 Alur 20 Alur 21

Kalsium Laktat 528.264,3919 - - Air 2.197.040,2461 14.493,89497 1.439.189,569 Asam sulfat - 10.519,11054 - Asam laktat - - 294.016,8492 gypsum - - 260.965,0049 Panas reaksi - - 1.067.241,4935 Air pendingin - 1.823.387,7144 - Total -926.929,9291 -926.929,9291

B.4.5 Tangki Penampung (TA-107)

113,124˚C, 400 mmHg Asam Laktat Air 23 34 24

H2O(g)

102,1880C, 1 atm 25

70˚C, 1 atm 7072,85°C, 1atm

Asam Laktat Asam Laktat

Air Air

Neraca Panas Masuk:

Qin = N23As.Laktat 15 , 343 15 , 298 Cp dT + N23Air 15 , 343 15 , 298 Cp dT + N34As.Laktat 274 , 386 15 , 298 Cp dT + N34Air 274 , 386 15 , 298 Cp dT

Tabel LB.4.14 Neraca Panas Masuk TA-107

Senyawa N23 in 15 , 343 15 , 298 Cp dT 15 , 343 15 , 298 23 .dT Cp N_s Asam Laktat 29,3839 9805,9258 288.136,5122 Air 415,9687 3390,6539 1.410.405,7772 Senyawa N34in 274 , 386 15 , 298 Cp dT 274 , 386 15 , 298 24 .dT Cp N_s Asam Laktat 1,5114 19651,4586 29.701,9784 Air 31,0627 6675,7459 207.366,5236 Total 1.935.610,7914

Pada tangki penampung (TA-107) tidak ada terjadi perpindahan panas, sehingga dQ/dt = 0 → Qout = Qin Qout = N24As.Laktat T 15 , 298 Cp dT + N24Air T 15 , 298 Cp dT = 1,935,610.7914kJ/jam

Maka dilakukan trial untuk menentukan suhu pada alur keluar 16, dan diperoleh : T = 72,85°C

B.4.6 Evaporator II (EV-102)

24

26

Menentukan titik didih air dalam evaporator : F24AsLaktat = 2783,05367 kg/jam

F24 air = 8055,504793 kg/jam

Tb Larutan = Tb pelarut + ΔTb (Syukri,1999)

dimana, ΔTb = k_b

P BM

G 1000

→ G = Massa zat terlarut

P = Massa pelarut kb = konstanta air = 0,52 ΔTb = 0,52 5048 , 8055 1000 08 , 90 0537 , 2783 = 1,994°C Tb Larutan = 100°C + 1,994°C = 101,994°C Neraca Panas Masuk Evaporator I :

Qin = N24As.Laktat 346 15 , 298 Cp dT + N24Air 346 15 , 298 Cp dT = 1.935.610,7914kJ/jam

Tabel LB.4.15 Panas laten air (Reaklaitis, 1986) ∆HvL (KJ/Kg) T °C

2257 100

2256,9831 101,994

2251 102

Neraca Panas Keluar Evaporator I :

Qout = N26As..Laktat 144 , 375 15 , 298 Cp dT + N26Air 144 , 375 15 , 298 Cp dT + N25Air x ΔHVL

Tabel LB.4.16 Neraca Panas Keluar Evaporator II Asam laktat Air 72,850C, 1 atm As. Laktat Air 101,994 0C, 1 atm Qout

Senyawa N26out 144 , 375 15 , 298 Cp dT 144 , 375 15 , 298 26 .dT Cp N_s Asam Laktat 30,8954 17.063,8802 527.194,6551 Air 1,5600 5.824,1599 9.085,836067 Senyawa N25 out ΔHVL N25out x ΔHVL Uap air 445,4713 40.670,8352 18.117.690,5197 Total 18.653.971,0108

Panas yang dibutuhkan untuk menguapkan air sehingga konsentrasi Asam laktat yang keluar dari evaporator II sebesar 99% adalah:

dQ/dt = Qout - Qin = 18.653.971,0108kJ/jam – 1.935.610,7914kJ/jam Qsteam = 16.718.360,2194 kJ/jam

Media pemanas yang digunakan adalah saturated steam pada temperatur 250 0C. Data saturated steam pada 250 0C yang didapat dari appendix F (Smith, 1996) adalah sebagai berikut :

HL = 1.085,8 kJ/kg HV = 2.800,4 kJ/kg λ = 1.714,6 kJ/kg

maka steam yang dibutuhkan :

Tabel LB.4.17 Neraca Panas Evaporator II

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 24 Alur 25 Alur 26

Asam Laktat 317.838,4906 - 527.194,6551 kg/jam 9741,8394 1714,6 ,194 16.718.360 Qin -Qout m

Asam Laktat Laktida Air 2000_{C, 400 mmHg} 26 29 28 27 Air 1.617.772,301 - 9.085,836067 Uap air - 18.117.690,51 - Steam 16.718.360,2194 Total 18.653.971,0108 18.653.971,0108 B.4.7 Reaktor Prepolimerisasi (R-204)

Neraca Panas Masuk Reaktor Prepolimerisasi :

Qin = N26As.Laktat 144 , 375 15 , 298 Cp dT + N26Air 144 , 375 15 , 298 Cp dT + N27Sn(II)Oct 15 , 303 15 , 298 Cp dT + N27Air 15 , 303 15 , 298 Cp dT

Tabel LB.4.18 Neraca Panas Masuk Reaktor Prepolimerisasi

Senyawa N26 in 15 , 473 15 , 298 Cp dT 15 , 473 15 , 298 26 .dT Cp Ns Asam Laktat 30,8954 17.063,8802 527.194,6551 Air 1,5600 5824,1599 9.085,836067 Senyawa N27 in 15 , 303 15 , 298 Cp dT 15 , 303 15 , 298 27 .dT Cp N_s Sn(II)Oct 0,3470 2799,6180 971,3884 Air 0,1592 374,7055 59,64796 Total 537.311,5275

Reaksi prepolimer beroperasi pada suhu 200°C pada tekanan 400 mmHg. Tabel LB.4.19 Data temperatur titik didih pada kondisi operasi reaktor

Komponen A B C D E Ln P T

Laktida 9,42E+01 -1,20E+04 -1,05E+01 5,06E-18 6 3,976311495 468,362 R-204 As. Laktat Air 101,9940C Qin As. Laktat Laktida Air Sn(II)oct 2000C Qout Air Sn (II)oct 300C, 1 atm

Asam Laktat 1,43E+02 -1,55E+04 -1,70E+01 1,17E-17 6 3,976311495 438,471

Air 16,5362 3985,44 -38,9974 - - 3,976311495 356,312

lnP = A- B/( T+C) atau ln P = A + (B/T) + C x ln T + D x TE ( Software Chemcad dan Reklaitis ).

Tabel LB.4.20 Data panas laten

A b Tc T Tr ∆HVL

As.Laktat 1.04E+08 3.85E-01 627 438,471 0,58625719 775,9008694 Laktida 9.10E+07 3.60E-01 660 468,362 0,709640149 472,5011383 ∆HVL = a (1 – Tr)b [J/kmol] dimana Tr = T/Tc (Kelvin)

T°C ∆HVL (kJ/kg)

82 2303

83,312 2299,7192

84 2298

Neraca Panas Keluar :

Qout = 15 , 473 15 , 298 + N30s Cp dT + H Cp dT 473,15 298,15 (g) VL (l) 15 , 298 BP

Tabel LB.4.21 Neraca Panas Keluar

Senyawa N28 out 15 , 473 15 , 298 Cp dT 15 , 473 15 , 298 28 .dT Cp Ns Laktida 0,000838 51.581,0740 43,2553 Asam Laktat 0,02910 41.263,8099 1.200,8637 Sn(II)Oct 0,34697 97.986,6300 33.998,5950 Air 0,00712 13.492,6672 96,1332 Total 35.338,8472 Senyawa N29 out BP BP 15 , 298 Cp(l) dT ∆HVL 15 , 473 BP Cp(g) dT 15 , 473 15 , 298 29 .dT Cp N_s Laktida 0,4185 468,362 49874,7557 472,5011 19.208,5915 29.106,02937

Asam Laktat 1,51567 468,362 32.298,5319 775,9008 2797,1292 54.369,29606 Air 31,0627 356,312 4389,4231 41.440,9400 4019,3452 1.548.675,183

Total 1.632.150,509

Panas Reaksi:

35 Tabel 4.22 Panas reaksi standar 298,15°K

Senyawa σ

(Koefisein reaksi) ΔHf298°K ΔHproduk298°K ΔHreaktan298°K

Asam Laktat 70 -621000 - -43470000 Air 70 -241835,2 -16928464 - Laktida 1 -1022000 - 1022000 - = ( -16928464 –1022000 ) – (-43470000) = 25519536 kJ/kgmol dT Cp dT Cp dT Cp H Hr Laktida g g AsLaktat g Air 15 , 473 298 ) ( 15 , 473 15 , 298 ) ( 15 , 473 298 ) ( 15 , 298 ) 15 , 473 ( 70 70 Hr473,15°K = 25.519.536 kJ/kgmol – (2.888.466,696) kJ/kgmol + (51.581,0740 + 944.486,7039) kJ/kgmol = 23.627.137,082 kJ/kgmol

QReaksi = 0,4193 kgmol/jam x 23.627.137,082 kJ/kgmol = 9.906.719,6008 kJ/kgmol

Maka steam yang dibutuhkan,

dQ/dt = Qour – Qin + Qr = ( Q28 + Q29 ) – (Q26 + Q27) + Qr

= (35.338,8472kJ/jam + 1.632.150,509) kJ/jam – 537.311,5275 kJ/jam + 9.906.719,6008 kJ/jam = 1.103.697,4290 kJ/jam

maka steam yang dibutuhkan :

15 , 298 tan 15 , 298 15 , 298 Hproduk Hreak Hr

70

+ 70 H

2

O

kg/jam 6 6431,23371 1714,6 4290 1.103.697, Qin -Qout m

E -1 0 1

Tabel LB.4.23 Neraca Panas Reaktor Prepolimerisasi

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 26 Alur 27 Alur 28 Alur 29

Asam Laktat 527.194,6551 - 1.200,8637 54.369,29606 Air 9.085,836067 59.64796 96,1332 1.548.675,183 Sn(II)oct - 971.38842 33.998,5950 - Laktida - - 43,2553 29.106,02937 Panas reaksi - 9.906.719,6008 Steam 1.103.697,4290 - Total 11.574.208,9566 11.574.208,9566 B.4.8 Cooler (E-101)

Neraca Panas Masuk:

Qin = N29As.Laktat 15 , 473 15 , 298 Cp dT + N29Air 15 , 473 15 , 298 Cp dT + N29Laktida 15 , 473 15 , 298 Cp dT = 1.632.150,509 kJ/jam

Neraca Panas keluar:

Qout = N30As.Laktat 15 , 473 15 , 298 Cp dT + N30Air 15 , 473 15 , 298 Cp dT + N30Laktida 15 , 473 15 , 298 Cp dT

Tabel LB.4.24 Neraca Panas Keluar

Senyawa N29 out BP BP 15 , 298 Cp(l) dT ∆HVL 15 , 473 BP Cp(g) dT 15 , 473 15 , 298 29 .dT Cp Ns Laktida 0,4185 468,362 25112,9315 - - 10.508,6451 Asam Laktat 1,5157 438,471 21161,4782 - - 32.073,7267 As. Laktat Air Laktida 200 0C, 1atm As. Laktat Air 119,55 0C, 30 Qin Qout 29

As. Laktat Air

119,55˚C, 400 mmHg

Air 31,0627 356,312 7168,8770 4389,4231 41.447,6975 1.239,7935

Total 1.504.917,2457

Panas yang dilepas untuk adalah:

dQ/dt = Qout - Qin = 1.504.917,2457 kJ/jam – 1.632.150,509 kJ/jam Qsteam = -127233.2628kJ/jam

maka air pendingin yang dibutuhkan :

Tabel LB.4.25 Neraca Panas Cooler (E-101)

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 29 Alur 30 Asam Laktat 54.369,29606 32.073,7267 Air 1.548.675,183 1239,793522 Laktida 29.106,02937 10.508,6451 Air Pendingin -127.233,2628 - Total 1.504.917,2457 1.504.917,2457 B.4.9 Kolom Destilasi a. Kondenser Condenser E-202 31 Air pendingin

Air pendingin bekas

kg/jam 5 1217,54318 104,5 -28 127.233,26 -Qin -Qout m

As. Laktat Air

113,124˚C, 400 mmHg

33

Menentukan kondisi umpan

Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan suhu umpan masuk sampai syarat Σ Ki,Xi = 1 terpenuhi.

P = 200 mmHg

Trial = 392,700_{K (119,55˚C)}

Tabel LB.4.26 Trial titik didih umpan masuk kolom destilasi

Komponen Yif Pi Ki Xif=Yif/Ki αif = ki/khk

Laktida 0,0127 2,3864 0,0448 0,2838 1

As. Laktat 0,0884 5,3524 0,1004 0,4576 2,2429

H2O 0,9413 194,1107 4,6405 0,2586 81,3405

Total 1 1,0000

Menentukan kondisi operasi atas (kondensor total)

Untuk mengetahui suhu pada destilat, maka perlu perhitungan trial dew point sampai syarat Σyid/Ki = 1 terpenuhi.

P = 200 mmHg

Trial = 386,274 °K (113,124˚C)

Tabel LB.4.27 Trial titik embun destilat

Komponen Yid Pi Ki Xid=Yid/Ki αifb= ki/khk

Laktida 0 1,7064 0,0320 0 0 Asam laktat 0,0464 3,6524 0,0685 0,6773 2,1404 H2O 0,9536 157,5795 2,9553 0,3227 93,3349 As. Laktat Air 113,124˚C, 400 mmHg 32

Total 1 1,0000

Neraca Panas Masuk Kondensor :

Qin = BP BP g vl l S Cp dT H Cp dT N 15 , 298 73 , 389 ) ( ) ( 32

Tabel LB.4.28 Neraca Panas Masuk Kondenser

Senyawa N31 out BP BP 15 , 298 Cp(l) dT ∆HVL 70 , 392 BP Cp(g) dT 70 , 392 15 , 298 31 .dT Cp N_s Laktida - 468,362 - - - - Asam Laktat 2,59253 438,471 32298,5319 - 1556,2497 83.734,863 Air 53,2809 356,312 1963,4903 41447,6975 1239,7935 2.379.045,7952 Total 2.462.780,6582

Neraca Panas Keluar :

Qout = 274 , 386 15 , 298 + 274 , 386 15 , 298

Tabel LB.4.29 Neraca Panas Keluar

Senyawa N32 out BP BP 15 , 298 Cp(l) dT ∆HVL 274 , 386 BP Cp(g) dT 274 , 3386 15 , 298 32 .dT Cp Ns Laktida - 468,362 - - - - Asam Laktat 1,0811 438,471 19651,4586 - 21.244,98703 Air 22.2183 356,312 1963,4903 41447,697 5 1020,1298 987.186,3364 Total 1.008.431,323 Senyawa N33 out BP BP 15 , 298 Cp(l) dT ∆HVL 274 , 386 BP Cp(g) dT 274 , 386 15 , 298 33 .dT Cp Ns Laktida - 468,362 - - - - Asam Laktat 1,51144 438,471 19651,4586 - - 29.701,97838 Air 31,0627 356,312 1963,4903 41447,697 1020,1298 1.380.155,572

5

Total 1409.857,55

Total Panas Keluar Kondenser 2.418.288,8735

Maka Air pendingin yang dibutuhkan, dQ/dt = Qour – Qin = Q32 +Q33 – Q31

= 2.418.288,8735 kJ/jam – 2.462.780,6582kJ/jam = - 44.491,7847 kJ/jam

Media pendingin yang digunakan adalah air dingin pada temperatur 25 0C dan keluar pada suhu 50 0C. Data saturated water pada 25 0C yang didapat dari appendix F (Smith, 1996) adalah sebagai berikut :

H (pada 50 0C) = 209,3 kJ/kg H (pada 25 0C) = 104,8 kJ/kg λ = -104,5 kJ/kg

maka air pendingin yang dibutuhkan :

kg/jam 425,75870 104,5 -7 44.491,784 -Qin -Qout m

Tabel LB.4.30 Neraca Panas Kondenser

Senyawa Panas masuk ( kJ/jam ) Panas keluar ( kJ/jam )

Alur 31 Alur 32 Alur 33

Asam Laktat 83734,863 21.244,98703 29.701,97838

Laktida As.laktat 119,55˚C, 400 mmHg 35 36 37 E -2 0 3 Laktida - - - air pendingin - 44.491,7847 - Total 2.418.288,8735 2.418.288,8735 b. Reboiler

Penentuan titik gelembung (bubble point) bottom untuk menentukan suhu keluar

reboiler.

Trial = 467,686 0K

Tabel LB.4.31 Trial titik gelembung ( bubble point) bottom

Komponen Xib Pi Ki Yid =Xib*Ki

Laktida 0,99 52,1472 0,9780 0,9682

As. Laktat 0,01 169,6919 3,1825 0,0318

H2O 0 1393,2323 26,1296 0

Total 1 1,0000

Neraca Panas Masuk Reboiler :

Qin = 73 , 389 15 , 298 ) ( 35 dT Cp N_{S l}

Tabel LB.4.32 Neraca Panas Masuk Reboiler

Laktida As.laktat

194,536˚C, 400 mmHg Qin