113 Sedangkan nilai k, dapat didefinisikan sebagai konstanta Arrhenius , yaitu :
T ER
Ae −
=
k
Jika diubah dalam bentuk ln, menjadi T
R E
A k
ln ln
− =
Data diatas dapat digunakan untuk menghitung harga A dan E, dapat dilakukan dengan cara eliminasi, untuk setiap nilai k pada suhu 90
o
C dan 110
o
C
1,35703832 :
adalah didapat
yang A
nilai 2558,89354
ER -
55 0,0001438
x ER
- 2
0,36810932 1T
1T ER
k ln
k ln
1T ER
A ln
k ln
1T ER
A ln
k ln
110 90
110 90
110 110
90 90
= =
− −
= −
− =
− =
−
4.2.2 Validasi Model Kinetika Reaksi
Model kinetika reaksi yaitu konstanta laju reaksi k yang dihasilkan digunakan untuk menghitung kapasitas reaktor untuk penggandaan skala scale up tanpa harus
melalui penelitian pada pada tingkat scale up tersebut. Dari persamaan 4 diatas yaitu ln C
B
C
A
=C
B0
– C
A0
k t + ln M, atau
k t C
- C
e .
M C
C
B A
B A
= ...............................5
Validasi dapat dilakukan dengan membandingkan antara nilai lignin bereaksi C
A
pada berbagai suhu menggunakan rumus 5, dengan nilai lignin bereaksi C
A
pada berbagai suhu yang dihasilkan pada skala laboratorium.
Dengan memasukkan harga C
A0
= 7,45045x10
-6
molml, C
B0
= 19,2308x10
-5
molml, pada suhu t optimum 90
o
C dimana C
B90
= 18,6928x10
-5
molml, harga M = 25,8115385, serta harga k
90
, pada waktu t. Hasil validasi C
A
sebagai berikut:
T 2558,89354
e 1,35703832
k :
adalah k
reaksi kecepatan
konstanta Sehingga
−
=
114 C
A,
molliter data lab.
Waktu, jam C
B
M e
C A0
-C B0
k t
Validasi C
A
molliter 2,97795x10
-6
t = 3 jam 7,27718x10
-6
0,420210291 3,05795x10
-6
2,07123x10
-6
t = 4 jam 7,24205x10
-6
0,300934128 2,17938x10
-6
Dengan demikian model kinetika reaksi, yaitu konstanta laju reaksi k dapat diterima. Selanjutnya model kinetika laju reaksi k dapat digunakan untuk menghitung massa
lignin bereaksi C
A
pada berbagai kapasitas produksi NLS penggandaan kapasitas selama waktu tertentu. Simulasi pada berbagai kapasitas produksi NLS digunakan untuk
menentukan kapasitas NLS optimum
4.2.3 Penyusunan Neraca Massa di Setiap Alat.
Kebutuhan bahan baku lindi hitam TKKS dan bahan pembantu serta produk NLS, dihitung berdasarkan hasil penelitian skala laboratorium yaitu kapasitas lindi
hitam 500 ml, menghasilkan lignin isolat 10,28 gram, dan menghasilkan natrium lignosulfonat NLS sebanyak 15,51 gram, dengan konversi lignin bereaksi yaitu 72,2
dan dengan nilai konstanta laju reaksi k dapat dilakukan simulasi neraca massa pada berbagai kapasitas.
Diagram blok proses pembuatan NLS dari lindi hitan TKKS sebagai berikut:
Lindi hitam TKKS
Dekan ter
D-1 Tangki pelatutan
TP-2 NaOH 1
Tangki pengasaman 2
TP-3 H
2
SO
4
20
Dekanter 4 D-4
Tangki berpengaduk
TP-4 Tangki
pengasaman 1 TP-1
H
2
SO
4
20
Evaporator E-1
Reaktor tangki
berpengaduk Oven O-1
Sentrifus S-1
Dekanter 2 D-2
Dekanter 3 D-3
Evaporator 2 E-2
Oven 2 O-2
Lignin isolat bubuk
Natrium bisulfit
NaOH Larutan asam
Larutan asam
air air
Metanol murni
Na-bisulfit sisa Larutan NLS
metanol
115
A. Preparasi Lignin
1. Tangki pengasaman ke 1 satu TP-1 Fungsi: pelarutan dan kondensasi lignin dari lindi hitam TKKS dengan asam sulfat
20 Tabel 4.13 Neraca massa di tangki pengasaman I TP-1
Komponen Masuk, kghari
Keluar, kghari Lindi hitam
3.720,00 Larutan H
2
SO
4
20 486,08
Larutan lindi asam 4.206,08
Total 4.206,08 4.206,08
2. Dekanter D-1 Fungsi : memisahkan endapan lignin yang telah terkondensasi
Tabel 4.14 Neraca massa dekanter D-1 Keluar,
kghari Komponen Masuk,
kghari Endapan
Lignin Larutan asam
ekstraktif Larutan lindi asam
4.206,08 Lignin
69,40 Larutan asam dan ekstraktif
1.241,00 2.895,67
Jumlah 1.310,40 2.895,68
Total 4.206,08 4.206,08
3. Tangki pelarutan TP-2 Fungsi: melarutkan endapan lignin dengan basa NaOH 1 , untuk mendapatkan
lignin dengan kemurnian yang lebih tinggi Tabel 4.15 Neraca massa di tangki pelarutan TP-2
Komponen Masuk, kghari
Keluar, kghari Lignin
69,40 69,40
Asam dan ekstraktif 1.241,00
1.241,00 Larutan NaOH, 1
1.310,40 1.310,40
Total 2.620,80 2.620,80
Gambar 4.26 Diagram blok proses produksi NLS dari lindi hitam TKKS.
NLS
116
4. Tangki pengasaman ke 2 dua TP-3 Fungsi: melarutan dan kondensasi lignin dari larutan lignin TP-2 dengan asam
sulfat 20 untuk memperoleh lignin dengan kemurnian yang tinggi Tabel 4.16 Neraca massa di tangki pengasaman ke 2 dua TP-3
Komponen Masuk, kghari
Keluar, kghari Lignin
69,40 69,40
Asam dan ekstraktif 1241,00
1241,00 Larutan NaOH, 1
1310,40 1310,40
Larutan asam sulfat 20 198,56
198,56 Total 2.819,36
2.819,36 5. Dekanter D-2
Fungsi : memisahkan endapan lignin yang telah terkondensasi Tabel 4.17 Neraca massa di dekanter D-2
Keluar, kghari
Komponen Masuk, kghari
Endapan lignin
Larutan asam Lignin
69,40 60,73
8,67 Asam dan ekstraktif
1.241,00 372,30
868,70 Larutan NaOH, 1
1.310,40 393,12
917,28 Larutan asam sulfat 20
198,56 59,56
139,00 Jumlah 885,71
1.933,65 Total 2.819,36
2.819,36 6. Sentrifus S-1
Fungsi: memisahkan lignin dari endapan lignin yang diperoleh dari dekanter D-2, untuk mendapatkan lignin pekat
Tabel 4.18 Neraca massa di sentrifuse S-1 Komponen
Masuk, kghari Keluar, kghari
Lignin pekat
Larutan asam
Lignin endapan 60,73
60,73 0,00
Asam dan ekstraktif 372,30
37,23 335,07
Larutan NaOH, 1 393,12
39,31 353,80
Larutan asam sulfat 20 59,56
5,95 53,61
Jumlah 143,22 742,49
Total 885,71 885,71
117
7. Oven O-1 Fungsi : mengeringkan lignin pekat dengan suhu maksimum 50
O
C , untuk mendapatkan lignin isolat dengan kandungan air 3
Tabel 4.19 Neraca massa di oven O-1 Keluar, kghari
Komponen Masuk, kghari
Lignin isolat
kering uap
Lignin isolat 60,73
60,73 Asam dan ekstraktif
37,23 3,04
34,19 Larutan NaOH, 1
39,31 0,00
39,31 Larutan asam sulfat 20
5,95 0,00
5,95 Jumlah 63,76
79,46 Total 143,22
143,22 B.
Proses Sulfonasi Lignin Isolat TKKS Menjadi Natrium Lignosulfont NLS
8. Reaktor Sulfonator R-1 Fungsi: mereaksikan lignin isolat pH 3 dengan agen pensulfonasi natrium bisulfit
NaHSO
3
, dengan nisbah pereaksi NaHSO
3
terhadap lignin yaitu 60
bb, konversi ligin menjadi natrium lignosulfonat NLS adalah 72,2 mol, nilai k : 1,35703832 e
-2558,89354T
dan NaOH sebagai pengatur keasaman hingga pH 5
Tabel 4.20 Neraca massa di reaktor sulfonator R-1 Komponen
Masuk, kghari Keluar, kghari
Lignin 63,76 NaHSO
3
38,26 NaOH , 2
5,10 Aquades 1.912,85
NLS 82,89
Larutan 1.902,04
Sisa lignin 17,73
Sisa NaHSO
3
10,64 H
2
O hasil reaksi 6,67
Total 2.019,97 2.019,97
118
9. Dekanter D-3 Fungsi : memisahkan larutan NLS hasil sulfonasi, dengan sisa lignin yang tidak
bereaksi Tabel 4.21 Neraca massa di dekanter D-3
Komponen Masuk, kghari
Keluar, kghari Endapan NLS
Larutan sisa NLS 82,89
82,89 Aquadesair 1.908,71
1.526,97 381,74
Sisa lignin 17,73
17,73 NaHSO
3
10,64 10,64
Jumlah 1.620,50 399,47
Total 2.019,97 2.019,97
10. Evaporator E-1 Fungsi : menguapkan sebagian air hingga 50 dalam larutan NLS
Tabel 4.22 Neraca massa di evaporator E-1 Komponen
Masuk, kghari Keluar, kghari
NLS pekat Uap air
NLS 82,89 82,89
Aquadesair 1.526,97 763,49
763,49 NaHSO
3
10,64 10,64
Jumlah 857,01 763,49
Total 1.620,50 1.620,50
11. Tangki berpengaduk TP-4 Fungsi: memurnikan hasil NLS dari sisa natrium bisulfit, dengan menambahkan
metanol untuk mengikat sisa natrium bisulfit NaHSO
3
Tabel 4.23 Neraca massa di tangki berpengaduk TP-4 Komponen
Masuk, kghari Keluar, kghari
NLS 82,89 82,89
Aquadesair 763,49 763,49
Metanol 21,27
21,27 NaHSO
3
10,64 10,64
Total 878,28 878,28
119
12. Dekanter D-4 Fungsi: memisahkan endapan natrium bisulfit dari larutan NLS
Tabel 4.24 Neraca massa di dekanter D-4 Komponen
Masuk, kghari Keluar, kghari Larutan NaLS
Endapan NaHSO
3
NLS 82,89 74,60
8,29 Aquadesair 763,49
687,14 76,35
Metanol 21,27 8,51
12,76 NaHSO
3
10,64 10,64
Jumlah 770,25 108,04
Total 878,28 878,28
13. Evaporator E-2 Fungsi: menguapkan sebagian air dan metanol untuk mendapatkan larutan NLS
murni dan pekat Tabel 4.25 Neraca massa di evaporator E-2
Komponen Masuk, kghari Keluar, kghari
NaLS pekat Uap air, metanol
NLS 74,60 74,60
Aquadesair 687,14 68,72
618,42 Metanol
8,51 8,51
Jumlah 143,32 626,93
Total 770,25 770,25
14. Oven O-2 Fungsi: mengeringkan NLS pekat dengan suhu maksimum 50
O
C , untuk mendapatkan NLS murni dengan kandungan air 4,45
Tabel 4.26 Neraca massa di oven O-2 Komponen
Masuk, kghari Keluar, kghari
NLS kering
uap NLS 74,60
74,60 Aquadesair 68,71
3,48 65,23
Jumlah 78,08 65,23
Total 143,31 143,31
Perhitungan neraca dengan bahan baku 3.710 kghari menghasilkan lignin isolat sebesar 63,76 kghari. Hasil sulfonasi lignin dengan natrium bisulfit menghasilkan
natrium lignosulfonat NLS sebesar 78,08 kghari.
120
4.2.4 Neraca Energi
