120
4.2.4 Neraca Energi
Hasil perhitungan neraca energi di reaktor dan neraca energi di evaporator. Dapat dilihat pada tabel-tabel dibawah ini, Selanjutnya untuk kebutuhan energi di alat
lain seperti pompa dan sebagainya di masing-masing alat tahapan proses dapat dilihat dari hasil perhitungan menggunakan program HYSYS.
1. Neraca energi di reaktor sulfonator R-1
Fungsi: mereaksikan lignin isolat pH 3 dengan agen pensulfonasi natrium bisulfit NaHSO
3
, dengan nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin adalah 60
bb, konversi ligin menjadi natrium lignosulfonat NLS adalah 72,2 mol, dan NaOH sebagai pengatur keasaman hingga pH 5
Kondisi operasi: Bahan masuk
= 30
O
C = 303
O
K Produk keluar
= 90
O
C = 363
O
K Suhu operasi
= 90
O
C = 363
O
C Suhu referensi
= 25
O
C = 298
O
K Tekanan
1 atm
Reaksi endotermis
Reaksi : [H
2
COHR’R”]
36
+ 36NaHSO
3
[H
2
CSO
3
NaR’R’’]
36
+ 36H
2
O Lignin
Natrium bisulfit Natrium lignosulfonat Air NLS
Panas entalpi menggunakan persamaan dT
Cp n
H
T 25
∫
= a.
Panas entalphi masuk Hin Komponen kg
Cp, kJkg
O
C Hin, kJ
air H
2
O 1912,85 4,178
39.959,44 NaHSO
3
48,26 2,8
675,64 lignin 63,76
2,06 656,73
NaOH 2 5,1
4,092 104,35
Jumlah 41.396,15
121 b.
Panas entalphi keluar Hout Komponen Kg
Cp, kJkg
O
C Hout, kJ
larutan 1.902,04 4,178
516.537,68 Sisa NaHSO
3
10,64 2,8
1.936,48 Sisa lignin
17,73 2,06
2.374,05 NLS 82,89
0,6133 3.304,37
H
2
O hasil reaksi 6,67
4,178 1.810,70
Jumlah 525.963,27
Lignin dibutuhkan adalah 63,76 kg = 63,76 kg4474 kmolkg = 0,014251229 kmol
NaHSO
3
dibutuhkan adalah 48,26 kg = 48,26 kg104 kmolkg = 0,464038462 kmol
Konversi 72,2 , jadi lignin yang bereaksi adalah 0,722 x 0,014251229 kmol = 0,010289 kmol
NaHSO
3
bereaksi adalah 36 x mol lignin yang bereaksi: 36 x 0,010289 kmol = 0,370418 kmol
Jumlah NLS terbentuk sama dengan jumlah mol lignin bereaksi yaitu : 0,010289 kmol
Mencari panas reaksi menggunakan hukum Hess
∆H
R
,
90 o
C
= ∆H
1
+ ∆Hr,
25 o
C
+ ∆H
2
∆Hr,
25 o
C
= ∆H
f
produk - ∆H
f
reaktan = 3,8E+6 kJkmol
∑ ∫
=
25 90
1
dT Cp
n ΔH
∆H
1
∆H
2
25
O
C 25
O
C ∆Hr,
25 o
C
∆H
R
,
90 o
C
122 =
90 -
25 x
2,06 x
4474 0,010289
+ 0,370418104 x 2,8 x 25-90 = -6164,05 + -7011,27 = -13.175,32 KJ
∆Hr,
25 o
C
= 3,8E+6 kJkmol x 0,010289 kmol = 39.099,67 kJ
∫ ∑
= Δ
90 25
2
dT Cp
n H
= 25
- 90
x 0,6113
x 7540
0,010289 + 0,37041818 x 4,178 x 90-25
= 3092,77 kJ + 1810,70 kJ = 4.903,47 kJ ∆H
R
,
90 o
C
= ∆H
1
+ ∆Hr,
25 o
C
+ ∆H
2
= -13.175,3 KJ + 39.099,67 kJ + 4.903,47 kJ = 30.827 ,82 kJ Menghitung energi panas yang diperlukan untuk proses sulfonasi :
Q = Hout – H in + ∆H
R
,
90 o
C
= 525.963,27 kJ - 41.396,15 kJ + 30.827,82 kJ = 515.394,94 kJ Jadi energi panas yang diperlukan untuk proses sulfonasi pada reaktor adalah
515.394,94 kJ Tabel 4.27 Neraca energi di reaktorsulfonator
Komponen Panas masuk,
kJhari Panas keluar,
kJhari Air H
2
O 39.959,44 516.537,68
NaHSO
3
675,64 1.936,48
Lignin 656,73 2.374,05
NaOH, 2 104,35
Panas reaksi endotermis 30.827,82
NLS 3.304,37
H
2
O hasil reaksi 1.810,70
Q pemanas 515.394,94
Jumlah 556.791,09 556.791,09
2. Neraca energi di evaporator 1 E-1
Fungsi : menguapkan sebagian air hingga 50 dalam larutan NLS Kondisi operasi:
Bahan masuk : 40
O
C = 313
O
K Bahan keluar
: 102,5
O
C = 375,5
O
K Suhu referensi
: 25
O
C = 289
O
K
123 a. Panas masuk :
dT Cp
n Hin
40 25
∫
= Komponen Kghari Cp,
kJkg
O
C Hin, kJ
NLS 82,89 0,6113
760,06 NaHSO
3
10,64 2,8
446,88 H
2
O air 1526,97
4,178 95.695,21
Jumlah 96.902,15
b. Panas keluar dT
Cp n
Hout
102,5 25
∫
= Komponen Kghari
Cp, kJkg
O
C ∆Hv, kJkg
Hout, kJ NLS 82,89
0,6113 3.926,98
NaHSO
3
10,64 2,8
446,88 H
2
O atas 763,49
- 2.258,33
1.724.214,92 H
2
O bawah 763,49
4,178 95.695,21
Jumlah 1.824.283,98
Menghitung kebutuhan steam: Hin + H steam = Hout
H steam = Hout – Hin = 1.824.283,98 kJ – 96.902,15 kJ = 1.727.381,83 kJ Tabel 4.28 Neraca energi di evaporator 1 E-1
Komponen Panas masuk,
kJhari Panas keluar,
kJhari NLS
760,06 3.926,98
NaHSO
3
446,88 446,88
H
2
O air 95.695,21
0,00 H
2
O atas 1.724.214,92
H
2
O bawah 95.695,21
Qsteam penguap 1.727.381,83
0,00 Jumlah 1.824.283,98
1.824.283,98
124
3. Neraca energi di evaporator 2 E-2
Fungsi : menguapkan sebagian air dan metanol untuk mendapatkan larutan NLS murni dan pekat
Kondisi operasi: Bahan masuk
: 40
O
C = 313
O
K Bahan keluar
: 100
O
C = 375,5
O
K Suhu referensi
: 25
O
C = 289
O
K a. Panas masuk :
dT Cp
n H
40 25
in
∫
= Komponen kghari
Cp, kJkg
O
C Hin, kJhari
NLS 74,6 0,6113 684,04
metanol 8,51 5,107
651,91 H
2
O air 687,14
4,178 43.063,06
Jumlah 44.399,02
b. Panas keluar dT
Cp n
H
102,5 25
out
∫
= Komponen Kghari
Cp, kJkg
O
C ∆Hv, kJkg
Hout, kJ NLS 74,6
0,6113 3.420,22
metanol atas 8,51
5,107 3.259,54
H
2
O atas 618,42
- 2.258,33
1.396.596,44 H
2
O bawah 68,72
4,178 21.533,41
Jumlah 1.424.809,62
Menghitung kebutuhan steam Hin + H steam = Hout
Hsteam = Hout – Hin = 1.424.809,62 kJ – 44.399,02 kJ = 1.380.410,60 kJ Tabel 4.29 Neraca energi di evaporator E- 2
Komponen Panas masuk,
kJhari Panas keluar,
kJhari NLS
684,04 3.420,22
metanol 651,91
3.259,54 H
2
O air 43.063,06
H
2
O atas 1.396.596,44
H
2
O bawah 21.533,41
Qsteam penguap 1.380.410,60
0,00 Jumlah 1.424.809,62
1.424.809,62
125 Neraca energi selanjutnya berupa daya masing-masing pompa, daya pengering
oven dan peralatan lainnya, dapat diketahui melalui simulasi program Hysys.
4.2.5 Optimasi Kapasitas Produksi NLS
Kategori