BAB V INTI susu jagung
diperlukan perhitungan terhadap neraca massa dan neraca energi yang masuk dan keluar dari suatu peralatan. Kedua neraca ini sangat diperlukan dalam penentuan spesifikasi setiap peralatan proses. Jumlah panas yang dibutuhkan sesuai dengan jumlah massa yang diproses. Demikian juga ukuran peralatan ditentukan oleh jumlah massa yang harus ditangani.
5.1 Neraca Massa
Neraca massa merupakan penerapan dari pada prinsip kekekalan massa pada satuan proses. Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa ”massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dirubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain”. Perubahan dapat terjadi bila terjadi perubahan energi, tetapi dalam reaksi kimia perubahan massa kecil sekali sehingga prinsip kekekalan massa dapat diberlakukan. Hukum kekekalan massa tidak berlaku pada reaksi-reaksi fusi dan fisi dimana perubahan massa jauh lebih besar dari pada reaksi-reaksi kimia biasa.
5.1.1 Persamaan Neraca Massa
Dalam penentuan neraca massa dari suatu sistem atau peralatan diperlukan adanya batasan-batasan dari sistem yang ditinjau. Perhitungan neraca massa pada sistem kontinyu dianggap dalam keadaan tunak (steady state). Aliran proses yang mempunyai lebih dari satu komponen, perhitungan neraca masanya dilakukan pada masing-masing komponen disamping perhitungan neraca massa total. Persamaan umum untuk setiap sistem proses yang terjadi dapat ditulis :
Massa keluar = massa masuk + generasi – konsumsi – akumulasi (5.1) Untuk proses steady state dan tidak terjadi reaksi kimia maka akumulasi, generasi dan konsumsi adalah nol. Sehingga persamaan neraca massanya dapat dituliskan :
Massa keluar = Massa masuk (5.2)
(2)
5.1.2 Langkah-langkah Pembuatan Neraca Massa
Menurut Himmeblau (2004) langkah-langkah yang ditempuh dalam pembuatan neraca massa adalah sebagai berikut :
1. Menggambarkan diagram proses dengan aliran-aliran yang diperlukan;
2. Menuliskan besaran, data yang diketahui, dan data yang diperlukan pada diagram tersebut;
3. Memeriksa apakah ada komposisi atau massa pada setiap aliran yang langsung dapat diketahui atau dihitung;
4. Menetapkan dasar perhitungan, semua perhitungan bahan atau komponen harus didasarkan pada dasar yang sama;
5. Jumlah besaran yang diketahui harus dihitung tidak boleh melebihi jumlah persamaan neraca bahan independen yang ada;
6. Jika jumlah persamaan neraca massa bahan yang diketahui melebihi, perlu dipilih persamaan-persamaan yang digunakan untuk menyelesaikan persoalan;
7. Membuat persamaan sesuai dengan jumlah yang tidak diketahui; 8. Menyelesaikan persamaan untuk mendapatkan yang belum diketahui.
Disamping itu juga dikenal cara perhitungan neraca massa menurut Reklaitis (1983), yaitu dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Menggambarkan diagram proses dengan aliran-aliran yang diperlukan;
2. Menuliskan besaran, data yang diketahui, dan data yang diperlukan dalam diagram tersebut;
3. Menentukan derajat kebebasan atau degree of freedom dari masing-masing proses dan proses secara keseluruhan;
4. Menyusun persamaan untuk menyelesaikan persoalan;
5. Menyelesaikan persamaan yang dimulai dari proses yang derajat kebebasannya sama dengan 0 (nol);
6. Selanjutnya disusun tabel derajat kebebasan yang baru untuk menyelesaikan persamaan yang derajat kebebasannya sama dengan nol, begitu seterusnya sehingga semua persamaan dapat diselesaikan.
(3)
5.2 Neraca Energi
Neraca energi merupakan persamaan matematika yang menyatakan hubungan antara energi masuk dan energi keluar sistem. Prinsip dasar yang digunakan sesuai dengan prinsip dasar kekekalan energi, yaitu ”energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan”. Konsep neraca energi menurut Himmeblau (2004) pada dasarnya sama dengan konsep neraca massa, yaitu :
E = E1 – E0 (5.3)
Keterangan :
E = akumulasi energi E1 = energi masuk
E0 = energi keluar
Persamaan energi pada proses-proses industri biasanya dapat disederhanakan untuk proses-proses tanpa akumulasi (steady state), sehingga Persamaan 5.3 diatas menjadi lebih sederhana, yaitu :
E1 = E0 (5.4)
Istilah-istilah yang sering dijumpai pada perhitungan neraca energi adalah : 1. Entalpi (H), merupakan jumlah energi dalam dan perkalian antara tekanan
dan volume, perubahan entalpi merupakan panas yang diserap atau panas yang dikeluarkan oleh dan dari sistem;
2. Kapasitas panas (Cp), merupakan energi yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1oC, energi ini dapat diberikan dengan cara pemindahan
panas dalam suatu proses tertentu;
3. Panas reaksi dan panas standar, merupakan perubahan entalpi sebelum dan sesudah reaksi terjadi, panas reaksi terjadi pada tekanan 1 atm dan temperatur 25oC;
4. P anas pembentukan standar, merupakan panas reaksi yang khusus, panas yang diperlukan untuk pembentukan senyawa dari unsurnya;
(4)
5. Panas sensibel, merupakan panas yang dibutuhkan untuk menaikkan atau menurunkan temperatur suatu zat tanpa merubah fasanya;
6. Panas laten, merupakan panas yang dibutuhkan untuk merubah fasa suatu zat tanpa menaikkan atau menurunkan temperaturnya.
Untuk hasil perhitungan neraca massa dan energi pada tiap alat dapat dilihat pada Tabel 5.1 sampai Tabel 5.12, sedangkan contoh perhitungan neraca massa dan energi untuk masing-masing peralatan disajikan pada Lampiran A dan Lampiran B.
5.3 Hasil Perhitungan Neraca Massa
Perhitungan neraca massa pada perencanaan pabrik susu kedelai bubuk seperti dibawah ini:
Basis Perhitungan : 1 Jam
Satuan : kilogram (kg) Waktu Operasi: 330 hari
Jam Operasi : 24 Jam/Hari Kapasitas Produksi : 10.000 Ton/Tahun 5.3.1 Pengupas (PE-101)
Fungsi : untuk memisahkan jagung dari kulit jagung
Gambar 5.1 Blok Diagram Alat Pengupas (PE – 101) F2 Kulit Jagung
BP - 101
Jagung + kulit F1
(5)
Tabel 5.1 Neraca Massa pada Bak Pencucian (BP-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Jagung 4500 F2 Kulit Jagung 150
Kulit Jagung 150 F3 Jagung Segar 4500
Total 4650 Total 4650
5.3.2 Pemipilan (P-101)
Fungsi : untuk memisahkan jagung dari tongkolnya
Gambar 5.2 Blok Diagram Pemipilan (P – 101) Tabel 5.1 Neraca Massa pada Pemipilan (P-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Jagung 2100 F2 Tongkol 2400
Tongkol 2400 F3 Biji Jagung 2100
Total 4500 Total 4500
5.3.3 Bak Pencucian (BP-101)
Fungsi : Untuk membersihkan biji jagung dari pengotor BP - 101
Jagung Segar F1
F3 Biji Jagung
F2 Tongkol
(6)
Gambar 5.3 Blok Diagram pada Bak Pencucian (BP – 101) Tabel 5.3 Neraca Massa pada Bak Pencucian (BP-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Biji Jagung 2100 F3 Biji Jagung 2100
Pengotor 10
F4 Air Pencuci 1000
F2 Air Pencuci 1000 Pengotor 10
Total 3110 Total 3110
5.3.4 Tangki Penghancuran/ Blending (B-101) Fungsi : Untuk Menghancurkan biji jagung
Gambar 5.4 Blok Diagram pada Tangki Penghancuran/ Blending (BP – 101) Tabel 5.4 Neraca Massa pada Tangki Penghancuran/ Blending (B-101)
BP - 101 Biji Jagung F1
F3 Biji Jagung F2 Air Pencuci
F4 Air Pencuci + Pengotor
BP - 101 Biji Jagung F1
F3 Slury jagung F2 Air
(7)
Masuk Laju alir
kg/jam Keluar Laju alirkg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Biji jagung 2100
F3 Slury Jagung 18900
F2 Air 16800
Total 18900 Total 18900
5.3.5 Tangki Perebusan (Co-101)
Fungsi : Untuk merebus /memasak Slurry Jagung
Gambar 5.5 Blok Diagram Tangki Perebusan (Co-101) Tabel 5.5 Neraca Massa pada Tangki Perebusan (Co-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Slury Jagung 18900 F2 Air 10
F3 Slury Jagung 18890
Total 18900 Total 18900
5.3.6 Vibrating Screen Filter (VSF-101)
Fungsi : Untuk memisahkan antara susu dan ampas jagung BP - 101
Slury Jagung F1
F3 Slury Jagung
F2 Air
(8)
Gambar 5.6 Blok Diagram Vibrating Screen Filter (VSF-101) Tabel 5.6 Neraca Massa pada Vibrating Screen Filter (VSF-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Slury Jagung 18890 F2 Ampas 800
F3 Susu Jagung 18090
Total 18890 Total 18890
5.3.7 Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101)
Fungsi : Untuk Mencampurkan bahan aditif (gula dan susu skim) ke dalam susu jagung
Gambar 5.7 Blok Diagram Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101) Slury Jagung F1
F3 Susu Jagung
F2 Ampas
BP - 101
Susu jagung F1 F
3 Susu Jagung (Produk)
F3 Susu Skim
F2 Gula
(9)
Tabel 5.7 Neraca Massa pada Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Susu jagung 18090
F3 Susu Jagung 24421,5
F2 Gula 2713.5
F3 Susu skim 3618
Total 24421,5 Total 24421,5
5.3.8 Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101)
Fungsi : Untuk mensterilkan susu dari bakteri dan mengawetkan susu
Gambar 5.8 Blok Diagram Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101) Tabel 5.8 Neraca Massa pada Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101)
Masuk Laju alir
kg/jam Keluar Laju alirkg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Susu jagung 24421.5 F2 Air 5,5
F3 Susu Jagung 24416
Total 24421,5 Total 24421,5
5.3.9 Tangki Evaporator (TE-101)
Fungsi : Untuk menguapkan kadar air di dalam susu cair sehingga menjadi Mother liquor
Susu jagung F1
F3 Susu Jagung
F2 Air
(10)
Gambar 5.9 Blok Diagram Tangki Evaporator (TE-101) Tabel 5.9 Neraca Massa pada Tangki Evaporator (TE-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Susu jagung 24416 F2 Air 13916
F3 Susu Jagung 10500
Total 24416 Total 24416
3.5.10 Spray dryer (SP-101)
Fungsi : Untuk merubah susu cair menjadi susu bubuk
Gambar 5.10 Blok Diagram Spray dryer (SP-101) Tabel 5.10 Neraca Massa pada Spray dryer (SP-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Susu jagung 10500 F2 Air 500
F3 Susu Jagung 10000
Total 10500 Total 10500
Susu jagung F1 F3 Mother liquor
F2 Air
Susu jagung F1 F3 Susu Bubuk
F2 Air
(11)
(1)
Gambar 5.3 Blok Diagram pada Bak Pencucian (BP – 101) Tabel 5.3 Neraca Massa pada Bak Pencucian (BP-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Biji Jagung 2100 F3 Biji Jagung 2100
Pengotor 10
F4 Air Pencuci 1000
F2 Air Pencuci 1000 Pengotor 10
Total 3110 Total 3110
5.3.4 Tangki Penghancuran/ Blending (B-101) Fungsi : Untuk Menghancurkan biji jagung
Gambar 5.4 Blok Diagram pada Tangki Penghancuran/ Blending (BP – 101) Tabel 5.4 Neraca Massa pada Tangki Penghancuran/ Blending (B-101)
BP - 101 Biji Jagung F1
F3 Biji Jagung F2 Air Pencuci
F4 Air Pencuci + Pengotor
BP - 101 Biji Jagung F1
F3 Slury jagung F2 Air
(2)
F1 Biji jagung 2100
F3 Slury Jagung 18900
F2 Air 16800
Total 18900 Total 18900
5.3.5 Tangki Perebusan (Co-101)
Fungsi : Untuk merebus /memasak Slurry Jagung
Gambar 5.5 Blok Diagram Tangki Perebusan (Co-101) Tabel 5.5 Neraca Massa pada Tangki Perebusan (Co-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Slury Jagung 18900 F2 Air 10
F3 Slury Jagung 18890
Total 18900 Total 18900
5.3.6 Vibrating Screen Filter (VSF-101)
Fungsi : Untuk memisahkan antara susu dan ampas jagung BP - 101
Slury Jagung F1
F3 Slury Jagung
F2 Air
(3)
Gambar 5.6 Blok Diagram Vibrating Screen Filter (VSF-101) Tabel 5.6 Neraca Massa pada Vibrating Screen Filter (VSF-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Slury Jagung 18890 F2 Ampas 800
F3 Susu Jagung 18090
Total 18890 Total 18890
5.3.7 Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101)
Fungsi : Untuk Mencampurkan bahan aditif (gula dan susu skim) ke dalam susu jagung
Gambar 5.7 Blok Diagram Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101) Slury Jagung F1
F3 Susu Jagung
F2 Ampas
BP - 101
Susu jagung F1 F
3 Susu Jagung (Produk)
F3 Susu Skim
F2 Gula
(4)
Aliran Komponen Aliran Komponen F1 Susu jagung 18090
F3 Susu Jagung 24421,5
F2 Gula 2713.5
F3 Susu skim 3618
Total 24421,5 Total 24421,5
5.3.8 Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101)
Fungsi : Untuk mensterilkan susu dari bakteri dan mengawetkan susu
Gambar 5.8 Blok Diagram Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101) Tabel 5.8 Neraca Massa pada Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101)
Masuk Laju alir
kg/jam Keluar Laju alirkg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Susu jagung 24421.5 F2 Air 5,5
F3 Susu Jagung 24416
Total 24421,5 Total 24421,5
5.3.9 Tangki Evaporator (TE-101)
Fungsi : Untuk menguapkan kadar air di dalam susu cair sehingga menjadi
Mother liquor
Susu jagung F1
F3 Susu Jagung
F2 Air
(5)
Gambar 5.9 Blok Diagram Tangki Evaporator (TE-101) Tabel 5.9 Neraca Massa pada Tangki Evaporator (TE-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Susu jagung 24416 F2 Air 13916
F3 Susu Jagung 10500
Total 24416 Total 24416
3.5.10 Spray dryer (SP-101)
Fungsi : Untuk merubah susu cair menjadi susu bubuk
Gambar 5.10 Blok Diagram Spray dryer (SP-101) Tabel 5.10 Neraca Massa pada Spray dryer (SP-101)
Masuk Laju alir
kg/jam
Keluar Laju alir
kg/jam
Aliran Komponen Aliran Komponen
F1 Susu jagung 10500 F2 Air 500
F3 Susu Jagung 10000
Total 10500 Total 10500
Susu jagung F1 F3 Mother liquor
F2 Air
Susu jagung F1 F3 Susu Bubuk
F2 Air
(6)