395329164 Lampiran Neraca Panas

(1)

LAMPIRAN II

PERHITUNGAN NERACA PANAS Kapasitas : 200.000 Ton/tahun Waktu operasi : 300 hari/tahun

Satuan : Kilo kalori Basis operasi : 1 jam operasi Bahan baku : Brangkasan Jagung

Produk : Etanol

Panas yang dihitung pada neraca panas ini, yaitu :

 Panas sensible, dihitung jika ada perubahan temperatur Q = m .Cp . ΔT

Di mana : ΔT = T - To

dengan : Q : Panas sensible yang dihasilkan/dikeluarkan, Kkal/jam Cp : Kapasitas panas, KJ/kg.^oC

m : Massa senyawa, Kg

To : Temperatur referensi, 25 ^oC T : Temperatur senyawa, ^oC

 Panas latent, dihitung jika ada perubahan fase Q = n . ΔHv

dengan : Q : Panas latent senyawa, KJ/jam n : Mol senyawa, kmol

ΔHv : Panas penguapan, KJ/kmol

 Panas reaksi, untuk menghitung panas yang dihasilkan dari reaksi kimia di reaktor.

Q = ΔH = n . ΔHf

dengan : Q : Panas reaksi senyawa, KJ/jam n : Mol senyawa, kJ/jam

ΔHv : Panas pembentukan suatu senyawa pada 25 ^oC, KJ/kmol

(2)

Untuk kondisi temperatur bukan pada 25 ^oC, panas reaksi dihitung dengan menggunakan rumus :

Q = m . Cp . ΔT Maka, panas reaksi total :

Q = n . ΔHf + m . Cp . ΔT

Kapasitas panas masing – masing senyawa dihitung menggunakan rumus berikut :

Cp = A + B.T + CT² + DT³ Di mana :

 T To

p dt p C

C

      T T_o⁴

D4 o 3

T 3 T

C o 2

T 2 T

o B T T A

T dt To

DT3 CT2

T . B A

















 





   



di mana : T – To = ΔT, maka :

T4 D4 T3 C3 T2 B2 T A T p.

C         

Dimana :

1kj = 0,239 Kkal 1 kkal = 4,187 KJ

Mencari Cp bahan menggunakan cara pada table 8.2 Heat Capacities of Element (Chemical R.K Sinnott page 246)

(3)

1. Cp Selulosa (C6H10O5)n

Element mol.mass Heat Capacity of the element (J/mol.^oC)

Heat Capacity (J/mol.^oC)

C 6,000 7,500 45,000

H 10,000 9,600 96,000

O 5,000 16,700 83,500

Cp, pati (J/mol.^oC) 224,500

Cp, pati (Kkal/kg.^oC) 0,331

2. Cp Hemiselulosa (C5H8O4)n

C 5,000 7,5000 37,500

H 8,000 9,6000 76,800

O 4,000 16,7000 66,800

Cp, sukrosa (J/mol.^oC) 181,100

Cp, sukrosa (Kkal/kg.^oC) 0,328

3. Cp Lignin (C9H10O2)

C 9,000 7,500 67,500

H 10,000 9,600 96,000

O 2,000 16,700 33,400

Cp, selulosa (J/mol.^oC) 196,900

Cp, selulosa (Kkal/kg.^oC) 0,314

4. Cp Protein (CH3(CHNH2)COOH)

C 3,000 7,500 22,500

H 7,000 9,600 67,200

O 2,000 16,700 33,400

N 1,000 33,500 33,500

Cp, glukosa (J/mol.^oC) 156,600

Cp, glukosa (Kkal/kg.^oC) 0,420

(4)

5. Cp Abu (Al2O3)

Al 2,000 26,000 52,000

O 3,000 25,100 50,100

Cp, glukosa (J/mol.^oC) 102,100

Cp, glukosa (Kkal/kg.^oC) 0,298

6. Cp Etanol (C2H6O)

C 2,000 11,700 23,400

H 6,000 18,000 108,000

O 1,000 25,100 25,100

Cp, etanol (J/mol.^oC) 156,500

Cp, etanol (kJ/kg.^oC) 0,813

7. Cp Air (H2O)

H 2,000 18,000 36,000

O 1,000 25,100 25,100

Cp, air (J/mol.^oC) 61,100

Cp, air (kJ/kg.^oC) 0,811

8. Cp Asam Sulfat (H2SO4)

H 2,000 18,00 36,000

O 4,000 25,100 100,400

S 1,000 31,000 31,000

Cp, asam sulfat (J/mol.^oC) 167,400 Cp, asam sulfat (Kkal/kg.^oC) 0,408

9. Cp Kapur (Ca(OH)2)

Element mol.mass Heat Capacity of the Heat Capacity

(5)

element (J/mol.^oC) (J/mol.^oC)

Ca 1,000 33,500 33,500

O 2,000 25,100 50,200

H 2,000 18,000 36,000

Cp, (Ca(OH)2) (J/mol.^oC) 119,700 Cp, (Ca(OH)2) (Kkal/kg.^oC) 0,461

10. Cp Xilosa (C6H10O5)

C 6,000 11,700 70,200

H 10,000 18,000 180,000

O 5,000 25,100 125,500

Cp, Xilosa (J/mol.^oC) 375,700

Cp, Xilosa (Kkal/kg.^oC) 0,554

11. Cp Glukosa (C6H12O6)

C 72,000 7,500 45,000

H 12,000 9,600 115,200

O 96,000 16,700 100,200

Cp, Xilosa (J/mol.^oC) 260,400

Cp, Xilosa (Kkal/kg.^oC) 0,346

Cp ragi = 1,133 Kkal Cp enzim = 0,385 Kkal 1. MIXING TANK – 01

Fungsi : tempat terjadinya steam explosion treatment sekaligus acid impregnation dengan menggunakan asam sulfat encer

Gambar :

MT-01

2 4

3

5

(6)

Keterangan :

Aliran (2) : aliran feed menuju Mixing Tank – 01 Aliran (3) : steam masuk Mixing Tank – 01

Aliran (4) : aliran asam sulfat masuk Mixing Tank – 01 Aliran (5) : aliran feed menuju Mixing Tank – 02

 Kondisi Operasi T = 90 ^oC P = 1 atm

 Panas Aliran (2) : T = 30 ^oC

Komponen m (Kg) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Hemiselulosa 25.405,289 1,638 41.625,210

Selulosa 37.130,806 1,655 61.450,228

Lignin 18.565,403 1,568 29.103,595

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 5.867,224 4,054 23.784,234

Total 38.419,509

 Panas Aliran (3) : T = 30 ^oC

Komponen m (kg) Cp.ΔT

(Kkal/kg) Q (Kkal)

Asam Sulfat 2,512 2,040 5,124

Air 4,465 4,054 18,101

Total 23,225

 Panas aliran (4) :

Steam Explosion digunakan untuk pretreatment pada bahan lignoselulosa, dimana temperatur yang digunakan berkisar antara 160^oC – 220^oC. (US. Patent.

No.2011/0262984 Al ).

Hv = 2.792,0600 Kj/kg

= 667,470 Kkal/kg

(7)

Hl = 852,393 Kj/kg

= 203,773 Kkal/kg Panas laten (λ) = Hv -Hl

= 463,697 kkal/kg

Qs = 2.040.501,351 kkal

Steam yang dibutuhan ( m ):

=

= 4.400,508 kg T = 30 ^oC

Komponen m (kg) Cp.ΔT (Kkal/kg Q (Kkal)

Steam 4.400,508 141,881 624.348,864

Total 624.348,864

Panas Aliran 5 T = 97,019 ^oC

Hemiselulosa 25.405,289 23,600 599.561,112

Selulosa 37.130,806 23,838 885.116,663

Lignin 18.565,403 22,580 419.202,291

Protein 4.885,632 30,267 147.872,476

Abu 2.931,379 21,468 62.931,064

Air 10.272,197 58,389 599.786,733

Asam Sulfat 2,512 29,383 73,801

Total 662.791,598

Aliran masuk = Aliran keluar Q1 + Q2 + Q3 = Q4

Q4 = 662.791,598 kkal

(8)

Neraca Panas Mixing Tank – 01 (MT-01) Panas masuk (kkal) Panas keluar (kkal)

Q1 38.419,509 Q4 662.791,598

Q2 Q3

23,225 624.348,864

Qt 662.791,598 Qt 662.791,598

2. HEATER – 01

Fungsi : untuk menaikkan temperature air Gambar :

Keterangan :

Aliran 1 = Aliran panas feed T-01 masuk Heater Aliran 2 = Aliran pemanas masuk

Aliran 3 = Aliran pemanas keluar Kondisi operasi :

Tin = 30 ^oC Tout = 60 ^oC

Tref = 25 ^oC P = 1 atm

Panas yang disupply steam saturated Q steam = 361.893,670 kkal

Untuk menaikkan temperatur menjadi 90^oC maka digunakan saturated steam 200

oC dan tekanan 15,5467 bar.

Hv = 2693,400 Kj/kg = 643,722 Kkal/kg

Hl = 467,100 Kj/kg = 111,637 Kkal/kg

Panas laten (λ) = Hv -Hl

= 532,085 kkal/kg

(9)

 Steam yang dibutuhan ( m ):

⁼ = 680,142 kg

 Panas steam masuk, Qs in

Qs in = m x Hv

= 437.822,580 Kkal

 Panas steam keluar, Qs Out

Qs out = m x Hl

= 75.928,910Kkal

Neraca Panas Heater-01 (H-01)

Panas masuk (kkal) Panas keluar (kkal)

Q1 60.315,612 -

Q2 - 422.209,282

Qs,in 437.822,580 -

Qc-out - 75.928.910

Qt 2.948.502,091 Qt 2.948.502,091

3. MIXING TANK - 02

Fungsi : untuk proses conditioning (mengurangi produk samping) dan netralisasi pH = 5 dengan menggunakan kapur

Gambar :

Keterangan:

(10)

Aliran 5 : aliran panas feed dari Mixing Tank - 01

Aliran 6 : aliran panas kapur yang masuk Mixing Tank – 01 Aliran 7 : aliran panas air yang masuk Mixing Tank – 01 Aliran 8 : aliran CaSO4 yang terbentuk

Aliran 9 : aliran feed menuju Washing Tank - 01 Kondisi operasi :

Tin : 97,019 ôC Tref : 25 ôC Tout : 95,317 ôC Panas aliran (5)

Hemiselulosa 25.405,289 23,600 599.561,112

Selulosa 37.130,806 23,838 885.116,663

Lignin 18.565,403 22,580 419.202,291

Protein 4.885,632 30,267 147.872,476

Abu 2.931,379 21,468 62.931,064

Air 10.272,197 58,389 599.786,733

Asam Sulfat 2,512 29,383 73,801

Total 2.714.544,140

 Panas aliran (6) : T = 90 ^oC

Komponen m (kg) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Kapur 1,897 29,973 56,847

Total 56,847

Air 14.878,983 52,699 784.102,952

Total 784.102,952

H2O 0,024 52,699 1,247

H2SO4 0,013 26,519 0,353

(11)

C - 01

Q1 Q2

Q4 Q3

Total 1,600

Panas sensible umpan keluar Tout = 95,317 ^oC

Hemiselulosa 25.405,289 23,042 585.393,684

Selulosa 37.130,806 23,275 864.201,654

Lignin 18.565,403 22,046 409.296,682

Protein 4.885,632 29,552 144.378,299

Abu 2.931,379 20,961 61.444,024

Air 25.152,126 57,010 1.433.912,964

Asam Sulfat 0,013 28,689 0,382

CaOH 0,000 32,425 0,000

CaSO4 3,486 22,335 77,850

Total 3.498.705,539

Aliran masuk = Aliran keluar Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Q5

Q5 = 3.498.705,539 Kkal

Neraca Panas Mixing Tank - 02 (MT-02)

Panas masuk (kkal) Panas keluar (kkal) Q1 2.714.544,140

Q2

Q3

56,847 784.102,952

Q4 1,600 Q5 3.498.705,539

Qt 3.498.705,539 Qt 3.498.705,539

4. COOLER – 01

Fungsi : menurunkan temperature feed Mixing Tank – 02 Gambar :

(12)

Keterangan :

Aliran 1 : aliran feed

Aliran 10 : aliran panas keluar dari MT-01 Aliran 3 : aliran pendingin masuk

Aliran 4 : aliran pendingin keluar Kondisi operasi :

Tin : 95,317 ôC Tout : 60 ôC Tref : 25 ôC

Q1 = 3.498.705,539 kkal

 Panas Aliran (10) T = 60 ^oC

Hemiselulosa 25.405,289 11,469 291.376,472

Selulosa 37.130,806 11,585 430.151,598

Lignin 18.565,403 10,973 203.725,162

Protein 4.885,632 14,709 71.863,501

Abu 2.931,379 10,433 30.583,424

Air 25.152,126 28,376 713.722,255

Asam Sulfat 0,013 14,280 0,190

CaSO4 3,486 11,117 38,749

Total 1.741.461,350

Q yang diserap pendingin Q1 + Q-Win = Q2 + Q-Wout

Qs = Q-Wout – Q-Win = Q1 – Q2

Qs = 1.757.244,189 kkal

 Air pendingin yang digunakan,

T in = 30 ^oC

T out = 50 ^oC

(13)

Cp = 0,811 Kkal/kg ^oC

 Jumlah air pendingin yang dibutuhkan ( m )

m = Qs / Cp . ΔT

= 1.757.244,189 Kkal / (0,811 Kkal/kg ^oC x (50 – 30)^oC) = 108.371,636 Kg

 Panas sensible air pendingin masuk QW in = m. Cp . ΔT

= 439.311,047 Kkal

 Panas air pendingin keluar

QW out = m. Cp . ΔT

= 2.196.555,236 Kkal

Neraca Panas Cooler – 01 (C-01)

Q1 3.498.705,539

Qw-in 439.311,047 Q2 1.741.461,350

Qw-out 2.196.555,236

Qt 3.938.016,586 Qt 3.938.016,586

5. WASHING TANK – 01

Fungsi : untuk proses degradasi atau penurunan kandungan lignin dengan menggunakan enzim Lacase

Gambar :

Keterangan :

(14)

Aliran (10) : aliran feed menuju Washing Tank – 01 Aliran (11) : aliran enzim Lacase yang diinput Aliran (12) : aliran feed menuju Mixing Tank – 02

Kondisi operasi : Tin : 60 ôC Tout : 59,46 ôC Tref : 25 ôC

Q10 = 1.741.461,350 kkal

 Panas aliran (11) pada T = 60^oC

Enzim Lacase 2.784,810 13,475 37.525,321

Total 37.525,321

 Panas Aliran (12) pada T = 60^oC

Hemiselulosa 25.405,289 11,292 286.882,718

Selulosa 37.130,806 11,406 423.517,585

Lignin 7.426,161 10,804 80.233,284

Protein 4.885,632 14,482 70.755,186

Abu 2.931,379 10,272 30.111,751

Air 25.152,126 27,939 702.714,874

Asam Sulfat 0,013 14,059 0,187

CaSO4 3,486 10,945 38,152

Enzim Lacase ^13.924,052 13,267 184.732,935

Total 1.778.986,672

Neraca Panas Washing Tank-01 (WT-01)

Panas masuk (kkal) Panas keluar (kkal) QC-01 1.741.461,350 Qkeluar WT-01 1.778.986,672

Qenzim 37.525,321

Qt 1.778.986,672 Qt 1.778.986,672

6. COOLER - 02

Fungsi : menurunkan temperature feed dari Washing Tank – 01

(15)

Gambar :

Keterangan :

Aliran 1 : aliran feed

Aliran 2 : aliran panas keluar dari WT - 01 Aliran 3 : aliran pendingin masuk

Aliran 4 : aliran pendingin keluar Kondisi operasi :

Tin : 59,460 ôC Tout : 30 ôC Tref : 25 ôC

Q1 = 1.778.986,672 Kkal

 Panas Aliran (14) T = 30 ^oC

Hemiselulosa 25.405,289 1,638 41.625,210

Selulosa 37.130,806 1,655 61.450,228

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 25.152,126 4,054 101.960,322

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase ^13.924,052 1,925 26.803,801

Total 258.121,837

Q yang diserap pendingin Q1 + Q-Win = Q2 + Q-Wout

Qs = Q-Wout – Q-Win

(16)

= Q1 – Q2 Qs = 1.520.864,834 kkal

T in = 30 ^oC

T out = 50 ^oC

m = Qs / Cp . ΔT

= 1.520.864,834 Kkal / (0,811 Kkal/kg ^oC x (50 – 30)^oC) = 93.793,800 Kg

 Panas air pendingin masuk QW in = m. Cp . ΔT

= 380.216,209 Kkal

= 1.901.081,043 Kkal

Neraca Panas Cooler – 02 (C-02)

7. REAKTOR - 01

Fungsi : untuk proses hidrolisis enzimatik hemiselulosa dengan menggunakan enzim Xilanase

Gambar :

Q1 1.778.986,672 Q2 258.121,837

Qw.in 380.216,209 Qw.out 1.901.081,043

Qt 2.159.202,880 Qt 2.159.202,880

(17)

Keterangan :

Aliran (15) : aliran feed menuju Reaktor - 01 Aliran (16) : aliran enzim Xilanase

Aliran (17) : aliran feed menuju Centrifuge – 01 Kondisi Operasi :

Tin : 30 ôC Tout : 30 ôC Tref : 25 ôC

 Panas sensible umpan masuk ke MT - 03 dari WT – 01 T = 30 ^oC

QC-02 = 258.121,837 Kkal

 Panas sensible enzim masuk ke MT – 02 dari BS - 03, T = 30 ^oC Komponen Masuk ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Xilanase 3.810,847 1,925 7.335,777

 Panas reaksi pada T = 30 ^oC

( C5H8O4 )n + n H2O nC5H10O5

Hemiselulosa Air Xilosa

 ΔHf reaktan pada T = 25 ^oC

Komponen n ( Kmol ) ΔHf (Kkal/kmol) n. ΔHf (Kkal )

Hemiselulosa 173,218 -127,656 -22.112,301

Air 173,218 -68,317 -11.833,726

Total -33.946,027

(18)

 ΔHf produk pada T = 25 ^oC

Xilosa 173,218 -60,672 -10.509,475

Total -10.509,475

ΔHR298,15K = ΔHf produk – ΔHf reaktan

= -10.509,475 – (-33.946,027) Kkal = 23.436,552 Kkal

Qr = 23.436,552 Kkal

 Panas sensible pada temperatur 30 ^oC

Komponen Masuk ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

HemiSelulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Air 22.034,205 4,054 89.321,060

Xilosa 25.982,681 2,770 71.961,124

Total 165.444,705

ΔHR= ΔHR298,15K +

= 23.436,552 Kkal + (71.961,124 – (4.162,521 + 89.321,060) Kkal = 1.914,095Kkal

 Panas sensible produk keluar dari R - 01 pada T = 30^oC

Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Selulosa 37.130,806 1,655 61.450.228

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162.521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641.438

Protein 4.885,632 2,101 10.266.214

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 22.034,205 4,054 89.321.060

Asam Sulfat 0,013 2,040 0.027

CaSO4 3,486 1,588 5.536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803.801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335.777

Xilosa 25.982,681 2,770 71.961.124

Total 287.316,787

 

^

 

produk reak

CpdT n

tan

(19)

 Menghitung nilai panas ( Q ) yang diserap pendingin:

Q = ( Q15 + Q16 + Qr – Q17 ) = 23.773,268Kkal

 Air pendingin yang digunakan, T in = 23,106^oC

T out = 30^oC

m = Q / Cp . ΔT

= 23.773,268 Kkal / ( 0,811 Kkal/kg ^oC x ( 30 – 23,106 )^oC ) = 4.253,330Kg

= 4.253,330Kg x 0,811 Kkal/kg ^oC x( 30 – 23,106 ) ^oC = -6.531,349Kkal

= 4.253,330Kg x 0,811 Kkal/kg ^oC x( 30 – 23,106 ) ^oC = -26.476,427Kkal

Neraca Panas pada Reaktor – 01 (R-01)

Panas Masuk ( KKal) Panas Keluar (KKal)

Q1 258.121,837 287.316,787

Q2 7335.777

Qwin -6531.349 ^Qw^out -26.476.427

Qr 1.914.095

Total 260.840,360 ^Total 260.840,360

8. CENTRIFUGE – 01 (CF-01)

Fungsi : Memisahkan Stillage dari campuran etanol-air-ragi

(20)

Keterangan :

Q17 : Panas sensibel umpan masuk

Q18 : Panas sensibel aliran stillage keluar Q19 : Panas sensibel umpan keluar

Selulosa 37.130,806 1,655 61.450,228

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 43.69,061

Air 22.034,205 4,054 89.321,060

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

Xilosa 25.982,681 2,770 71.961,124

Total 287.316,787

 Panas sensible aliran stillage keluar

Selulosa 37.130,806 1,655 61.450,228

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 43.69,061

Air 3.305,131 4,054 13.398,159

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

(21)

Total 139.432,762

 Panas aliran air – xilosa keluar

Air 18729.074 4.054 75922.901

Xilosa 25982.681 2.770 71961.124

Total 147884.025

Neraca Panas Centrifuge -01

Q1 287.316,787

Q2 139.432,762

Q3 147.884,025

Qt 287.316,787 Qt 287.316,787

9. FERMENTOR – 01

Fungsi : untuk proses fermentasi ( mengkonversi xilosa menjadi etanol dengan bantuan ragi Pichia Stipitis )

Keterangan :

Q19 : Panas sensibel umpan masuk Q20 : Panas sensibel ragi yang masuk

Qw-in : Panas sensibel air pendingin yang masuk Qw-out : Panas sensibel air pendingin yang keluar

(22)

Q21 : Panas sensible umpan keluar

 Panas sensibel umpan masuk pada temperature 30 ^oC

Air 18.729,074 4,054 75.922,901

Xilosa 25.982,681 2,770 71.961,124

Total 147.884,025

 Panas sensibel ragi masuk pada temperature 30 ^oC

Ragi 519,654 5,650 2.936,043

Total 2.936,043

 Panas sensibel umpan keluar pada temperature 30^oC

Air 18.729,074 4,054 75.922,901

Xilosa 5.196,536 2,770 14.392,225

Etanol 10.624,030 0,813 8.633,036

Ragi 519,654 5,650 2.936,043

Total 101.884,206

 Panas sensibel umpan keluar pada temperature 30^oC

CO2 10.162,115 4,372 44.428,769

Total 44.428,769

 Panas reaksi pada T = 38 ^oC

3C5H10O5 5C2H5OH + 5CO2

Xilosa Etanol

Karbondioksida

(23)

Xilosa 138,574 -60,672 -8.407,580

Total -8.407,580

Etanol 230,957 -66,200 -15.289,365

CO2 230,957 -94,052 -21.721,984

Total -37.011,348

ΔHR298,15K = ΔHf produk – ΔHf reaktan

= -37.011,348 – (-8.407,580) Kkal = -28.603,768 Kkal

Qr = -28603.768 Kkal

Xilosa 20.786,145 2,770 57.568,899

Etanol 10.624,030 4,063 43.165,182

CO2 10.162,115 4,372 44.428,769

Total 87.593,951

ΔHR= ΔHR298,15K +

= -28.603,768 Kkal + ( (43.165,182 + 44.428,769) – 57.568,899) Kkal

= 1.421,283 Kkal

Neraca Panas pada C-02

Q1 + Q-win = Q2 + Qr +Q-wout Qs = Q-wout - Q-win = Q1 - Q2 - Qr

Qs = 3.085,811 Kkal

 

^

 

produk reak

CpdT n

tan

(24)

T in = 30^oC

T out = 100^oC

m = Qs / Cp . ΔT

= 3.085,811 Kkal / ( 0,811 Kkal/kg ^oC x ( 100 – 30 )^oC ) = 12,987 Kg

= 12,987 Kg x 0,811 Kkal/kg ^oC x( 30 – 25 ) ^oC = 220,415 Kkal

= 12,987 Kg x 0,811 Kkal/kg ^oC x( 100 – 25 ) ^oC = 3.306,226 Kkal

Neraca Panas Fermentor – 01 (FT-01)

Q1 147.884,025 101.884,206

Q2 2.936,043 44.428,769

Qw in 220,415

Qw out 3.306,226

Qr 1.421,283

Qt 151.040,483 Qt 151.040,483

10. FERMENTOR – 02

Fungsi : untuk Proses hidrolisis enzimatis (menghidrolisa selulosa menjadi glukosa dengan bantuan enzim selulase) dan fermentasi serentak (mengkonversi glukosa dan menjadi etanol dan CO2) secara simultan.

Gambar :

(25)

Keterangan :

Q18 : aliran panas umpan masuk Q23 : aliran panas ragi

Q24 : aliran panas enzim selulase Q25 : aliran panas air

Q26 : aliran panas CO2 keluar Q27 : aliran panas umpan keluar

Data Operasi dari US. Patent. No.2011/0262984 Al Temperatur = 38^oC

Tekanan = 1 atm

Waktu Reaksi = 48 jam

 Panas sensible umpan masuk ke FT-02 dari CF – 01 T = 30 ^oC

Q18 = 139.432,762Kkal

 Panas sensible ragi masuk ke FT-01 dari BS-05, T = 30 ^oC

Ragi 1.073,267 5,650 6.063,959

 Panas sensible enzim masuk ke FT-01 dari BS-06, T = 30 ^oC

Enzim Selulase 5.569,621 1,925 10.721,520

 Panas sensible air masuk ke FT-01 dari T – 03, T = 30 ^oC

(26)

Air 18.989,496 4,054 76.978,586

 Panas reaksi pada T = 38 ^oC Panas reaksi 1

C6H10O5 + H2O C6H12O6

Selulosa Air Glukosa

Komponen n ( Kmol ) ΔHf ( Kkal/kmol) n. ΔHf (Kkal )

Selulosa 229,202 -52,838 -12.110,602

Air 229,202 -68,317 -15.658,427

Total - - -27.769,029

Glukosa 206,282 -340,260 -70.189,601

Total - - -70.189,601

ΔHR298,15K = ΔHf produk – ΔHf reaktan = -42.420,571Kkal

 Panas sensible pada temperatur 30 ^oC Reaktan

Selulosa 33.417,725 1,655 55.305,205

Air 3.713,080 4,053 15.051,884

Total - - 70.357,089

 Panas sensible pada temperatur 30 ^oC Produk

Komponen Masuk (kg) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Glukosa 37.130,806 4,496 166.940,105

Total - - 166.940,105

(27)

ΔHR = ΔHR298,15K +

= -42.420,571Kkal + (166.940,105 – 70.357,089) Kkal = 54.162,444 Kkal

Panas reaksi 2

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Glukosa Etanol Air

Glukosa 185,654 -340,260 -63.170,641

Total -63.170,641

Etanol 371,308 -66,200 -24.580,5938

CO2 371,3081 -94,052 -34.922,2660

Total -59.502,8598

 ΔHR298,15K = ΔHf produk – ΔHf reaktan

= -59.502,8598 – (-63.170,641)) Kkal = 3.667,781 Kkal

 Panas sensible pada temperatur 30 ^oC Reaktan

Glukosa 33.417,7257 4,496 150.246,0949

Total 150.246,0949

 Panas sensible pada temperatur 30 ^oC Produk

Etanol 17.080,171 4,063 69.396,331

 

^

 

produk reak

CpdT n

tan

(28)

CO2 16.337,5548 4,372 71.427,789

Total 140.824,121

ΔHR = ΔHR298,15K +

= 3.667,781 Kkal + (140.824,121– 150.246,0949) Kkal

= - 5.754,193 Kkal Panas reaksi total adalah :

Qr = Qr1 + Qr2

= 48.408,252 Kkal

 Panas sensible produk keluar dari FT – 02 pada T = 30^oC Komponen Masuk ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

CO2 16.337,555 4,372 71.427,790

 Panas sensible produk keluar dari FT – 02 pada T = 30^oC

Selulosa 3.713,081 1,655 6.145,023

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 18.581,546 4,054 75.324,861

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

Enzim Selulase 5.569,621 1,925 10.721,520

Glukosa 3.713,081 0,899 3.338,802

Ragi 1.073,267 5,650 6.063,959

Etanol 17.080,171 4,063 69.396,331

Total 235.574,871

Q = ( Q18 + Q23 + Q24 + Q7 + Q25 – Q26 – Qr )

= 139.432,762 + 76.978,586 + 10.721,520 + 6.063,959 + 235.574,871 - 71.427,790 - 48.408,252

 

^

 

produk reak

CpdT n

tan

(29)

= - 122.214,085 Kkal = 122.214,085 Kkal

T in = 30^oC

T out = 40^oC

m = Q / Cp . ΔT

= 122.214,085 Kkal / ( 0,811 Kkal/kg ^oC x ( 40 – 30 )^oC )

= 3.600,415 Kg

= 3.600,415 Kg x 0,811 Kkal/kg ^oC x( 30 – 25 ) ^oC = 61.107,042 Kkal

= 3.600,415 Kg x 0,811 Kkal/kg ^oC x( 40 – 25 ) ^oC = 183.321,127 Kkal

Neraca Panas Fermentor – 02 ( FT – 02 ) Panas Masuk (kkal) Panas Keluar (kkal)

Q1 233.196,828 307.002,661

Qw-in 183.321,127 -

Qw-out - 61.107,042

Qr - 48.408,252

Total 416.517,955 416.517,955

11. MIXING POINT – 01 ( MP – 01 )

Fungsi : untuk menggabungkan aliran hasil fermentasi dari FT-01 dan FT-02 Gambar :

Keterangan :

(30)

Aliran (21) : aliran panas hasil fermentasi di Fermentor – 01 Aliran (27) : aliran panas hasil fermentasi di Fermentor – 02 Aliran (28) : aliran panas feed menuju Centrifuge - 02

 Panas sensible masuk dari FT – 01 menuju MP – 01 pada T = 30^oC Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Air 37.130,806 1,655 61.450,228

Xilosa 25.405,289 1,638 41.625,210

Etanol 18.565,403 1,568 29.103,595

Ragi 4.885,632 2,101 10.266,214

Total 142.445,247

 Panas sensible masuk dari FT – 02 menuju MP – 01 pada T = 30^oC Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Selulosa 3.713,081 1,655 6.145,023

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 18.581,546 4,054 75.324,861

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

Enzim Selulase 5.569,621 4,063 22.629,238

Glukosa 3.713,081 4,496 16.694,011

Ragi 1.073,267 5,650 6.063,959

Etanol 17.080,171 4,063 69.396,331

Total 260.837,798

 Panas sensible keluar dari MP – 01 pada T = 30,233^oC

Selulosa 3.713,081 1,732 6.431,054

Hemiselulosa 2.540,529 1,715 4.356,273

Lignin 7.426,161 1,641 12.183,309

Protein 4.885,632 2,199 10.744,073

Abu 2.931,379 1,560 4.572,426

Air 37.310,620 4,242 158.287,850

(31)

Asam Sulfat 0,013 2,135 0,028

CaSO4 3,486 1,662 5,793

Enzim Lacase 13.924,052 2,015 28.051,430

Enzim Xilanase 3.810,793 2,015 7.677,233

Enzim Selulase 5.569,621 2,015 11.220,572

Glukosa 3.713,081 4,705 17.471,062

Xilosa 5.196,536 2,898 15.062,136

Ragi 1.592,921 5,913 9.418,923

Etanol 27.704,201 4,252 117.800,883

Total 403.283,045

Neraca Panas di Mixing Point – 01 ( MP – 01 )

Panas Masuk ( KKal ) Panas Keluar ( KKal )

Q1 142.445,247 Q3 403.283,045

Q2 260.837,798

Total 403.283,045 Total 403.283,045

12. CENTRIFUGE – 02 ( CF – 02 )

Fungsi : untuk memisahkan air – etanol dari stillage ( fraksi padat ) Gambar :

Keterangan :

Aliran (28) : aliran panas feed menuju Centrifuge – 02

Aliran (29) : aliran panas stillage hasil pemisahan menuju Centrifuge – 03 Aliran (30) : aliran panas air – etanol menuju Mixing Point – 02

 Panas sensible produk menuju CF - 02 pada T = 30^oC

Selulosa 3.713,081 1,655 6.145,023

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

(32)

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 37.310,620 4,054 151.247,762

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

Enzim Selulase 5.569,621 1,925 10.721,520

Glukosa 3.713,081 4,496 16.694,011

Xilosa 5.196,536 2,770 14.392,225

Ragi 1.592,921 5,650 5.128,294

Etanol 27.704,201 4,063 9.000.002

Total 385.346,431

 Panas sensible stillage keluar dari CF - 02 menuju CF - 03 pada T = 30^oC Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Selulosa 3.713,081 1,655 6.145,023

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 5.596,593 4,054 22.687,164

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

Enzim Selulase 5.569,621 1,925 10.721,520

Glukosa 3.713,081 4,496 16.694,011

Xilosa 5.196,536 2,770 14.392,225

Ragi 1.592,921 5,650 5.128,294

Etanol 831,126 4,063 3.376,845

Total 147.601,165

 Panas sensible stillage keluar dari CF - 02 menuju CF - 03 pada T = 30^oC Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Air 31.714,027 4,054 128.560,598

Etanol 26.873,075 4,063 109.184,668

Total 237.745,266

Neraca Panas di Centrifuge – 02 ( CF – 02 )

(33)

Q1 385.346,431 Q2 147.601,165

Q3 237.745,266

Total 385.346,431 Total 385.346,431

13. CENTRIFUGE – 03 ( CF – 03 )

Fungsi : untuk memisahkan kembali kandungan air – etanol yang masih terdapat didalam stillage.

Gambar :

Keterangan :

Aliran (29) : aliran stillage menuju Centrifuge – 03 Aliran (31) : aliran stillage hasil pemisahan

Aliran (32) : aliran air-etanol menuju Mixing Point – 02

 Panas sensible stillage menuju CF - 03 pada T = 30^oC

Selulosa 3.713,081 1,655 6.145,023

Hemiselulosa 2.540,529 1,638 4.162,521

Lignin 7.426,161 1,568 11.641,438

Protein 4.885,632 2,101 10.266,214

Abu 2.931,379 1,490 4.369,061

Air 5.596,593 4,054 22.687,164

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

Enzim Selulase 5.569,621 1,925 10.721,520

Glukosa 3.713,081 4,496 16.694,011

Xilosa 5.196,536 2,770 14.392,225

Ragi 1.592,921 5,650 9.000,002

Etanol 831,126 4,063 3.376,845

Total 147.601,165

 Panas sensible stillage keluar CF - 03 pada T = 30^oC

(34)

Selulosa 769,416 1,655 6.145,023

Hemiselulosa 3.713,081 1,638 4.162,521

Lignin 2.540,529 1,568 11.641,438

Protein 7.426,161 2,101 10.266,214

Abu 4.885,632 1,490 4.369,061

Air 839,489

4,054

3.403,075

Asam Sulfat 0,013 2,040 0,027

CaSO4 3,486 1,588 5,536

Enzim Lacase 13.924,052 1,925 26.803,801

Enzim Xilanase 3.810,793 1,925 7.335,777

Enzim Selulase 5.569,621 1,925 10.721,520

Glukosa 3.713,081 4,496 16.694,011

Xilosa 5.196,536 2,770 14.392,225

Ragi 1.592,921 5,650 9.000,002

Etanol 24,934 4,063 101,305

Total 125.041,535

 Panas sensible produk menuju MP – 02 pada T = 30^oC

Air 4.757,104 4,054 19.284,090

Etanol 806,192 4,063 3.275,540

Total 22.559,630

Neraca Panas di Centrifuge – 03 ( CF – 03 )

Q1 147.601,165 Q2 125.041,535

Q3 22.559,630

Total 147.601,165 Total 147.601,165

14. MIXING POINT – 02

Fungsi : untuk menggabungkan aliran air-etanol dari CF – 01 dan CF – 02 Gambar :

(35)

Keterangan :

Aliran (30) : aliran air – etanol dari CF – 01 menuju MP – 02 Aliran (32) : aliran air – etanol dari CF – 02 menuju MP – 02 Aliran (33) : aliran air – etanol keluar dari MP – 02

 Panas sensible produk dari CF – 02 menuju MP – 02 pada T = 30^oC Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Air 31.714,027 1,655 52.485,641

Etanol 26.873,075 1,568 42.126,910

Total 94.612,551

 Panas sensible produk dari CF – 03 menuju MP – 02 pada T = 30^oC Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Air 4.757,104 4,054 19.284,090

Etanol 806,192 4,063 3.275,540

Total 22.559,630

 Panas sensible produk keluar dari MP – 02 pada T = 27,251^oC Komponen Keluar ( kg ) Cp.ΔT (Kkal/kg) Q (Kkal)

Air 36.471,131 1,825 66.549,976

Etanol 27.679,267 1,829 50.622,205

Total 117.172,181

Neraca Panas di Mixing Point – 02 ( MP – 02 )

Q30 94.612,551 Q33 117.172,181

Q32 22.559,630

Total 117.172,181 Total 117.172,181

15. HEATER – 02 ( H – 02 )

Fungsi : Memanaskan feed KD – 01

(36)

C-02

Q1 Q2

Q3

Q4

Gambar :

Keterangan :

Q33 = Panas feed KD-01 masuk Heater Q34 = Panas feed menuju KD - 01 Qs in = Aliran pemanas masuk

Qs out = Aliran pemanas keluar

Kondisi operasi :

T = 93,367 ^oC P = 1 atm

Q9 = 260.304,896 Kkal

 Panas sensible produk keluar pada temperatur 93,367 ^oC (Q34)

Komponen m (kg) Cp.ΔT (Kkal) Q (Kkal)

Air 36.471,131 55,428 2.021.539,549

Etanol 27.679,267 55,555 1.537.713,409

Total 3.559.252,959

Qsteam = (3.559.252,959- 260.304,896) Kkal

= 3.298.948,063 Kkal

Untuk menaikkan temperatur menjadi 93,367^oC maka digunakan saturated steam 111,4 ^oC dan tekanan 15,5467 bar.

Hv = 2.693,400 Kj/kg

= 643,723 Kkal/kg Hl = 467,100 Kj/kg

= 111,637 Kkal/kg Panas laten (λ) = Hv -Hl

= 532,086 kkal/kg

 Steam yang dibutuhan ( m ):

(37)

=

= 6.200,031 kg

 Panas steam masuk, Qs in

Qs in = m x Hv

= 6.200,031 kg x 643,723 Kkal/kg

= 3.991.100,352 Kkal

 Panas steam keluar, Qs Out

Qs out = m x Hl

= 6.200,031 kg x 111,637 Kkal/kg

= 692.152,289 Kkal

Neraca Panas Heater – 02 ( H – 02)

Panas masuk ( Kkal ) Panas keluar ( Kkal )

Q1 260.304,896 Q2 2.201.539,549

Qs in 3.991.100,352 Qs out 692.152,289

Qt 2.948.502,091 Qt 2.948.502,091

16. KOLOM DISTILASI – 01 ( KD – 01 )

Fungsi : Memisahkan air dan etanol sehingga diperoleh produk etanol dengan kemurnian 95%

Gambar :

(38)

Keterangan :

Qf = Aliran panas umpan masuk Kolom Destilasi (KD-01) Qcd = Aliran panas Condenser (CD-01)

Qrb = Aliran panas Reboiler (RB-01) Qd = Aliran panas sensible aliran Destilat Qb = Aliran panas sensible aliran Bottom

 Kondisi Operasi :

T feed (Tf) = 93,367 °C = 366,367 °K T top (Tcd) = 81,583 °C = 354,583 °K T bottom (Trb) = 105,315 °C = 378,315 °K

Komponen Massa (kg) Cp.∆T (kkal/kg) Q ( KKal/jam )

ethanol 27.679,267 55,555 1.537.713,409

Air 36.471,131 55,428 2.021.539,549

Total 3.559.252,959

(39)

Q feed = 3.559.252,959 kkal

 Panas sensible uap masuk ke CD-01,Qv pada T = 81,583 °C = 354,583 °K

Komponen m (kg) CpΔT Qf ( KKal/jam )

Etanol 27.639,580 45,979 1.270.842,427

Air 1.454,715 45,875 66.734,483

Total 1.337.576,910

 Panas kondensasi pada condenser CD-01, QLpada T = 81,583 C

Komponen n (Kmol) Δ Hv Qf ( KKal/jam )

Etanol 600,860 38.715,892 23.262.847,939

Air 80,817 41.413,339 3.346.921,902

Total 26.609.769,841

 Panas sensibel refluks ke KD-01, Qrpada T = 81,583 °C = 354,583 °K

Komponen m (kg) CpΔT Qf ( KKal/jam )

Etanol 45.550,354 45,979 2.094.363,294

Air 2.397,387 45,875 109.979,214

Total 2.204.342,508

 Panas sensible umpan keluar dari top KD-01, Qd pada T = 81,583 °C = 354,583 °K

Komponen m (kg) Cp.ΔT (Kkal) Qf ( KKal/jam )

Etanol 27.639,580 45,979 1.270.842,427

Air 1.454,715 45,875 66.734,483

Total 1.337.576,910

 Panas sensible umpan keluar dari bottom KD-01 , Qb pada T = 99,991 °C = 372,991 °K

Komponen m (kg) Cp.ΔT (Kkal) Qf ( KKal/jam )

Etanol 39,687 60,937 2.418,403

Air 35.016,416 60,799 2.128.953,926

Total 2.131.372,329

Persamaan Overall Neraca Panas Kolom Destilasi-01 (KD-01) : Qf + Qrb = Qd + Qb + Qcd

Qrb = Qd + Qb + Qcd -Qf

= 24.315.123,614 kkal

(40)

Neraca Panas Kolom Distilasi (KD – 01)

Panas Masuk ( Kkal ) Panas Keluar ( Kkal )

Qf 3.559.252,959 Qd 1.337.576,910

Qrb 24.315.123,614 Qb 2.131.372,329

Qcd 24.405.427,333

Qt 27.874.376,573 Qt 27.874.376,573

17. CONDENSOR – 01 ( CD – 01 )

Fungsi : Untuk mengkondensasikan uap yang keluar dari top kolom destilasi (KD- 01)

Gambar :

Keterangan:

QCD : Panas aliran masuk condenser Qw-in : Panas air pendingin masuk Q35 : Panas refluks dari condenser

Q36 : Panas destilat dari condenser Qw-out : Panas condenser

Kondisi Operasi :

T = 81,583 °C = 354,583 °K P = 0,98 atm = 760,002 mmHg

 Panas sensible uap masuk Condensor ( CD – 01 ) pada T = 81,583 ^oC Komponen m (kg) Cp.ΔT (Kkal) Qf ( KKal/jam )

Etanol 73.189,934 45,979 3.365.205,721

Air 3.852,102 45,875 176.713,697

Total 3.541.919,418