Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat Dari Tandan Kosong Kelapa Sawit Dengan Proses Pulping Dan Asetilasi Dengan Kapasitas Produksi 3.500 Ton/Tahun
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas Produk
: 3500 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kg/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Kapasitas produksi per jam
: 3500
: 441,919 kg/jam
Kemurnian produk
: 99,1 % (PPKS, 2010)
Dari perhitungan dengan basis 100 kg/jam bahan baku dengan trial dan error,
diperoleh laju produksi sebesar 107,140 kg/jam. Sehingga perlu dicari faktor scale up
untuk mendapatkan laju produksi sebesar 441,919 kg/jam.
,
Faktor scale up =
,
= 4,12469
Kemudian, untuk mencari kapasitas bahan baku agar memenuhi laju produksi
sebesar 441,919 kg/jam dapat dihitung dengan cara :
Kapasitas bahan baku = basis x faktor scale up
= 100 kg/jam x 4,12469
= 412,469 kg/jam
Sehingga, diperoleh laju alir bahan baku tandan kosong kelapa sawit sebesar 412,469
kg/jam.
Rumus molekul dan berat molekul komponen yang terlibat serta komposisi
kandungan utama tandan kosong kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel A.1 dan A.2.
Tabel LA.1 Kandungan Kimia Dalam Tandan Kosong Kelapa Sawit
No.
Komponen
Kandungan (%)
1.
Selulosa
72,79
2.
Lignin
16,49
3.
Air
10,72
Sumber : Darnoko, 1990
Tabel LA.2 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen
Nama
Rumus Molekul
Berat Molekul (kg/kmol)
Selulosa
C6H7O2(OH)3
162
Selulosa triasetat
C6H7O2((OCOCH3)3)
288
Selulosa asetat
C6H7O2OH((OCOCH3)2)
246
Asetat anhidrat
(CH3CO)2O
102
Asam asetat
CH3COOH
60
Air
H2O
18
Magnesium asetat
Mg(CH3COO)2
142
Magnesium sulfat
MgSO4
120
Asam sulfat
H2SO4
98
Sumber : Wikipedia, 2011
Pada perhitungan neraca massa total berlaku hukum konservasi (Reklaitis, 1983).
Untuk sistem tanpa reaksi
Neraca massa total
:
Fi
Neraca massa komponen
:
F i w ij
i input stream
i input stream
Untuk sistem dengan reaksi : N Out N in r s1 s
s
i output stream
Fi
i output stream
F i w ij
LA.1 TANGKI EKSTRAKSI (EX-101)
Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari tandan kosong kelapa sawit dan
tahap awal untuk proses bleaching
Neraca Massa Total :
F1 + F2 + F3 = F4
Neraca Massa Komponen :
Alur 2
F2total
= 412,469 kg/jam
F2selulosa
=
F2lignin
=
F2H2O
=
.
,
,
x 412,469 kg/ jam = 300,236 kg/jam
x 412,469 kg/ jam = 68,016 kg/jam
x 412,469 kg/ jam = 44,217 kg/jam
Alur 3
Untuk tahap ekstraksi, laarutan KOH 15% yang diperlukan adalah 10% dari jumlah
bahan baku tandan kosong kelapa sawit.
F3
=
412,469
= 41,247 kg/jam
F3KOH
41,247
=
= 6,187 kg/jam
F3H2O
= (41,247 – 6,187) kg/jam
= 35,060 kg/jam
Konsistensi pulp yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10% (PPKS, 2010).
Konsistensi air
=
,
%
%
F4H2O = 3314,269 kg/jam
− 368,252
Alur 1
Maka, air yang dibutuhkan :
F1H2O
= (3314,269 – 44,217 – 35,060) kg/jam
= 3234,992 kg/jam
Alur 4
F4selulosa
= 300,236 kg/jam
F4lignin
= 68,016 kg/jam
4
F
4
F
4
F
H2O
= 3314,269 kg/jam
KOH
= 6,187 kg/jam
total
= 3688,708 kg/jam
Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Ekstraksi (kg/jam)
komponen
Masuk (kg/jam)
Alur 1
Alur 2
Keluar (kg/jam)
Alur 3
Alur 4
Selulosa
-
300,236
-
300,236
lignin
-
68,016
-
68,016
3234,992
44,217
35,060
3314,269
-
-
6,187
6,187
3234,992
412,469
41,247
H2O
KOH
Sub total
Total
3688,708
3688,708
3688,708
LA.2 ROTARY WASHER I (RW-101)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tereduksi pada tangki ekstraksi dan
komponen pengekstrak yang terlarut dalam air dari pulp
Neraca Massa Total :
F4 + F5 = F6 + F4
Neraca Massa Komponen :
Alur 5
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam washer adalah 2,5 : 1
(Perry, 1997)
F5H2O
= 2,5 x F4total = 2,5 x 3688,708kg/jam = 9221,770 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang
masuk ke dalam washer (PPKS, 2010).
F7H2O
= 0,02 x (3314,269+ 9221,770) kg/jam = 250,721 kg/jam
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
F7selulosa
= 0,98 x 300,236 kg/jam = 294,231 kg/jam
Sebanyak 61,53% lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan terpisah
dari pulp pada saat dicuci pada unit washer (PPKS, 2010).
F6lignin
=
,
x F4lignin
,
=
x 68,016 kg/jam
= 41,850 kg/jam
Alur 6
F6selulosa
= (300,236 – 294,231) kg/jam = 6,005 kg/jam
F6lignin
= 41,850 kg/jam
F6H2O
= (3274,688 + 9111,637 – 247,727) kg/jam = 12138,599 kg/jam
6
F
6
F
KOH
= 6,187 kg/jam
total
= 12339,360 kg/jam
Alur 7
F7selulosa
= 294,231 kg/jam
F7lignin
= (68,016 – 41,850) kg/jam = 26,166 kg/jam
F7H20
= 250,721 kg/jam
7
F
total
= 571,118 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa pada Rotary Washer (kg/jam)
komponen
Selulosa
lignin
H2O
KOH
Sub total
Total
Masuk (kg/jam)
Alur 4
Keluar (kg/jam)
Alur 5
Alur 6
Alur 7
300,236
-
6,005
294,231
68,016
-
41,850
26,166
3314,269
9221,770
12138,599
250,721
6,187
-
6,187
-
3688,708
9221,770
12339,360
12910,478
571,118
12910,478
LA.3 TANGKI BLEACHING (BL-101)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna putih pada
pulp yang dihasilkan
Neraca Massa Total
F7 + F8 + F9 = F10
Neraca Massa Komponen
Alur 9
Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 1% yang diperlukan adalah 5% dari jumlah
pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.
F9total
=
571,118
= 28,556 kg/jam
F9NaOCl
=
28,556
= 0,286 kg/jam
F9H2O
= (28,556 – 0,286) kg/jam
= 28,270 kg/jam
Konsistensi pulp yang diperlukan pada tahap bleaching adalah 10% (PPKS, 2010)
,
Konsistensi air =
F10H2O
%
%
− 320,397
= 2883,574 kg/jam
Alur 8
Maka, air yang dibutuhkan :
F8H2O
= (2883,574 – 250,721 – 28,270) kg/jam
= 2604,582 kg/jam
Alur 10
F10selulosa = 294,231kg/jam
F10lignin
= 26,166 kg/jam
F10H2O
= 2883,574 kg/jam
F10NaOCl
= 0,282 kg/jam
F10total
= 3204,256 kg/jam
Tabel LA.5 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (kg/jam)
Komponen
Selulosa
Masuk (kg/jam)
Alur 7
Alur 8
Keluar (kg/jam)
Alur 9
Alur 10
294,231
-
-
294,231
lignin
26,166
-
-
26,166
H2O
250,721
2604,582
28,270
2883,574
-
-
0,286
0,286
571,118
2604,582
28,556
NaOCl
Sub total
Total
3165,989
3204,256
3204,256
LA.4 ROTARY WASHER II (RW-102)
Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada tangki
bleaching.
Neraca Massa Total
F10 + F11 = F12 + F13
Neraca Massa Komponen
Alur 11
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam waher adalah 2,5 : 1
(Perry, 1997)
F11H2O = 2,5 x F10total
= 2,5 x 3204,256 kg/jam
= 8010,640 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang
masuk ke dalam washer (PPKS, 2010).
F13H2O
= 0,02 x (2883,574 + 8010,640) kg/jam = 217,884 kg/jam
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
F13selulosa = 0,98 x 294,231 kg/jam = 288,347 kg/jam
Sebanyak 87,368% lignin mampu tereduksi pada tangki bleaching yang akan
terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer (PPKS, 2010).
F121ignin
,
=
,
=
x F10lignin
x 26,166 kg/jam
= 22,861 kg/jam
Alur 12
F12selulosa = (294,231 – 288,347) kg/jam = 5,885 kg/jam
F12lignin
= 22,861 kg/jam
F12H2O
= (2883,574 + 8010,640 – 217,884) kg/jam = 10676,330 kg/jam
F12NaOCl
= 0,286 kg/jam
F12total
= 10705,360 kg/jam
Alur 13
F13selulosa = 288,347 kg/jam
F13lignin
= (26,166 – 22,861) kg/jam = 3,305 kg/jam
F13H2O
= 217,884 kg/jam
F13total
= 509,536 kg/jam
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Rotary Washer (kg/jam)
komponen
Selulosa
Masuk (kg/jam)
Alur 10
Keluar (kg/jam)
Alur 11
Alur 12
Alur 13
294,231
-
5,885
288,347
lignin
26,166
-
22,861
3,305
H2O
288,574
8010,640 10676,330
217,884
NaOCl
Sub total
Total
0,286
3204,256
8010,640
11214,897
0,286
10705,360 509,536
11214,897
-
LA.5 ROTARY DRYER I (RD-201)
Fungsi : Untuk mengeringkan pulp
Neraca Massa Total :
F13 = F14 + F15
Neraca Massa Komponen :
Alur 14
Rotary dryer dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk
(Perry, 1997)
F14H2O
217,884 = 196,096 kg/jam
=
Alur 15
F15selulosa = 288,347 kg/jam
F15lignin
= 3,305 kg/jam
F15H2O
= (217,884 – 196,096) kg/jam = 21,788 kg/jam
F15total
= 509,536 kg/jam
Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer (kg/jam)
komponen
Selulosa
Lignin
H2O
Masuk (kg/jam)
Alur 13
Keluar (kg/jam)
Alur 14
Alur 15
288,347
-
288,347
3,305
-
3,305
217,884
196,096
21,788
Sub total
509,536
Total
509,536
196,096
313,440
509,536
LA.6 TANGKI PENCAMPUR (M-201)
Fungsi : Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses
pretreatment pada reaksi asetilasi.
Neraca Massa Total :
F16 + F17 = F18
Neraca Massa Komponen :
Alur 17
Asam asetat 98% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah sebanyak 35% dari
laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)
288,347 kg/jam = 100,921 kg/jam
F17 total
=
F17CH3COOH
=
F17H2O
= (100,921 – 98,903) kg/jam = 2,018 kg/jam
100,921 kg/jam = 98,903 kg/jam
Alur 18
F18selulosa
= 288,347 kg/jam
F18lignin
= 3,305 kg/jam
18
F
18
F
H2O
= (21,788 + 2,018) kg/jam = 23,807 kg/jam
CH3COOH
= 98,903 kg/jam
F18total
= 414,362 kg/jam
Tabel LA.8 Neraca Massa pada Tangki Pencampur (kg/jam)
komponen
Selulosa
Masuk (kg/jam)
Alur 16
Keluar (kg/jam)
Alur 17
Alur 18
288,347
-
288,347
lignin
3,305
-
3,305
H2O
21,788
2,018
23,807
-
98,903
98,903
313,440
100,921
CH3COOH
Sub total
Total
414,362
414,362
414,362
LA.7 REAKTOR ASETILASI (R-201)
Fungsi : Untuk tempat terjadinya reaksi asetilasi menjadi selulosa triasetat
dengan derajat asetilasi sebesar 3.
H2 SO4
H2 O
(CH3 CO)2 O
CH3 COOH
21
23
CH3 COOH
H2 O
20
24
18
Selulosa t riaset at
Lignin
H2O
CH3 COOH
H2 SO4
(CH 3CO)2 O
Selulosa
Lignin
H2O
CH3 COOH
R-201
Pada reaktor asetilasi, seluruh selulosa berubah menjadi selulosa triasetat dan reaksi
yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :
selulosa
dimana:
Ac = CH3CO
asetat anhidrat
selulosa triasetat
asam asetat
r=
=
.
.
,
((
)).
; BMselulosa = 162 kg/kmol
.
= 1,780 kmol/jam
Neraca Massa Total :
F18 + F20 + F21 + F23 = F24
Neraca Massa Komponen :
Alur 20
Asam asetat 70% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438% dari laju alir
umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
288,247 kg/jam = 1262,958 kg/jam
F20 total
=
F20CH3COOH
=
F20H2O
= (1262,958 – 884,071) kg/jam = 378,887 kg/jam
1262,958 kg/jam = 884,071 kg/jam
Alur 23
Asetat anhidrat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 247% dari laju
alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
288,247 kg/jam = 712,216 kg/jam
F23 total
=
F23(CH3CO)2O
=
F23CH3COOH
= (712,216 – 697,972) kg/jam = 14,244 kg/jam
712,216 kg/jam = 697,972 kg/jam
Alur 21
Asam sulfat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 3,8% dari laju alir
umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
,
288,247 kg/jam = 10,957 kg/jam
F21 total
=
F21H2SO4
=
F21H2O
= (10,957 – 10,738) kg/jam = 0,219 kg/jam
10,957 kg/jam = 10,738 kg/jam
Alur 24
F24selulosa triasetat
= r . BMselulosa triasetat . σ
= 1,780 kmol/jam . 288 kg/mol . 1
= 512,616 kg/jam
24
F
CH3COOH
= F18 CH3COOH + F20 CH3COOH + F23 CH3COOH + r . BM CH3COOH. σ
= 98,903 + 884,071 + 14,244 + (1,780 . 60 . 3)
= 1317,603 kg/jam
F24(CH3CO)2O
= F23(CH3CO)2O – r . BM(CH3CO)2O. σ
= 697,972 – (1,780 . 102 . 3)
= 153,317 kg/jam
24
F
H2SO4
= F21 H2SO4
= 10,738 kg/jam
F24lignin
= F18lignin
= 3,305 kg/jam
F24H2O
= F18H2O + F20H2O + F21H2O
= (23,807 + 378,887 + 0,219) kg/jam
= 402,913 kg/jam
F24total
= 2400,493 kg/jam
Tabel LA.10 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (kg/jam)
komponen
Selulosa Triasetat
Masuk (kg/jam)
Alur 18
Alur 20
Keluar (kg/jam)
Alur 23
Alur 21
Alur 24
-
-
-
-
512,616
288,347
-
-
-
-
3,305
-
-
-
3,305
H2O
23,807
378,887
-
0,219
402,913
CH3COOH
98,903
884,071
14,244
-
1317,603
(CH3CO)2O
-
-
697,972
-
153,317
H2SO4
-
-
-
10,738
10,738
414,362
1262,958
712,216
Selulosa
Lignin
Sub total
Total
2400,493
10,957
2400,493
2400,493
LA.9 TANGKI HIDROLISIS (TH-201)
Fungsi : Untuk menghidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa asetat dengan
diharapkan derajat asetilasi turun menjadi 2,4 serta menetralkan sisa
reaktan asetat anhidrat.
H2O
26
24
27
Selulosa t riaset at
Lignin
H2O
CH 3COOH
H2SO4
(CH3CO)2 O
Selulosa aset at
Lignin
H2 O
CH3 COOH
H2 SO4
(CH3 CO)2 O
H-201
Pada tangki hidrolisasi, seluruh selulosa triasetat dihidrolisis oleh air menjadi
selulosa asetat dan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :
Selulosa triasetat
air
selulosa asetat
dimana:
Ac = CH3CO
r1 =
=
.
((
,
) ) .
.
.
; BMselulosa triasetat = 288 kg/kmol
= 1,780 kmol/jam
Reaksi yang juga terjadi pada unit hidrolisis adalah :
Asetat anhidrat
air
Konversi reaksi = 98% (Anita, 2010)
asam asetat
asam asetat
. ,
)
.
,
=
(
.
(
r2 =
((
) ) .
)
; BM(CH3CO)2O = 102 kg/kmol
= 1,473 kmol/jam
Neraca Massa Total :
F24 + F26 = F27
Neraca Massa Komponen :
Alur 26
Air yang dibutuhkan untuk tahap hidrolisis sebesar 71% dari laju alir umpan selulosa
(Yamashita et al, 1986)
F26 H2O
=
288,347 kg/jam = 204,726 kg/jam
Alur 27
F27selulosa asetat
= r1 . BMselulosa asetat . σ1
= 1,780 kmol/jam . 246 kg/kmol . 1
= 437,860 kg/jam
27
F
CH3COOH
= F24 CH3COOH + r1 . BM CH3COOH. σ1 + r2 . BM CH3COOH. σ2
= 1371,603 + (1,780 . 60 . 1) + (1,473 . 60 . 2)
= 1601,164 kg/jam
F27(CH3CO)2O
= F24(CH3CO)2O – r2 . BM(CH3CO)2O. σ2
= 153,317 – (1,473 . 102 . 1)
= 3,066 kg/jam
27
F
H2SO4
= F24 H2SO4
= 10,738 kg/jam
F27lignin
= F24lignin
= 3,305 kg/jam
F27H2O
= F24H2O + F26H2O - r1 . BMH2O . σ1 – r2 . BMH2O . σ2
= 402,913 + 204,726 – (1,780 . 18 . 1) – (1,473 . 18 . 1)
= 549,086 kg/jam
F27total
= 2605,219 kg/jam
Tabel LA.11 Neraca Massa pada Tangki Hidrolisasi (kg/jam)
Masuk (kg/jam)
Komponen
Alur 24
Selulosa Triasetat
Keluar (kg/jam)
Alur 26
Alur 27
512,616
-
-
-
-
437,860
3,305
-
3,305
402,913
204,726
549,086
CH3COOH
1317,603
-
1601,164
(CH3CO)2O
153,317
-
3,066
10,738
-
10,738
Selulosa Asetat
Lignin
H2O
H2SO4
Sub total
2400,493
Total
204,726
2605,219
2605,219
2605,219
LA.12 TANGKI NETRALISASI (TN-201)
Fungsi : Untuk menetralisasi katalis asam sulfat dengan menambahkan larutan
magnesium asetat sehingga reaksi dapat berhenti.
Reaksi pada proses netralisasi adalah :
Mg(OAc)2
Magnesium asetat
+
H2SO4
asam sulfat
Konversi reaksi = 99% (Trehy, 2000)
r=
,
=
.
((
.
) ) .
; BMH2SO4 = 98 kg/kmol
. ,
= 0,108 kmol/jam
Neraca Massa Total :
F28 + F30 = F31
MgSO4
+
magnesium sulfat
2HOAc
asam asetat
Neraca Massa Komponen :
Alur 30
Larutan Mg(CH3COO)2 38% yang dibutuhkan dalam unit netralisasi adalah sebanyak
16% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
288.347 kg/jam = 46,135 kg/jam
F30 total
=
F30Mg(CH3COO)2
=
F30H2O
= (46,135 – 17,531) kg/jam = 28,604 kg/jam
46,135 kg/jam = 17,531 kg/jam
Alur 31
F31selulosa asetat
= F28selulosa asetat
= 437,860 kg/jam
31
F
CH3COOH
= F28CH3COOH + r . BM CH3COOH. σ
= 1601,164 + (0,108 . 60 . 2)
= 1614,181 kg/jam
F31(CH3CO)2O
= F28(CH3CO)2O
= 3,066 kg/jam
F31H2SO4
= F28 H2SO4– r . BM H2SO4. σ
= 10,738 – (0,108 . 98 . 1)
= 0,107 kg/jam
F31lignin
= F28lignin
= 3,305 kg/jam
F31H2O
= F28H2O + F30H2O
= 549,086 + 28,604
= 577,690 kg/jam
F31Mg(CH3COO)2
= F30Mg(CH3COO)2 – r . BM Mg(CH3COO)2 . σ
= 17,531 – (0,108 . 142 . 1)
= 2,128 kg/jam
31
F
MgSO4
= r . BM MgSO4. σ
= 0,108 . 120 . 1
= 13,017 kg/jam
F31total
= 2651,355 kg/jam
Tabel LA.13 Neraca Massa pada Tangki Netralisasi (kg/jam)
Masuk (kg/jam)
Komponen
Alur 28
Selulosa Asetat
Keluar (kg/jam)
Alur 30
Alur 31
437,860
-
437,860
3,305
-
3,305
549,086
28,604
577,690
CH3COOH
1601,164
-
1614,181
(CH3CO)2O
3,066
-
3,066
10,738
-
0,107
Lignin
H2O
H2SO4
Mg(CH3COO)2
-
17,531
2,128
MgSO4
-
-
13,017
Sub total
2605,219
Total
46,135
2651,355
2651,355
2651,355
LA.11 CENTRIFUGE (CF-301)
Fungsi : Untuk memisahkan padatan selulosa asetat (selulosa asetat, lignin, air,
asam asetat, magnesium sulfat) dari air dan zat pengotor lainnya.
Efisiensi sentrifuge adalah 98% dimana cairan yang terkonversi ke padatan sebesar
2%.
Neraca Massa Total :
F32 = F38 + F33
Neraca Massa Komponen :
Alur 38
F38CH3COOH
=
1614,181
= 1581,897 kg/jam
38
F
38
F
(CH3CO)2O
= 3,066 kg/jam
H2SO4
= 0,107 kg/jam
F38H2O
=
577,69
= 566,136 kg/jam
F38Mg(CH3COO)2
= 2,128 kg/jam
F38MgSO4
=
13,017
= 12,757 kg/jam
F38total
= 2166,092 kg/jam
Alur 33
F33selulosa asetat
= 437,860 kg/jam
F33lignin
= 3,305 kg/jam
F33 CH3COOH
= (1614,181 – 1581,897) kg/jam = 32,284 kg/jam
F33H2O
= (577,690 – 566,136) kg/jam = 11,554 kg/jam
33
F
MgSO4
F33total
= (13,017– 12,757) kg/jam = 0,260 kg/jam
= 482,263 kg/jam
Tabel LA.14 Neraca Massa pada Centrifuge (kg/jam)
komponen
Masuk (kg/jam)
Alur 32
Selulosa Asetat
Keluar (kg/jam)
Alur 38
Alur 33
437,860
-
437,860
3,305
-
3,305
577,690
566,136
11,554
CH3COOH
1614,181
1581,897
32,284
(CH3CO)2O
3,066
3,066
-
H2SO4
0,107
0,107
-
Mg(CH3COO)2
2,128
2,128
-
13,017
12,757
0,260
2166,092
485,263
Lignin
H2O
MgSO4
Sub total
2651,355
Total
2651,355
2651,355
LA.12 ROTARY DRYER II (RD-301)
Fungsi : Untuk mengurangi kadar air beserta asam asetat sampai memenuhi
komposisi produk akhir.
Dryer dapat mengurangi kadar air sebesar 90% dari laju alir air masuk (Perry,1997)
dan diharapkan komposisi asam asetat sebesar 0,01% dari berat selulosa asetat
(PPKS, 2010).
Neraca Massa Total :
F33 = F34 + F35
Neraca Massa Komponen :
Alur 35
F35selulosa asetat
= 437,860 kg/jam
F35lignin
= 3,305 kg/jam
35
F
= 0,0001 x 32,284 kg/jam
CH3COOH
= 0,044 kg/jam
F35H2O
=
(
)
4,481 kg/jam
= 1,155 kg/jam
35
F
= 0,260 kg/jam
MgSO4
F35total
= 442,624 kg/jam
Alur 34
F34CH3COOH
= (32,284 – 0,044) kg/jam
= 32,240 kg/jam
F34H2O
= (11,554 – 1,155) kg/jam
= 10,398 kg/jam
F34total
= 42,638 kg/jam
Tabel LA.15 Neraca Massa pada Rotary Dryer (kg/jam)
komponen
Selulosa Asetat
Masuk (kg/jam)
Alur 33
Keluar (kg/jam)
Alur 34
Alur 35
437,860
-
437,860
3,305
-
3,305
H2O
11,554
10,398
1,155
CH3COOH
32,284
32,240
0,044
0,260
-
0,260
Lignin
MgSO4
Sub total
485,263
Total
485,263
42,638
442,624
485,263
A.13 DECANTER (D-301)
Fungsi : Untuk memisahkan larutan asam asetat dengan zat terlarut lainnya
Diharapkan komposisi pada alur 40 adalah asam asetat dan air sebagai fase ringan
yang kemudian akan digunakan kembali dan sisanya ditampung ke tangki
penampungan.
Neraca Massa Total :
F38 = F39 + F40
Neraca Massa Komponen:
Alur 39
Kelarutan magnesium sulfat didalam air memiliki nilai 40,8gr/100 gr air.
F39(CH3CO)2O
= 3,066 kg/jam
F39MgSO4
= 12,757 kg/jam
F39H2O
=
12,757 kg/jam
= 31,267 kg/jam
F39H2SO4
= 0,107 kg/jam
F39Mg(CH3COO)2
= 2,128 kg/jam
F39total
= 49,325 kg/jam
Alur 40
F40CH3COOH
= 1581,897 kg/jam
F40H2O
= (566,136 – 31,267)
= 534,870 kg/jam
F40total
= 2116,767 kg/jam
Tabel LA.16 Neraca Massa pada Decanter (kg/jam)
komponen
Masuk (kg/jam)
H2O
Alur 38
566,136
Keluar (kg/jam)
Alur 39
31,267
Alur 40
534,870
CH3COOH
1581,897
(CH3CO)2O
3,066
3,066
-
H2SO4
0,107
0,107
-
Mg(CH3COO)2
2,128
2,128
-
12,757
12,757
-
MgSO4
Sub total
2166,092
Total
2166,092
- 1581,897
49,325
2116,767
2166,092
A.14 TANGKI PENCAMPUR (M-301)
Fungsi : Untuk menghasilkan larutan asam asetat dengan konsenstrasi 70%
yang akan digunakan kembali pada unit reaktor (recovery asam asetat).
Neraca Massa Total :
F40 + F41 = F19 + F42
Neraca Massa Komponen:
Alur 40
F40CH3COOH
= 1581,897 kg/jam
F40H2O
= 534,870 kg/jam
F40total
= 2116,767 kg/jam
Alur 19
F19CH3COOH
= 884,071 kg/jam
F19H2O
= 378,887 kg/jam
F19total
= 1262,958 kg/jam
Alur 19 merupakan laju alir larutan asam asetat dengan konsenstrasi 70% sehingga
dibutuhkan tambahan air pada alur 36 untuk recovery asam asetat hingga konsentrasi
campuran menjadi 70%.
Alur 41
Air yang diperlukan agar komposisi produk tangki pencampur menjadi 70% adalah :
= 30% x F40total
= 0,3 x 2116,767 kg/jam
= 635,030 kg/jam
F41H2O
= (635,030 – 534,870) kg/jam
= 100,160 kg/jam
Alur 42
F42H2O
= (635,030 – 378,887) kg/jam
= 256,143 kg/jam
42
F
= (1581,897 – 884,071) kg/jam
CH3COOH
= 697,827 kg/jam
F42total
= 953,969 kg/jam
Tabel LA.17 Neraca Massa pada Tangki Pencampur (kg/jam)
komponen
H2O
Masuk (kg/jam)
Alur 40
Keluar (kg/jam)
Alur 41
Alur 19
Alur 42
534,870
100,160
378,887
256,143
CH3COOH
1581,897
-
884,071
697,827
Sub total
2116,767
100,160
1262,968
953,969
Total
2216,928
2216,928
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Kapasitas Produk
: 3500 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kg/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Suhu referensi
: 25 oC (298 oK)
Perhitungan neraca panas menggunakan data dan rumus sebagai berikut:
1. Rumus untuk perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan
keluar
T
Q=H=
n Cp dT
……………………
(Smith, 1975)
Tref
Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang digunakan
adalah :
T2
Tb
T2
T1
T1
Tb
Cp dT Cpl dT Hvl Cpg dT ..............
(Reklaitis, 1983)
2. Data untuk perhitungan kapasitas panas
Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas liquid (Cpl) untuk gugus –
gugus pada senyawa liquid.
Tabel LB.1 Nilai Kapasitas Panas Liquid (Cpl) Metode Chuch dan Swanson
Gugus
-CH (ring)
-OH
-C=O
H
-CH2-
Cpl (kal/g0C)
4,4
10,7
12,66
7,2
(Perry, 1997)
Perhitungan Cpl (kal/g.0C) dengan menggunakan metode Chuch dan Swanson dengan
rumus :
n
C pL Ni cpi
i 1
Tabel LB.2 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk gugus –
gugus pada senyawa solid.
Tabel LB.2 Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison
Unsur Atom
Ei
C
10.89
H
7.56
O
13,42
N
18,74
S
12,36
K
28,87
Cl
24,69
Na
26,19
P
26,63
Mg
22,69
Fe
29,08
Ca
28,25
Cr
26,63
Co
25,71
Ni
25,46
Cu
26,92
(Perry, 1997)
Perhitungan C padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison:
ps
n
CpS =
.
i 1
i
Ei
Dimana : Cp = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K)
S
n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa
N = Jumlah unsur atom i dalam senyawa
i
Ei = Nilai dari kontribusi unsur atom i pada Tabel LB.2
3. Data perhitungan panas pembentukan dan panas penguapan
Tabel LB.3 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugus-gugus pada
senyawa padatan [kJ/mol].
Tabel LB.3 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan (Hfo)
Perhitungan Hfo (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy
adalah :
∆
(298,15 K) = 68,29 + ∑
Rumus panas penguapan :
∆
Q = n. Hvl
(Perry, 1997)
(Smith dan Van Ness, 1975)
4. Data untuk steam, air pemanas dan air pendingin
Steam yang digunakan adalah superheated steam 1300C pada tekanan 100 kPa.
Hvl (130 0C) = 2.734,7 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Air pemanas yang digunakan adalah air pada suhu 90 0C dan keluar pada suhu 34 0C.
Air (saturated) : H(34oC) = 139,11 kJ/kg
(Smith, 1987)
o
H(90 C) = 376,92 kJ/kg
(Smith, 1987)
0
Air pendingin yang digunakan adalah air pada suhu 25 C dan keluar pada suhu 450C.
Air (saturated): H(25oC) = 104,8 kJ/kg
H(45oC) = 188,35 kJ/kg
(Smith, 1987)
(Smith, 1987)
5. Perhitungan nilai kapasitas panas (Cp) masing – masing komponen:
1. Selulosa asetat (C6H7O2OH(OCOCH3)2)
Cps Selulosa diasetat = ∆EC (8) + ∆EH (14) + ∆EO (7)
= 10,89(8) + 7,56(14) + 13,42(7)
= 286,9 J/mol.K
2. Selulosa triasetat (C6H7O2(OCOCH3)3)
Cps Selulosa triasetat = ∆EC (12) + ∆EH (16) + ∆EO (8)
= 10,89(12) + 7,56(16) + 13,42(8)
= 359 J/mol.K
3. Selulosa (C6H7O2(OH)3)
Cps Selulosa
= ∆EC (6) + ∆EH (10) + ∆EO (5)
= 10,89(6) + 7,56(10) + 13,42(5)
= 208,04 J/mol.K
5. Magnesium asetat (Mg(CH3COO)2)
Cps Magnesium asetat = ∆EMg (1) + ∆EC (4) + ∆EO (4) + ∆EH (6)
= 22,69(1) + 10,89(4) + 13,42(4) + 7,56(6)
= 169,25 J/mol.K
6. Magnesium sulfat (MgSO4)
Cps Magnesium sulfat = ∆EMg (1) + ∆ES (1) + ∆EO (4)
= 22,69(1) + 12,46(1) + 13,42(4)
= 88,73 J/mol.K
7. Lignin
Cps lignin = ∆EC (20) + ∆EH (20) + ∆EO (8)
= 10,89 (20) + 7,56 (20) + 13,42 (8)
= 476,36 J/mol.K
8. Asam asetat (CH3COOH)
Cpl = 123,1 J/mol.K
Cpg = 63,4 J/mol.K
9. Asetat anhidrat ((CH3CO)2O)
Cpl = 186,252 J/mol.K
10. Asam sulfat (H2SO4)
Cpl = 138,9 J/mol.K
11. Air (H2O)
Cpl = 75,2634 J/mol.K
Cpg = 33,36 J/mol.K
Tabel LB.4 Nilai Kapasitas Panas Masing-Masing Komponen
Cpl
Cps
Cpg
(J/mol.K)
(J/mol.K)
(J/mol.K)
Selulosa asetat
-
286,9
-
Selulosa triasetat
-
359
-
Selulosa
-
208,04
-
Lignin
-
476,36
-
123,1
-
63,4
186,252
-
-
138,9
-
-
75,2634
-
33,36
Magnesium asetat
-
169,25
-
Magnesium sulfat
-
88,73
-
Komponen
Asam asetat
Asetat anhidrat
Asam sulfat
Air
6. Perhitungan nilai panas pembentukan (∆H0f) dan panas penguapan (Hvl)
Menghitung ∆H0f298 Selulosa asetat :
∆H0f298 = 68,29 + (
+(
OH phenol) + 2(
CH ) + 3(
C
CH2 ) + 2( C ) + 2(-O-nonring) + 3(
) + ( -O- ring) + 2( CH3)
O)
∆H0f298 = 68,29 + (221,65) + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) + (-20,64)
+ 2(83,99) + 2(-132,22) + 3(-247,61)
∆H f298 = -1047,85 kJ/mol
0
Menghitung ∆H0f298 Selulosa triasetat :
∆H0f298
= 68,29 + 2( CH ) + 3( C ) + (-O- ring) + 2( CH3) + (-CH2-) + 3(
C)
+ 3(-O-nonring) + 3( O)
∆H0f298
= 68,29 + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) + (-20,64) +3(83,99)
+ 3(-132,22) + 3(-247,61)
∆H f298
0
= -950,88 kJ/mol
Menghitung ∆H0f298 Selulosa :
∆H0f298
= 68,29 + 3(-OH phenol) + 4( CH) + (-CH2-) + (-O-nonring) + (-O-ring)
∆H0f298
= 68,29 + 3(-221,65) + 4(8,67) + (-26,68) + (-132,22) + (-138,16)
∆H0f298
= -859,16 kJ/mol
∆H0f298 Asam asetat
= -483,5 kJ/mol
∆H0f298 Asetat anhidrat
= -391,17 kJ/mol
∆H0f298 Asam sulfat
= -810,9413 kJ/mol
∆H f298 Air
= -241,9882 kJ/mol
∆H f298 Magnesium asetat
= -1442,771 kJ/mol
∆H f298 Magnesium sulfat
= -1362,385 kJ/mol
Hvl Asam asetat
= 23,7 kJ/mol
Hvl Air
= 40,6562 kJ/mol
0
0
0
(Perry, 1997)
(Reklaitis, 1983)
Tabel LB.5 Nilai Panas Pembentukan Dan Panas Penguapan
∆H0f298 (kJ/mol)
Hvl (kJ/mol)
Selulosa asetat
-1047,85
-
Selulosa triasetat
-950,88
-
Selulosa
-859,16
-
Asam asetat
-483,5
23,7
Asetat anhidrat
-391,17
-
Asam sulfat
-810,9413
-
Air
-241,9882
40,6562
Magnesium asetat
1442,771
-
Magnesium sulfat
-1362,385
-
Komponen
7. Perhitungan panas reaksi (∆H0r)
Menghitung ∆H0r reaksi:
Reaksi 1 :
selulosa
∆H r1298
0
asetat anhidrat
= ∑
selulosa triasetat
− ∑
∆
asam asetat
∆
= {3(–483,5) + (–950,88)} – {3(–391,17) + (–859,16)}
= –368,71 kJ/mol
Reaksi 2 :
Selulosa triasetat
∆H0r2298
air
selulosa asetat
asam asetat
= {(–483,5) + (–1047,85)} – {(–241,9882) + (–950,88)}
= –338,482 kJ/mol
Reaksi 3:
Asetat anhidrat
air
asam asetat
∆H0r3298
= 2(–483,4) – {(–241,9882)+( –391,17)
= –333,842 kJ/mol
Reaksi 4:
Mg(OAc)2
Magnesium asetat
∆H0r4298
+
H2SO4
asam sulfat
MgSO4
+
magnesium sulfat
2HOAc
asam asetat
={ 2(–483,5) + (–1362,385)} – {(–1442,771) + (–810,9413)
= –75,673 kJ/mol
LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (EX-101)
303,15
Panas masuk = N1H2O
303,15
CpdT + N2Selulosa
298,15
298,15
303,15
303,15
CpdT + N2lignin
CpdT +
298,15
298,15
CpdT + N2Air
298,15
303,15
N3KOH
303,15
3
CpdT + N
H2O
CpdT......................(1)
298,15
Tabel LB. 6 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi dengan
menggunakan persamaan (1)
Tabel LB.6 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi (EX-101)
Alur
1
2
3
Komponen
H2O
Laju Massa
(kg/jam)
3234,992
Selulosa
BM
(kg/kmol)
18
N
ʃ CpdT
Q
(kmol/jam) (kJ/kmol) (kJ/jam)
179,722
376,317 67632,360
300,236
162
1,853
1040,200
1927,812
Lignin
68,016
388
0,175
2381,800
417,527
H2O
44,217
18
2,457
376,317
324,423
KOH
6,187
56
0,110
249,250
27,538
H2O
35,060
18
1,948
376,317
732,987
TOTAL
71662,641
358,15
Panas keluar = N4Selulosa
358,15
CpdT + N4Lignin
298,15
358,15
CpdT + N4KOH
298,15
CpdT + N4H2O
298,15
358,15
CpdT......................(2)
298,15
Tabel LB. 7 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Ekstraksi dengan
menggunakan persamaan (2).
Tabel LB.7 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi (EX-101)
Alur Komponen
Selulosa
4
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
300,236
162
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,853 12482,400
Q
(kJ/jam)
23133,740
5010,325
Lignin
68,016
388
0,175 28581,600
KOH
6,187
56
0,110
3314,269
18
184,126
H2O
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc), adalah:
dQ/dT = Qc
= Qout – Qin
= (859951,695 – 71662,641) kJ/jam
= 788289,054 kJ/jam
2991,000
330,452
4515,804 831477,178
859951,695
Sehingga jumlah steam yang diperlukan adalah :
Qc
Hvl
788289,054 kJ/jam
2 734,7 kJ/kg
288 ,254 kg/jam
m
Tabel LB.8 Neraca Energi Tangki Ekstraksi (EX-101)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
71662,641
-
Produk
-
859951,695
Steam
788289,054
-
Total
859951,695
859951,695
LB.2 ROTARY WASHER I (RW-101)
358,15
Panas masuk = N4Selulosa
358,15
CpdT + N4Lignin
298,15
358,15
358,15
CpdT + N4KOH
298,15
CpdT + N4H2O
298,15
303,15
CpdT + N5H2O
298,15
CpdT......................(3)
298,15
Tabel LB. 9 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer I dengan
menggunakan persamaan (3).
Tabel LB.9 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
300,236
162
Alur Komponen
Selulosa
4
5
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,853 12482,400
Q
(kJ/jam)
23133,740
5010,325
Lignin
68,016
388
0,175 28581,600
KOH
6,187
56
0,110
2991,000
330,452
H2O
3314,269
18
184,126
4515,804
831477,178
H2O
9221,770
18
512,321
376,317
192794,935
TOTAL
1052746,630
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana :
Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
T
Qout =
N Cp dT
……………………
(Smith, 1975)
Tref
Sehingga diperoleh T keluar (T) = 44,904 oC
317, 904
Panas keluar = N6Selulosa
317, 904
CpdT + N6Lignin
298,15
317, 904
N6H2O
317, 904
CpdT + N6KOH
298,15
317, 904
CpdT + N7Selulosa
298,15
298,15
CpdT +
298,15
317, 904
CpdT + N7Lignin
CpdT + N7H2O
298,15
317, 904
CpdT......................(4)
298,15
Tabel LB. 10 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer I dengan
menggunakan persamaan (4).
Tabel LB.10 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Alur Komponen
Selulosa
6
Q
(kJ/jam)
153,484
Lignin
41,850
388
0,108
9481,415
1022,679
KOH
6,187
56
0,110
992,209
109,621
12285,318
18
682,518
294,231
162
1,816
4140,804
7520,704
26,166
388
0,067
9481,415
639,403
250,721
18
13,929
1498,034
20886,015
H2O
Selulosa
7
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
0,037 4140,804
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
6,005
162
Lignin
H2O
1498,034 1022434,723
TOTAL
1052746,630
Tabel LB.11 Neraca Energi Rotary Washer I (RW-101)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
1052746,630
-
Produk
-
1052746,630
1052746,630
1052746,630
Total
LB.3 TANGKI BLEACHING (BL-101)
317 , 904
Panas masuk = N
7
317, 904
Selulosa
7
CpdT + N
Lignin
298,15
CpdT + N
H2O
298,15
303,15
317, 904
7
298,15
CpdT + N8H2O
298,15
303,15
CpdT + N9NaOCl
303,15
CpdT + N9H2O
298,15
CpdT......................(5)
298,15
Tabel LB. 12 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Bleaching dengan
menggunakan persamaan (5).
Tabel LB.12 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching (BL-101)
Alur Komponen
Selulosa
7
8
9
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
294,231
162
1,816 4140,804
Lignin
Q
(kJ/jam)
7520,704
26,166
388
0,067
H2O
250,721
18
13,929
1498,034 20866,015
H2O
2604,582
18
144,699
376,317 54452,694
NaOCl
H2O
9481,415
0,286
74,5
0,004
321,500
1,234
28,270
18
1,571
376,317
591,027
TOTAL
84071,077
333,15
Panas keluar = N10Selulosa
639,403
333,15
CpdT + N10Lignin
298,15
333,15
CpdT + N10NaOCl
298,15
CpdT +
298,15
333,15
N10H2O
CpdT......................(6)
298,15
Tabel LB. 13 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Bleaching dengan
menggunakan persamaan (6).
Tabel LB.13 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching (BL-101)
Alur Komponen
Selulosa
10
Lignin
H2O
NaOCl
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
294,231
162
1,816 7281,400
26,166
388
2883,573
18
0,286
74,5
TOTAL
0,067 16672,600
160,198
0,004
Q
(kJ/jam)
13224,788
1124,359
2634,219 421997,900
2250,500
8,640
436355,686
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= (436355,686– 84071,077) kJ/jam
= 352284,610 kJ/jam
Sehingga, jumlah air pemanas yang diperlukan adalah :
Qc
H(90C) H(34C)
352284,610 kJ/jam
(376,92 139,11) kJ/kg
352284,610
kg/jam
237,81
1481,370 kg/jam
m
Tabel LB.14 Neraca Energi Tangki Bleaching (BL-101)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
84071,077
-
Produk
-
436355,686
Air Panas
352284,610
-
Total
436355,686
436355,686
LB.4 ROTARY WASHER II (RW-102)
333,15
Panas masuk = N
10
Selulosa
333,15
10
CpdT + N
Lignin
298,15
333,15
N10H2O
298,15
333,15
CpdT +
N10NaOCl
298,15
303,15
CpdT + N11H2O
298,15
CpdT......................(7)
298,15
CpdT +
Tabel LB. 15 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer II dengan
menggunakan persamaan (7).
Tabel LB.15 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer II (RW-102)
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
294,231
162
Alur Komponen
Selulosa
10
Lignin
H2O
26,166
388
2883,573
18
NaOCl
11
0,286
H2O
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,816 7281,400
Q
(kJ/jam)
13224,788
0,067 16672,600
1124,359
160,198
2634,219
421997,900
0,004
2250,500
8,640
445,036
376,317
167474,436
74,5
8010,640
18
TOTAL
603830,122
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana :
Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
T
Qout =
N Cp dT
……………………
(Smith, 1975)
Tref
Sehingga diperoleh T keluar (T) = 38,138 oC
311, 288
Panas keluar = N12Selulosa
311, 288
CpdT + N12Lignin
298,15
298,15
311, 288
12
N
H2O
311, 288
CpdT + N
298,15
Selulosa
298,15
CpdT +
298,15
311, 288
13
CpdT + N12NaOCl
311, 288
CpdT + N
13
Lignin
CpdT +
298,15
311, 288
13
N
H2O
CpdT......................(8)
298,15
Tabel LB. 16 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer II dengan
menggunakan persamaan (8).
Tabel LB.16 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer II (RW-102)
Alur Komponen
Selulosa
12
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
294,231
162
Lignin
H2O
26,166
388
2883,573
18
NaOCl
Selulosa
13
Q
(kJ/jam)
13224,788
0,067 16672,600
1124,359
160,198
2634,219
421997,900
0,286
74,5
0,004
2250,500
8,640
288,347
162
1,780
2733,134
4864,753
3,305
388
0,009
6258,198
53,312
217,884
18
12,105
988,776
11968,816
Lignin
H2O
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,816 7281,400
TOTAL
603830,122
Tabel LB.17 Neraca Energi Rotary Washer II (RW-102)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
603830,122
-
Produk
-
603830,122
603830,122
603830,122
Total
LB.5 ROTARY DRYER I (RD-201)
311, 288
Panas masuk = N13Selulosa
311, 288
CpdT + N13Lignin
298,15
CpdT......................(9)
298,15
311, 288
CpdT + N13H2O
298,15
Tabel LB.18 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Dryer I dengan
menggunakan persamaan (19).
Tabel LB.18 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-201)
Alur
Komponen
Selulosa
13
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 2733,134
Lignin
H2O
Q
(kJ/jam)
4864,753
3,305
388
0,009
6258,198
53,312
217,884
18
12,105
988,776
11968,816
TOTAL
16886,881
373,15
Panas keluar = N14H2O
373,15
CpdT + ∆HvlAir + N15Selulosa
298,15
373,15
CpdT + N15Lignin
298,15
298,15
373,15
CpdT + N
15
H2O
CpdT + ∆HvlAir......................(10)
298,15
Tabel LB.19 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Dryer I dengan
menggunakan persamaan (10).
Tabel LB.19 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-201)
Alur
14
Komponen
H2O
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
196,096
18
10,894 8187,411
Selulosa
15
Lignin
H2O
288,347
162
1,780 15603,000
27772,055
3,305
388
0,009 35727,000
304,348
21,788
18
1,210
8187,411
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC = QOut - QIn
= (127223,054 – 16886,881) kJ/jam
= 110336,173 kJ/jam
Sehingga jumlah steam yang dibutuhkan adalah :
Qc
Hvl
110336,173 kJ/jam
2 734,7 kJ/kg
40 ,347 kg/jam
m
Q
(kJ/jam)
89195,396
9910,600
127223,054
Tabel LB.20 Neraca Energi Rotary Dryer I (RD-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
16886,881
-
Produk
-
127223,054
Steam
110336,173
-
Total
127223,054
127223,054
LB.6 BLOW BOX (B-201)
373,15
Panas masuk = N15Selulosa
373,15
CpdT + N15Lignin
298,15
373,15
CpdT + N15H2O
298,15
CpdT +
298,15
∆HvlAir......................(11)
Tabel LB.21 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Blow Box dengan
menggunakan persamaan (11).
Tabel LB.21 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Blow Box (B-201)
Alur
Komponen
Selulosa
15
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 15603,000
Lignin
H2O
3,305
388
0,009 35727,000
21,788
18
1,210
8187,411
TOTAL
keluar
=
N16Selulosa
303,15
CpdT
298,15
304,348
9910,600
38027,658
303,15
Panas
Q
(kJ/jam)
27772,055
+
N16Lignin
298,15
303,15
CpdT
+
N16H2O
298,15
CpdT......................(12)
Tabel LB.22 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Blow Box dengan
menggunakan persamaan (12).
Tabel LB.22 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Blow Box (B-201)
lur
Komponen
Selulosa
16
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 1040,200
Lignin
H2O
3,305
388
0,009
2381,800
20,290
21,788
18
1,210
376,317
455,520
TOTAL
2327,280
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC = Qout – Qin
= (2327,280– 38027,658) kJ/jam
= –35700,378 kJ/jam
100
Cp udara.T = 29,784227.T – ½.T .9,637661x 10
2
-3
+ 1/3.T3.4,57149 x 10 -5
30
= 2550,75 kJ/kmol.K
Sehingga, jumlah udara pendingin yang dibutuhkan adalah :
m
Qc
Cp udara
35700,378 kJ/jam
2550,75 kJ/kg
13,996 kg/jam
Tabel LB.23 Neraca Energi Blow Box (B-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
38027,658
-
Produk
-
2327,280
–35700,378
-
2327,280
2327,280
Udara Pendingin
Total
Q
(kJ/jam)
1851,470
LB.7 TANGKI PENCAMPUR (M-201)
303,15
Panas masuk = N16Selulosa
303,15
298,15
303,15
CpdT + N16H2O
298,15
303,15
N17CH3COOH
CpdT + N16Lignin
CpdT +
298,15
303,15
CpdT + N17H2O
298,15
CpdT......................(13)
298,15
Tabel LB.24 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Pencampur dengan
menggunakan persamaan (13).
Tabel LB.24 Perhitungan Panas Masuk Pada Tangki Pencampur (M-201)
Alur
Komponen
Selulosa
16
17
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
162
1,780 1040,200
288,347
Lignin
Q
(kJ/jam)
1851,470
3,305
388
0,009
2381,800
20,290
H2O
21,788
18
1,210
376,317
455,520
CH3COOH
98,903
60
1,648
615,500
1014,580
2,018
18
0,112
376,317
42,189
H2O
TOTAL
323,15
Panas keluar = N18Selulosa
3384,049
323,15
CpdT + N18Lignin
298,15
323,15
CpdT + N18H2O
298,15
CpdT +
298,15
323,15
N18CH3COOH
CpdT......................(14)
298,15
Tabel LB. 25 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Pencampur
dengan menggunakan persamaan (14).
Tabel LB.25 Panas Keluar Pada Tangki Pencampur (M-201)
Alur
Komponen
Selulosa
18
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 5201,000
Lignin
Q
(kJ/jam)
9257,352
3,305
388
0,009 11909,000
H2O
23,806
18
1,323
1881,585
2488,545
CH3COOH
98,903
60
1,648
3077,500
5072,900
TOTAL
16920,246
Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = Qc
= Qout – Qin
= 16920,246 kJ/jam – 3384,049kJ/jam
= 13536,196 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang diperlukan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
13536,196 kJ/jam
(376,92 139,11) kJ/kg
13536,196
kg/jam
237,81
56,920 kg/jam
m
Tabel LB.26 Neraca Energi Tangki Pencampur (M-201)
Komponen
101,449
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
3384,049
-
Produk
-
16920,246
Air Panas
13536,196
Total
16920,246
16920,246
LB.8 HEATER 1 (H-201)
303,15
Panas masuk = N19H2O
303,15
CpdT + N19CH3COOH
298,15
CpdT...............(15)
298,15
Tabel LB.27 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Heater I dengan
menggunakan persamaan (15).
Tabel LB.27 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Heater I (H-201)
Alur
19
N
ʃ CpdT
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
378,887
18
21,049
376,317
Komponen
H2O
CH3COOH
884,071
60
14,735
615,500
TOTAL
323,15
Panas keluar = N20H2O
Q
(kJ/jam)
7921,201
9069,095
16990,296
323,15
CpdT + N20CH3COOH
298,15
CpdT...............(16)
298,15
Tabel LB.28 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Cooler I dengan
menggunakan persamaan (16).
Tabel LB.28 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Heater I (H-201)
Alur
20
Komponen
H2O
CH3COOH
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
18
21,049 1881,585
378,887
884,071
60
14,735
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC
= Qout – Qin
= (84951,480 – 16990,296) kJ/jam
3077,500
Q
(kJ/jam)
39606,005
45345,475
84951,480
= 67961,184 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang dibutuhkan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
67691,184 kJ/jam
(376,920 139,110 ) kJ/kg
175556,829
kg/jam
237,810
285,779 kg/jam
m
Tabel LB.29 Neraca Energi Heater I (H-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
16990,296
-
Produk
-
84951,480
Air Panas
67961,184
-
Total
84951,480
84951,480
LB.9 HEATER II (H-202)
303,15
Panas masuk = N22(CH3CO)2O
298,15
303,15
CpdT + N22CH3COOH
CpdT...............(17)
298,15
Tabel LB.30 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Heater II dengan
menggunakan persamaan (17).
Tabel LB.30 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Heater II (H-202)
Alur
22
Komponen
(CH3CO)2O
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
102
6,843
931,260
697,972
CH3COOH
14,244
60
0,237
Q
(kJ/jam)
6372,484
615,500
146,120
TOTAL
6518,604
323,15
Panas keluar = N23(CH3CO)2O
323,15
CpdT + N23CH3COOH
298,15
CpdT...............(18)
298,15
Tabel LB.31 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Heater II dengan
menggunakan persamaan (18).
Tabel LB.31 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Heater II (H-202)
Alur
23
Komponen
(CH3CO)2O
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
102
6,843 4565,300
697,972
CH3COOH
14,244
60
0,237
3077,500
TOTAL
= Qout – Qin
= (32593,020 – 6518,604) kJ/jam
= 26074,416 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang dibutuhkan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
26074,416 kJ/jam
(376,920 139,110 ) kJ/kg
26074,416
kg/jam
237,810
109 ,644 kg/jam
m
Tabel LB.32 Neraca Energi Heater II (H-202)
Komponen
730,599
32593,020
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC
Q
(kJ/jam)
31862,422
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
6518,604
-
Produk
-
32593,020
Air Panas
26074,416
Total
32593,020
32593,020
LB.10 REAKTOR ASETILASI (R-201)
323,15
Panas masuk = N18Selulosa
323,15
CpdT + N18Lignin
298,15
298,15
323,15
N18CH3COOH
298,15
323,15
323,15
CpdT + N20H2O
298,15
298,15
CpdT +
298,15
323,15
CpdT + N23CH3COOH
CpdT +
298,15
323,15
CpdT + N20CH3COOH
298,15
N23(CH3CO)2O
323,15
CpdT + N18H2O
303,15
CpdT + N21H2SO4
CpdT
298,15
303,15
21
+N
H2O
CpdT......................(19)
298,15
Tabel LB.33 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Asetilasi dengan
menggunakan persamaan (19).
Tabel LB.33 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Reaktor Asetilasi (R-201)
Alur
Komponen
Selulosa
18
20
22
24
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 5201,000
Lignin
Q
(kJ/jam)
9257,352
3,305
388
0,009 11909,000
H2O
23,806
18
1,323
3077,500
5072,900
CH3COOH
98,903
60
1,648
1881,585
2488,545
H2O
378,887
18
21,049
1881,585
39606,005
CH3COOH
884,071
60
14,735
3077,500
45345,475
0,219
18
0,012
376,317
6,084
H2SO4
10,738
98
0,110
694,500
76,097
CH3COOH
14,244
60
0,237
3077,500
730,599
(CH3CO)2O
697,972
102
6,843
4656,300
31862,422
H2O
101,449
TOTAL
134546,927
343,15
Panas keluar = N24Selulosa triasetat
343,15
CpdT + N24Lignin
298,15
298,15
343,15
N24CH3COOH
343,15
CpdT + N24H2O
CpdT +
298,15
343,15
CpdT + N24(CH3CO)2O
298,15
343,15
CpdT + N24H2SO4
298,15
298,15
CpdT......................(20)
Tabel LB.34 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Asetilasi dengan
menggunakan persamaan (20).
Tabel LB.34 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Asetilasi (R-201)
Alur
Komponen
Selulosa triasetat
Lignin
25
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
512,616
288
N
ʃ CpdT
(kmol) (kJ/kmol)
1,780 16155,000
Q
(kJ/jam)
28754,554
0,009 21436,200
182,609
3,305
388
402,912
18
22,384
3386,853
75811,397
CH3COOH
1317,603
60
21,960
5539,500
121647,697
(CH3CO)2O
153,317
102
1,503
8381,340
12598,058
10,738
98
0,110
6250,500
684,876
H2O
H2SO4
TOTAL
Dari perhitungan sebelumnya diperoleh :
239692,738
Reaksi 1:
∆H0r1298
= –368,71 kJ/mol
∆H0r1343,15
= ∆H0r1 298 + σproduk
343,15
343,15
Cp dT + σreaktan
298,15
Cp dT
298,15
= -368,71 kJ/mol + {3(5539,5) + 1(16155)}kJ/mol + {-3(8381,34) + 1(208,04 x 45)kJ/mol
= –2101,03 kJ/mol
r1
= 1,780 mol/jam
Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah:
r1. ∆H0r1343,15 = {1,780 x (-2101,03)} kJ/jam
= –3739,833 kJ/jam
Maka :
dQ/dT = Qc
= Qout – Qin + Panas Reaksi
= 239692,738 kJ/jam – 134546,927 kJ/jam + (–3739,833) kJ/jam
= 101405,978 kJ/jam
Sehingga air pemanas yang diperlukan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
101405,978 kJ/jam
(376,92 139,11) kJ/kg
101405,978
kg/jam
237,81
129 ,928 kg/jam
m
Tabel LB.35 Neraca Energi Reaktor Asetilasi (R-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
134546,927
-
Produk
-
239692,738
Panas Reaksi
-
–3739,833
Air Panas
101405,978
-
Total
235952,905
235952,905
LB.11 HEATER III (H-203)
303,15
Panas masuk = N26H2O
CpdT...............(21)
298,15
Tabel LB.36 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Heater III dengan
menggunakan persamaan (21).
Tabel LB.36 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Heater III (H-203)
Alur
26
N
ʃ CpdT
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
204,726
18
11,374
376,317
Komponen
H2O
Q
(kJ/jam)
4280,104
TOTAL
4280,104
343,15
Panas keluar = N27H2O
CpdT...............(22)
298,15
Tabel LB.37 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Heater II dengan
menggunakan persamaan (22).
Tabel LB.37 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Heater III (H-203)
Alur
27
Komponen
H2O
N
ʃ CpdT
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
204,726
18
11,374 3386,853
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC
= Qout – Qin
= (38520,961 – 4280,104) kJ/jam
= 34240,856 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang dibutuhkan adalah :
Q
(kJ/jam)
38520,961
38520,961
Qc
H(90 C) H(34 C)
34240,856 kJ/jam
(376,920 139,110 ) kJ/kg
34240,856
kg/jam
237,810
143,984 kg/jam
m
Tabel LB.38 Neraca Energi Heater III (H-203)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
4280,104
-
Produk
-
38520,961
Air Panas
34240,856
-
Total
38520,961
38520,961
LB.12 TANGKI HIDROLISIS (TH-201)
343,15
25
Panas masuk = N
Selulosa triasetat
343,15
25
CpdT + N
Lignin
298,15
CpdT + N
H2O
298,15
343,15
N25CH3COOH
343,15
25
343,15
CpdT + N25(CH3CO)2O
343,15
CpdT + N25H2SO4
298,15
298,15
CpdT +
298,15
CpdT
298,15
343,15
+ N26H2O
CpdT......................(23)
298,15
Tabel LB.39 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Hidrolisis dengan
menggunakan persamaan (23).
Tabel LB.39 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Tangki Hidrolisis (TH-201)
Alur
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
512,616
288
Komponen
Selulosa triasetat
Lignin
25
Q
(kJ/jam)
28754,554
0,009 21436,200
182,609
3,305
388
402,912
18
22,388
3386,853
75824,945
CH3COOH
1317,603
60
21,960
5539,500
121647,697
(CH3CO)2O
153,317
102
1,503
8381,340
12598,058
10,738
98
0,110
6250,500
684,876
204,726
18
11,374
3386,853
38520,961
H2O
H2SO4
27
N
ʃ CpdT
(kmol) (kJ/kmol)
1,780 16155,000
H2O
TOTAL
278213,699
393,15
Panas keluar = N27Selulosa asetat
373,15
393,15
CpdT + N27Lignin
298,15
CpdT + N27H2O (
393,15
∆HVL +
CpldT +
298,15
298,15
390 ,15
CpgdT ) + N
373,15
27
CH3COOH
(
CpldT + ∆HVL +
298,15
393,15
CpgdT ) + N27(CH3CO)2O
393,15
298,15
390,15
393,15
CpdT + N27H2SO4
CpdT................(24)
298,15
Tabel LB. 31 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas Produk
: 3500 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kg/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Kapasitas produksi per jam
: 3500
: 441,919 kg/jam
Kemurnian produk
: 99,1 % (PPKS, 2010)
Dari perhitungan dengan basis 100 kg/jam bahan baku dengan trial dan error,
diperoleh laju produksi sebesar 107,140 kg/jam. Sehingga perlu dicari faktor scale up
untuk mendapatkan laju produksi sebesar 441,919 kg/jam.
,
Faktor scale up =
,
= 4,12469
Kemudian, untuk mencari kapasitas bahan baku agar memenuhi laju produksi
sebesar 441,919 kg/jam dapat dihitung dengan cara :
Kapasitas bahan baku = basis x faktor scale up
= 100 kg/jam x 4,12469
= 412,469 kg/jam
Sehingga, diperoleh laju alir bahan baku tandan kosong kelapa sawit sebesar 412,469
kg/jam.
Rumus molekul dan berat molekul komponen yang terlibat serta komposisi
kandungan utama tandan kosong kelapa sawit dapat dilihat pada Tabel A.1 dan A.2.
Tabel LA.1 Kandungan Kimia Dalam Tandan Kosong Kelapa Sawit
No.
Komponen
Kandungan (%)
1.
Selulosa
72,79
2.
Lignin
16,49
3.
Air
10,72
Sumber : Darnoko, 1990
Tabel LA.2 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen
Nama
Rumus Molekul
Berat Molekul (kg/kmol)
Selulosa
C6H7O2(OH)3
162
Selulosa triasetat
C6H7O2((OCOCH3)3)
288
Selulosa asetat
C6H7O2OH((OCOCH3)2)
246
Asetat anhidrat
(CH3CO)2O
102
Asam asetat
CH3COOH
60
Air
H2O
18
Magnesium asetat
Mg(CH3COO)2
142
Magnesium sulfat
MgSO4
120
Asam sulfat
H2SO4
98
Sumber : Wikipedia, 2011
Pada perhitungan neraca massa total berlaku hukum konservasi (Reklaitis, 1983).
Untuk sistem tanpa reaksi
Neraca massa total
:
Fi
Neraca massa komponen
:
F i w ij
i input stream
i input stream
Untuk sistem dengan reaksi : N Out N in r s1 s
s
i output stream
Fi
i output stream
F i w ij
LA.1 TANGKI EKSTRAKSI (EX-101)
Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari tandan kosong kelapa sawit dan
tahap awal untuk proses bleaching
Neraca Massa Total :
F1 + F2 + F3 = F4
Neraca Massa Komponen :
Alur 2
F2total
= 412,469 kg/jam
F2selulosa
=
F2lignin
=
F2H2O
=
.
,
,
x 412,469 kg/ jam = 300,236 kg/jam
x 412,469 kg/ jam = 68,016 kg/jam
x 412,469 kg/ jam = 44,217 kg/jam
Alur 3
Untuk tahap ekstraksi, laarutan KOH 15% yang diperlukan adalah 10% dari jumlah
bahan baku tandan kosong kelapa sawit.
F3
=
412,469
= 41,247 kg/jam
F3KOH
41,247
=
= 6,187 kg/jam
F3H2O
= (41,247 – 6,187) kg/jam
= 35,060 kg/jam
Konsistensi pulp yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10% (PPKS, 2010).
Konsistensi air
=
,
%
%
F4H2O = 3314,269 kg/jam
− 368,252
Alur 1
Maka, air yang dibutuhkan :
F1H2O
= (3314,269 – 44,217 – 35,060) kg/jam
= 3234,992 kg/jam
Alur 4
F4selulosa
= 300,236 kg/jam
F4lignin
= 68,016 kg/jam
4
F
4
F
4
F
H2O
= 3314,269 kg/jam
KOH
= 6,187 kg/jam
total
= 3688,708 kg/jam
Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Ekstraksi (kg/jam)
komponen
Masuk (kg/jam)
Alur 1
Alur 2
Keluar (kg/jam)
Alur 3
Alur 4
Selulosa
-
300,236
-
300,236
lignin
-
68,016
-
68,016
3234,992
44,217
35,060
3314,269
-
-
6,187
6,187
3234,992
412,469
41,247
H2O
KOH
Sub total
Total
3688,708
3688,708
3688,708
LA.2 ROTARY WASHER I (RW-101)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tereduksi pada tangki ekstraksi dan
komponen pengekstrak yang terlarut dalam air dari pulp
Neraca Massa Total :
F4 + F5 = F6 + F4
Neraca Massa Komponen :
Alur 5
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam washer adalah 2,5 : 1
(Perry, 1997)
F5H2O
= 2,5 x F4total = 2,5 x 3688,708kg/jam = 9221,770 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang
masuk ke dalam washer (PPKS, 2010).
F7H2O
= 0,02 x (3314,269+ 9221,770) kg/jam = 250,721 kg/jam
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
F7selulosa
= 0,98 x 300,236 kg/jam = 294,231 kg/jam
Sebanyak 61,53% lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan terpisah
dari pulp pada saat dicuci pada unit washer (PPKS, 2010).
F6lignin
=
,
x F4lignin
,
=
x 68,016 kg/jam
= 41,850 kg/jam
Alur 6
F6selulosa
= (300,236 – 294,231) kg/jam = 6,005 kg/jam
F6lignin
= 41,850 kg/jam
F6H2O
= (3274,688 + 9111,637 – 247,727) kg/jam = 12138,599 kg/jam
6
F
6
F
KOH
= 6,187 kg/jam
total
= 12339,360 kg/jam
Alur 7
F7selulosa
= 294,231 kg/jam
F7lignin
= (68,016 – 41,850) kg/jam = 26,166 kg/jam
F7H20
= 250,721 kg/jam
7
F
total
= 571,118 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa pada Rotary Washer (kg/jam)
komponen
Selulosa
lignin
H2O
KOH
Sub total
Total
Masuk (kg/jam)
Alur 4
Keluar (kg/jam)
Alur 5
Alur 6
Alur 7
300,236
-
6,005
294,231
68,016
-
41,850
26,166
3314,269
9221,770
12138,599
250,721
6,187
-
6,187
-
3688,708
9221,770
12339,360
12910,478
571,118
12910,478
LA.3 TANGKI BLEACHING (BL-101)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna putih pada
pulp yang dihasilkan
Neraca Massa Total
F7 + F8 + F9 = F10
Neraca Massa Komponen
Alur 9
Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 1% yang diperlukan adalah 5% dari jumlah
pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.
F9total
=
571,118
= 28,556 kg/jam
F9NaOCl
=
28,556
= 0,286 kg/jam
F9H2O
= (28,556 – 0,286) kg/jam
= 28,270 kg/jam
Konsistensi pulp yang diperlukan pada tahap bleaching adalah 10% (PPKS, 2010)
,
Konsistensi air =
F10H2O
%
%
− 320,397
= 2883,574 kg/jam
Alur 8
Maka, air yang dibutuhkan :
F8H2O
= (2883,574 – 250,721 – 28,270) kg/jam
= 2604,582 kg/jam
Alur 10
F10selulosa = 294,231kg/jam
F10lignin
= 26,166 kg/jam
F10H2O
= 2883,574 kg/jam
F10NaOCl
= 0,282 kg/jam
F10total
= 3204,256 kg/jam
Tabel LA.5 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (kg/jam)
Komponen
Selulosa
Masuk (kg/jam)
Alur 7
Alur 8
Keluar (kg/jam)
Alur 9
Alur 10
294,231
-
-
294,231
lignin
26,166
-
-
26,166
H2O
250,721
2604,582
28,270
2883,574
-
-
0,286
0,286
571,118
2604,582
28,556
NaOCl
Sub total
Total
3165,989
3204,256
3204,256
LA.4 ROTARY WASHER II (RW-102)
Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada tangki
bleaching.
Neraca Massa Total
F10 + F11 = F12 + F13
Neraca Massa Komponen
Alur 11
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam waher adalah 2,5 : 1
(Perry, 1997)
F11H2O = 2,5 x F10total
= 2,5 x 3204,256 kg/jam
= 8010,640 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang
masuk ke dalam washer (PPKS, 2010).
F13H2O
= 0,02 x (2883,574 + 8010,640) kg/jam = 217,884 kg/jam
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
F13selulosa = 0,98 x 294,231 kg/jam = 288,347 kg/jam
Sebanyak 87,368% lignin mampu tereduksi pada tangki bleaching yang akan
terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer (PPKS, 2010).
F121ignin
,
=
,
=
x F10lignin
x 26,166 kg/jam
= 22,861 kg/jam
Alur 12
F12selulosa = (294,231 – 288,347) kg/jam = 5,885 kg/jam
F12lignin
= 22,861 kg/jam
F12H2O
= (2883,574 + 8010,640 – 217,884) kg/jam = 10676,330 kg/jam
F12NaOCl
= 0,286 kg/jam
F12total
= 10705,360 kg/jam
Alur 13
F13selulosa = 288,347 kg/jam
F13lignin
= (26,166 – 22,861) kg/jam = 3,305 kg/jam
F13H2O
= 217,884 kg/jam
F13total
= 509,536 kg/jam
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Rotary Washer (kg/jam)
komponen
Selulosa
Masuk (kg/jam)
Alur 10
Keluar (kg/jam)
Alur 11
Alur 12
Alur 13
294,231
-
5,885
288,347
lignin
26,166
-
22,861
3,305
H2O
288,574
8010,640 10676,330
217,884
NaOCl
Sub total
Total
0,286
3204,256
8010,640
11214,897
0,286
10705,360 509,536
11214,897
-
LA.5 ROTARY DRYER I (RD-201)
Fungsi : Untuk mengeringkan pulp
Neraca Massa Total :
F13 = F14 + F15
Neraca Massa Komponen :
Alur 14
Rotary dryer dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk
(Perry, 1997)
F14H2O
217,884 = 196,096 kg/jam
=
Alur 15
F15selulosa = 288,347 kg/jam
F15lignin
= 3,305 kg/jam
F15H2O
= (217,884 – 196,096) kg/jam = 21,788 kg/jam
F15total
= 509,536 kg/jam
Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer (kg/jam)
komponen
Selulosa
Lignin
H2O
Masuk (kg/jam)
Alur 13
Keluar (kg/jam)
Alur 14
Alur 15
288,347
-
288,347
3,305
-
3,305
217,884
196,096
21,788
Sub total
509,536
Total
509,536
196,096
313,440
509,536
LA.6 TANGKI PENCAMPUR (M-201)
Fungsi : Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses
pretreatment pada reaksi asetilasi.
Neraca Massa Total :
F16 + F17 = F18
Neraca Massa Komponen :
Alur 17
Asam asetat 98% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah sebanyak 35% dari
laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)
288,347 kg/jam = 100,921 kg/jam
F17 total
=
F17CH3COOH
=
F17H2O
= (100,921 – 98,903) kg/jam = 2,018 kg/jam
100,921 kg/jam = 98,903 kg/jam
Alur 18
F18selulosa
= 288,347 kg/jam
F18lignin
= 3,305 kg/jam
18
F
18
F
H2O
= (21,788 + 2,018) kg/jam = 23,807 kg/jam
CH3COOH
= 98,903 kg/jam
F18total
= 414,362 kg/jam
Tabel LA.8 Neraca Massa pada Tangki Pencampur (kg/jam)
komponen
Selulosa
Masuk (kg/jam)
Alur 16
Keluar (kg/jam)
Alur 17
Alur 18
288,347
-
288,347
lignin
3,305
-
3,305
H2O
21,788
2,018
23,807
-
98,903
98,903
313,440
100,921
CH3COOH
Sub total
Total
414,362
414,362
414,362
LA.7 REAKTOR ASETILASI (R-201)
Fungsi : Untuk tempat terjadinya reaksi asetilasi menjadi selulosa triasetat
dengan derajat asetilasi sebesar 3.
H2 SO4
H2 O
(CH3 CO)2 O
CH3 COOH
21
23
CH3 COOH
H2 O
20
24
18
Selulosa t riaset at
Lignin
H2O
CH3 COOH
H2 SO4
(CH 3CO)2 O
Selulosa
Lignin
H2O
CH3 COOH
R-201
Pada reaktor asetilasi, seluruh selulosa berubah menjadi selulosa triasetat dan reaksi
yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :
selulosa
dimana:
Ac = CH3CO
asetat anhidrat
selulosa triasetat
asam asetat
r=
=
.
.
,
((
)).
; BMselulosa = 162 kg/kmol
.
= 1,780 kmol/jam
Neraca Massa Total :
F18 + F20 + F21 + F23 = F24
Neraca Massa Komponen :
Alur 20
Asam asetat 70% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438% dari laju alir
umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
288,247 kg/jam = 1262,958 kg/jam
F20 total
=
F20CH3COOH
=
F20H2O
= (1262,958 – 884,071) kg/jam = 378,887 kg/jam
1262,958 kg/jam = 884,071 kg/jam
Alur 23
Asetat anhidrat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 247% dari laju
alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
288,247 kg/jam = 712,216 kg/jam
F23 total
=
F23(CH3CO)2O
=
F23CH3COOH
= (712,216 – 697,972) kg/jam = 14,244 kg/jam
712,216 kg/jam = 697,972 kg/jam
Alur 21
Asam sulfat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 3,8% dari laju alir
umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
,
288,247 kg/jam = 10,957 kg/jam
F21 total
=
F21H2SO4
=
F21H2O
= (10,957 – 10,738) kg/jam = 0,219 kg/jam
10,957 kg/jam = 10,738 kg/jam
Alur 24
F24selulosa triasetat
= r . BMselulosa triasetat . σ
= 1,780 kmol/jam . 288 kg/mol . 1
= 512,616 kg/jam
24
F
CH3COOH
= F18 CH3COOH + F20 CH3COOH + F23 CH3COOH + r . BM CH3COOH. σ
= 98,903 + 884,071 + 14,244 + (1,780 . 60 . 3)
= 1317,603 kg/jam
F24(CH3CO)2O
= F23(CH3CO)2O – r . BM(CH3CO)2O. σ
= 697,972 – (1,780 . 102 . 3)
= 153,317 kg/jam
24
F
H2SO4
= F21 H2SO4
= 10,738 kg/jam
F24lignin
= F18lignin
= 3,305 kg/jam
F24H2O
= F18H2O + F20H2O + F21H2O
= (23,807 + 378,887 + 0,219) kg/jam
= 402,913 kg/jam
F24total
= 2400,493 kg/jam
Tabel LA.10 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (kg/jam)
komponen
Selulosa Triasetat
Masuk (kg/jam)
Alur 18
Alur 20
Keluar (kg/jam)
Alur 23
Alur 21
Alur 24
-
-
-
-
512,616
288,347
-
-
-
-
3,305
-
-
-
3,305
H2O
23,807
378,887
-
0,219
402,913
CH3COOH
98,903
884,071
14,244
-
1317,603
(CH3CO)2O
-
-
697,972
-
153,317
H2SO4
-
-
-
10,738
10,738
414,362
1262,958
712,216
Selulosa
Lignin
Sub total
Total
2400,493
10,957
2400,493
2400,493
LA.9 TANGKI HIDROLISIS (TH-201)
Fungsi : Untuk menghidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa asetat dengan
diharapkan derajat asetilasi turun menjadi 2,4 serta menetralkan sisa
reaktan asetat anhidrat.
H2O
26
24
27
Selulosa t riaset at
Lignin
H2O
CH 3COOH
H2SO4
(CH3CO)2 O
Selulosa aset at
Lignin
H2 O
CH3 COOH
H2 SO4
(CH3 CO)2 O
H-201
Pada tangki hidrolisasi, seluruh selulosa triasetat dihidrolisis oleh air menjadi
selulosa asetat dan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :
Selulosa triasetat
air
selulosa asetat
dimana:
Ac = CH3CO
r1 =
=
.
((
,
) ) .
.
.
; BMselulosa triasetat = 288 kg/kmol
= 1,780 kmol/jam
Reaksi yang juga terjadi pada unit hidrolisis adalah :
Asetat anhidrat
air
Konversi reaksi = 98% (Anita, 2010)
asam asetat
asam asetat
. ,
)
.
,
=
(
.
(
r2 =
((
) ) .
)
; BM(CH3CO)2O = 102 kg/kmol
= 1,473 kmol/jam
Neraca Massa Total :
F24 + F26 = F27
Neraca Massa Komponen :
Alur 26
Air yang dibutuhkan untuk tahap hidrolisis sebesar 71% dari laju alir umpan selulosa
(Yamashita et al, 1986)
F26 H2O
=
288,347 kg/jam = 204,726 kg/jam
Alur 27
F27selulosa asetat
= r1 . BMselulosa asetat . σ1
= 1,780 kmol/jam . 246 kg/kmol . 1
= 437,860 kg/jam
27
F
CH3COOH
= F24 CH3COOH + r1 . BM CH3COOH. σ1 + r2 . BM CH3COOH. σ2
= 1371,603 + (1,780 . 60 . 1) + (1,473 . 60 . 2)
= 1601,164 kg/jam
F27(CH3CO)2O
= F24(CH3CO)2O – r2 . BM(CH3CO)2O. σ2
= 153,317 – (1,473 . 102 . 1)
= 3,066 kg/jam
27
F
H2SO4
= F24 H2SO4
= 10,738 kg/jam
F27lignin
= F24lignin
= 3,305 kg/jam
F27H2O
= F24H2O + F26H2O - r1 . BMH2O . σ1 – r2 . BMH2O . σ2
= 402,913 + 204,726 – (1,780 . 18 . 1) – (1,473 . 18 . 1)
= 549,086 kg/jam
F27total
= 2605,219 kg/jam
Tabel LA.11 Neraca Massa pada Tangki Hidrolisasi (kg/jam)
Masuk (kg/jam)
Komponen
Alur 24
Selulosa Triasetat
Keluar (kg/jam)
Alur 26
Alur 27
512,616
-
-
-
-
437,860
3,305
-
3,305
402,913
204,726
549,086
CH3COOH
1317,603
-
1601,164
(CH3CO)2O
153,317
-
3,066
10,738
-
10,738
Selulosa Asetat
Lignin
H2O
H2SO4
Sub total
2400,493
Total
204,726
2605,219
2605,219
2605,219
LA.12 TANGKI NETRALISASI (TN-201)
Fungsi : Untuk menetralisasi katalis asam sulfat dengan menambahkan larutan
magnesium asetat sehingga reaksi dapat berhenti.
Reaksi pada proses netralisasi adalah :
Mg(OAc)2
Magnesium asetat
+
H2SO4
asam sulfat
Konversi reaksi = 99% (Trehy, 2000)
r=
,
=
.
((
.
) ) .
; BMH2SO4 = 98 kg/kmol
. ,
= 0,108 kmol/jam
Neraca Massa Total :
F28 + F30 = F31
MgSO4
+
magnesium sulfat
2HOAc
asam asetat
Neraca Massa Komponen :
Alur 30
Larutan Mg(CH3COO)2 38% yang dibutuhkan dalam unit netralisasi adalah sebanyak
16% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
288.347 kg/jam = 46,135 kg/jam
F30 total
=
F30Mg(CH3COO)2
=
F30H2O
= (46,135 – 17,531) kg/jam = 28,604 kg/jam
46,135 kg/jam = 17,531 kg/jam
Alur 31
F31selulosa asetat
= F28selulosa asetat
= 437,860 kg/jam
31
F
CH3COOH
= F28CH3COOH + r . BM CH3COOH. σ
= 1601,164 + (0,108 . 60 . 2)
= 1614,181 kg/jam
F31(CH3CO)2O
= F28(CH3CO)2O
= 3,066 kg/jam
F31H2SO4
= F28 H2SO4– r . BM H2SO4. σ
= 10,738 – (0,108 . 98 . 1)
= 0,107 kg/jam
F31lignin
= F28lignin
= 3,305 kg/jam
F31H2O
= F28H2O + F30H2O
= 549,086 + 28,604
= 577,690 kg/jam
F31Mg(CH3COO)2
= F30Mg(CH3COO)2 – r . BM Mg(CH3COO)2 . σ
= 17,531 – (0,108 . 142 . 1)
= 2,128 kg/jam
31
F
MgSO4
= r . BM MgSO4. σ
= 0,108 . 120 . 1
= 13,017 kg/jam
F31total
= 2651,355 kg/jam
Tabel LA.13 Neraca Massa pada Tangki Netralisasi (kg/jam)
Masuk (kg/jam)
Komponen
Alur 28
Selulosa Asetat
Keluar (kg/jam)
Alur 30
Alur 31
437,860
-
437,860
3,305
-
3,305
549,086
28,604
577,690
CH3COOH
1601,164
-
1614,181
(CH3CO)2O
3,066
-
3,066
10,738
-
0,107
Lignin
H2O
H2SO4
Mg(CH3COO)2
-
17,531
2,128
MgSO4
-
-
13,017
Sub total
2605,219
Total
46,135
2651,355
2651,355
2651,355
LA.11 CENTRIFUGE (CF-301)
Fungsi : Untuk memisahkan padatan selulosa asetat (selulosa asetat, lignin, air,
asam asetat, magnesium sulfat) dari air dan zat pengotor lainnya.
Efisiensi sentrifuge adalah 98% dimana cairan yang terkonversi ke padatan sebesar
2%.
Neraca Massa Total :
F32 = F38 + F33
Neraca Massa Komponen :
Alur 38
F38CH3COOH
=
1614,181
= 1581,897 kg/jam
38
F
38
F
(CH3CO)2O
= 3,066 kg/jam
H2SO4
= 0,107 kg/jam
F38H2O
=
577,69
= 566,136 kg/jam
F38Mg(CH3COO)2
= 2,128 kg/jam
F38MgSO4
=
13,017
= 12,757 kg/jam
F38total
= 2166,092 kg/jam
Alur 33
F33selulosa asetat
= 437,860 kg/jam
F33lignin
= 3,305 kg/jam
F33 CH3COOH
= (1614,181 – 1581,897) kg/jam = 32,284 kg/jam
F33H2O
= (577,690 – 566,136) kg/jam = 11,554 kg/jam
33
F
MgSO4
F33total
= (13,017– 12,757) kg/jam = 0,260 kg/jam
= 482,263 kg/jam
Tabel LA.14 Neraca Massa pada Centrifuge (kg/jam)
komponen
Masuk (kg/jam)
Alur 32
Selulosa Asetat
Keluar (kg/jam)
Alur 38
Alur 33
437,860
-
437,860
3,305
-
3,305
577,690
566,136
11,554
CH3COOH
1614,181
1581,897
32,284
(CH3CO)2O
3,066
3,066
-
H2SO4
0,107
0,107
-
Mg(CH3COO)2
2,128
2,128
-
13,017
12,757
0,260
2166,092
485,263
Lignin
H2O
MgSO4
Sub total
2651,355
Total
2651,355
2651,355
LA.12 ROTARY DRYER II (RD-301)
Fungsi : Untuk mengurangi kadar air beserta asam asetat sampai memenuhi
komposisi produk akhir.
Dryer dapat mengurangi kadar air sebesar 90% dari laju alir air masuk (Perry,1997)
dan diharapkan komposisi asam asetat sebesar 0,01% dari berat selulosa asetat
(PPKS, 2010).
Neraca Massa Total :
F33 = F34 + F35
Neraca Massa Komponen :
Alur 35
F35selulosa asetat
= 437,860 kg/jam
F35lignin
= 3,305 kg/jam
35
F
= 0,0001 x 32,284 kg/jam
CH3COOH
= 0,044 kg/jam
F35H2O
=
(
)
4,481 kg/jam
= 1,155 kg/jam
35
F
= 0,260 kg/jam
MgSO4
F35total
= 442,624 kg/jam
Alur 34
F34CH3COOH
= (32,284 – 0,044) kg/jam
= 32,240 kg/jam
F34H2O
= (11,554 – 1,155) kg/jam
= 10,398 kg/jam
F34total
= 42,638 kg/jam
Tabel LA.15 Neraca Massa pada Rotary Dryer (kg/jam)
komponen
Selulosa Asetat
Masuk (kg/jam)
Alur 33
Keluar (kg/jam)
Alur 34
Alur 35
437,860
-
437,860
3,305
-
3,305
H2O
11,554
10,398
1,155
CH3COOH
32,284
32,240
0,044
0,260
-
0,260
Lignin
MgSO4
Sub total
485,263
Total
485,263
42,638
442,624
485,263
A.13 DECANTER (D-301)
Fungsi : Untuk memisahkan larutan asam asetat dengan zat terlarut lainnya
Diharapkan komposisi pada alur 40 adalah asam asetat dan air sebagai fase ringan
yang kemudian akan digunakan kembali dan sisanya ditampung ke tangki
penampungan.
Neraca Massa Total :
F38 = F39 + F40
Neraca Massa Komponen:
Alur 39
Kelarutan magnesium sulfat didalam air memiliki nilai 40,8gr/100 gr air.
F39(CH3CO)2O
= 3,066 kg/jam
F39MgSO4
= 12,757 kg/jam
F39H2O
=
12,757 kg/jam
= 31,267 kg/jam
F39H2SO4
= 0,107 kg/jam
F39Mg(CH3COO)2
= 2,128 kg/jam
F39total
= 49,325 kg/jam
Alur 40
F40CH3COOH
= 1581,897 kg/jam
F40H2O
= (566,136 – 31,267)
= 534,870 kg/jam
F40total
= 2116,767 kg/jam
Tabel LA.16 Neraca Massa pada Decanter (kg/jam)
komponen
Masuk (kg/jam)
H2O
Alur 38
566,136
Keluar (kg/jam)
Alur 39
31,267
Alur 40
534,870
CH3COOH
1581,897
(CH3CO)2O
3,066
3,066
-
H2SO4
0,107
0,107
-
Mg(CH3COO)2
2,128
2,128
-
12,757
12,757
-
MgSO4
Sub total
2166,092
Total
2166,092
- 1581,897
49,325
2116,767
2166,092
A.14 TANGKI PENCAMPUR (M-301)
Fungsi : Untuk menghasilkan larutan asam asetat dengan konsenstrasi 70%
yang akan digunakan kembali pada unit reaktor (recovery asam asetat).
Neraca Massa Total :
F40 + F41 = F19 + F42
Neraca Massa Komponen:
Alur 40
F40CH3COOH
= 1581,897 kg/jam
F40H2O
= 534,870 kg/jam
F40total
= 2116,767 kg/jam
Alur 19
F19CH3COOH
= 884,071 kg/jam
F19H2O
= 378,887 kg/jam
F19total
= 1262,958 kg/jam
Alur 19 merupakan laju alir larutan asam asetat dengan konsenstrasi 70% sehingga
dibutuhkan tambahan air pada alur 36 untuk recovery asam asetat hingga konsentrasi
campuran menjadi 70%.
Alur 41
Air yang diperlukan agar komposisi produk tangki pencampur menjadi 70% adalah :
= 30% x F40total
= 0,3 x 2116,767 kg/jam
= 635,030 kg/jam
F41H2O
= (635,030 – 534,870) kg/jam
= 100,160 kg/jam
Alur 42
F42H2O
= (635,030 – 378,887) kg/jam
= 256,143 kg/jam
42
F
= (1581,897 – 884,071) kg/jam
CH3COOH
= 697,827 kg/jam
F42total
= 953,969 kg/jam
Tabel LA.17 Neraca Massa pada Tangki Pencampur (kg/jam)
komponen
H2O
Masuk (kg/jam)
Alur 40
Keluar (kg/jam)
Alur 41
Alur 19
Alur 42
534,870
100,160
378,887
256,143
CH3COOH
1581,897
-
884,071
697,827
Sub total
2116,767
100,160
1262,968
953,969
Total
2216,928
2216,928
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Kapasitas Produk
: 3500 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kg/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Suhu referensi
: 25 oC (298 oK)
Perhitungan neraca panas menggunakan data dan rumus sebagai berikut:
1. Rumus untuk perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk dan
keluar
T
Q=H=
n Cp dT
……………………
(Smith, 1975)
Tref
Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang digunakan
adalah :
T2
Tb
T2
T1
T1
Tb
Cp dT Cpl dT Hvl Cpg dT ..............
(Reklaitis, 1983)
2. Data untuk perhitungan kapasitas panas
Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas liquid (Cpl) untuk gugus –
gugus pada senyawa liquid.
Tabel LB.1 Nilai Kapasitas Panas Liquid (Cpl) Metode Chuch dan Swanson
Gugus
-CH (ring)
-OH
-C=O
H
-CH2-
Cpl (kal/g0C)
4,4
10,7
12,66
7,2
(Perry, 1997)
Perhitungan Cpl (kal/g.0C) dengan menggunakan metode Chuch dan Swanson dengan
rumus :
n
C pL Ni cpi
i 1
Tabel LB.2 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk gugus –
gugus pada senyawa solid.
Tabel LB.2 Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison
Unsur Atom
Ei
C
10.89
H
7.56
O
13,42
N
18,74
S
12,36
K
28,87
Cl
24,69
Na
26,19
P
26,63
Mg
22,69
Fe
29,08
Ca
28,25
Cr
26,63
Co
25,71
Ni
25,46
Cu
26,92
(Perry, 1997)
Perhitungan C padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison:
ps
n
CpS =
.
i 1
i
Ei
Dimana : Cp = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K)
S
n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa
N = Jumlah unsur atom i dalam senyawa
i
Ei = Nilai dari kontribusi unsur atom i pada Tabel LB.2
3. Data perhitungan panas pembentukan dan panas penguapan
Tabel LB.3 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugus-gugus pada
senyawa padatan [kJ/mol].
Tabel LB.3 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan (Hfo)
Perhitungan Hfo (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy
adalah :
∆
(298,15 K) = 68,29 + ∑
Rumus panas penguapan :
∆
Q = n. Hvl
(Perry, 1997)
(Smith dan Van Ness, 1975)
4. Data untuk steam, air pemanas dan air pendingin
Steam yang digunakan adalah superheated steam 1300C pada tekanan 100 kPa.
Hvl (130 0C) = 2.734,7 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Air pemanas yang digunakan adalah air pada suhu 90 0C dan keluar pada suhu 34 0C.
Air (saturated) : H(34oC) = 139,11 kJ/kg
(Smith, 1987)
o
H(90 C) = 376,92 kJ/kg
(Smith, 1987)
0
Air pendingin yang digunakan adalah air pada suhu 25 C dan keluar pada suhu 450C.
Air (saturated): H(25oC) = 104,8 kJ/kg
H(45oC) = 188,35 kJ/kg
(Smith, 1987)
(Smith, 1987)
5. Perhitungan nilai kapasitas panas (Cp) masing – masing komponen:
1. Selulosa asetat (C6H7O2OH(OCOCH3)2)
Cps Selulosa diasetat = ∆EC (8) + ∆EH (14) + ∆EO (7)
= 10,89(8) + 7,56(14) + 13,42(7)
= 286,9 J/mol.K
2. Selulosa triasetat (C6H7O2(OCOCH3)3)
Cps Selulosa triasetat = ∆EC (12) + ∆EH (16) + ∆EO (8)
= 10,89(12) + 7,56(16) + 13,42(8)
= 359 J/mol.K
3. Selulosa (C6H7O2(OH)3)
Cps Selulosa
= ∆EC (6) + ∆EH (10) + ∆EO (5)
= 10,89(6) + 7,56(10) + 13,42(5)
= 208,04 J/mol.K
5. Magnesium asetat (Mg(CH3COO)2)
Cps Magnesium asetat = ∆EMg (1) + ∆EC (4) + ∆EO (4) + ∆EH (6)
= 22,69(1) + 10,89(4) + 13,42(4) + 7,56(6)
= 169,25 J/mol.K
6. Magnesium sulfat (MgSO4)
Cps Magnesium sulfat = ∆EMg (1) + ∆ES (1) + ∆EO (4)
= 22,69(1) + 12,46(1) + 13,42(4)
= 88,73 J/mol.K
7. Lignin
Cps lignin = ∆EC (20) + ∆EH (20) + ∆EO (8)
= 10,89 (20) + 7,56 (20) + 13,42 (8)
= 476,36 J/mol.K
8. Asam asetat (CH3COOH)
Cpl = 123,1 J/mol.K
Cpg = 63,4 J/mol.K
9. Asetat anhidrat ((CH3CO)2O)
Cpl = 186,252 J/mol.K
10. Asam sulfat (H2SO4)
Cpl = 138,9 J/mol.K
11. Air (H2O)
Cpl = 75,2634 J/mol.K
Cpg = 33,36 J/mol.K
Tabel LB.4 Nilai Kapasitas Panas Masing-Masing Komponen
Cpl
Cps
Cpg
(J/mol.K)
(J/mol.K)
(J/mol.K)
Selulosa asetat
-
286,9
-
Selulosa triasetat
-
359
-
Selulosa
-
208,04
-
Lignin
-
476,36
-
123,1
-
63,4
186,252
-
-
138,9
-
-
75,2634
-
33,36
Magnesium asetat
-
169,25
-
Magnesium sulfat
-
88,73
-
Komponen
Asam asetat
Asetat anhidrat
Asam sulfat
Air
6. Perhitungan nilai panas pembentukan (∆H0f) dan panas penguapan (Hvl)
Menghitung ∆H0f298 Selulosa asetat :
∆H0f298 = 68,29 + (
+(
OH phenol) + 2(
CH ) + 3(
C
CH2 ) + 2( C ) + 2(-O-nonring) + 3(
) + ( -O- ring) + 2( CH3)
O)
∆H0f298 = 68,29 + (221,65) + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) + (-20,64)
+ 2(83,99) + 2(-132,22) + 3(-247,61)
∆H f298 = -1047,85 kJ/mol
0
Menghitung ∆H0f298 Selulosa triasetat :
∆H0f298
= 68,29 + 2( CH ) + 3( C ) + (-O- ring) + 2( CH3) + (-CH2-) + 3(
C)
+ 3(-O-nonring) + 3( O)
∆H0f298
= 68,29 + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) + (-20,64) +3(83,99)
+ 3(-132,22) + 3(-247,61)
∆H f298
0
= -950,88 kJ/mol
Menghitung ∆H0f298 Selulosa :
∆H0f298
= 68,29 + 3(-OH phenol) + 4( CH) + (-CH2-) + (-O-nonring) + (-O-ring)
∆H0f298
= 68,29 + 3(-221,65) + 4(8,67) + (-26,68) + (-132,22) + (-138,16)
∆H0f298
= -859,16 kJ/mol
∆H0f298 Asam asetat
= -483,5 kJ/mol
∆H0f298 Asetat anhidrat
= -391,17 kJ/mol
∆H0f298 Asam sulfat
= -810,9413 kJ/mol
∆H f298 Air
= -241,9882 kJ/mol
∆H f298 Magnesium asetat
= -1442,771 kJ/mol
∆H f298 Magnesium sulfat
= -1362,385 kJ/mol
Hvl Asam asetat
= 23,7 kJ/mol
Hvl Air
= 40,6562 kJ/mol
0
0
0
(Perry, 1997)
(Reklaitis, 1983)
Tabel LB.5 Nilai Panas Pembentukan Dan Panas Penguapan
∆H0f298 (kJ/mol)
Hvl (kJ/mol)
Selulosa asetat
-1047,85
-
Selulosa triasetat
-950,88
-
Selulosa
-859,16
-
Asam asetat
-483,5
23,7
Asetat anhidrat
-391,17
-
Asam sulfat
-810,9413
-
Air
-241,9882
40,6562
Magnesium asetat
1442,771
-
Magnesium sulfat
-1362,385
-
Komponen
7. Perhitungan panas reaksi (∆H0r)
Menghitung ∆H0r reaksi:
Reaksi 1 :
selulosa
∆H r1298
0
asetat anhidrat
= ∑
selulosa triasetat
− ∑
∆
asam asetat
∆
= {3(–483,5) + (–950,88)} – {3(–391,17) + (–859,16)}
= –368,71 kJ/mol
Reaksi 2 :
Selulosa triasetat
∆H0r2298
air
selulosa asetat
asam asetat
= {(–483,5) + (–1047,85)} – {(–241,9882) + (–950,88)}
= –338,482 kJ/mol
Reaksi 3:
Asetat anhidrat
air
asam asetat
∆H0r3298
= 2(–483,4) – {(–241,9882)+( –391,17)
= –333,842 kJ/mol
Reaksi 4:
Mg(OAc)2
Magnesium asetat
∆H0r4298
+
H2SO4
asam sulfat
MgSO4
+
magnesium sulfat
2HOAc
asam asetat
={ 2(–483,5) + (–1362,385)} – {(–1442,771) + (–810,9413)
= –75,673 kJ/mol
LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (EX-101)
303,15
Panas masuk = N1H2O
303,15
CpdT + N2Selulosa
298,15
298,15
303,15
303,15
CpdT + N2lignin
CpdT +
298,15
298,15
CpdT + N2Air
298,15
303,15
N3KOH
303,15
3
CpdT + N
H2O
CpdT......................(1)
298,15
Tabel LB. 6 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi dengan
menggunakan persamaan (1)
Tabel LB.6 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi (EX-101)
Alur
1
2
3
Komponen
H2O
Laju Massa
(kg/jam)
3234,992
Selulosa
BM
(kg/kmol)
18
N
ʃ CpdT
Q
(kmol/jam) (kJ/kmol) (kJ/jam)
179,722
376,317 67632,360
300,236
162
1,853
1040,200
1927,812
Lignin
68,016
388
0,175
2381,800
417,527
H2O
44,217
18
2,457
376,317
324,423
KOH
6,187
56
0,110
249,250
27,538
H2O
35,060
18
1,948
376,317
732,987
TOTAL
71662,641
358,15
Panas keluar = N4Selulosa
358,15
CpdT + N4Lignin
298,15
358,15
CpdT + N4KOH
298,15
CpdT + N4H2O
298,15
358,15
CpdT......................(2)
298,15
Tabel LB. 7 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Ekstraksi dengan
menggunakan persamaan (2).
Tabel LB.7 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi (EX-101)
Alur Komponen
Selulosa
4
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
300,236
162
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,853 12482,400
Q
(kJ/jam)
23133,740
5010,325
Lignin
68,016
388
0,175 28581,600
KOH
6,187
56
0,110
3314,269
18
184,126
H2O
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc), adalah:
dQ/dT = Qc
= Qout – Qin
= (859951,695 – 71662,641) kJ/jam
= 788289,054 kJ/jam
2991,000
330,452
4515,804 831477,178
859951,695
Sehingga jumlah steam yang diperlukan adalah :
Qc
Hvl
788289,054 kJ/jam
2 734,7 kJ/kg
288 ,254 kg/jam
m
Tabel LB.8 Neraca Energi Tangki Ekstraksi (EX-101)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
71662,641
-
Produk
-
859951,695
Steam
788289,054
-
Total
859951,695
859951,695
LB.2 ROTARY WASHER I (RW-101)
358,15
Panas masuk = N4Selulosa
358,15
CpdT + N4Lignin
298,15
358,15
358,15
CpdT + N4KOH
298,15
CpdT + N4H2O
298,15
303,15
CpdT + N5H2O
298,15
CpdT......................(3)
298,15
Tabel LB. 9 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer I dengan
menggunakan persamaan (3).
Tabel LB.9 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
300,236
162
Alur Komponen
Selulosa
4
5
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,853 12482,400
Q
(kJ/jam)
23133,740
5010,325
Lignin
68,016
388
0,175 28581,600
KOH
6,187
56
0,110
2991,000
330,452
H2O
3314,269
18
184,126
4515,804
831477,178
H2O
9221,770
18
512,321
376,317
192794,935
TOTAL
1052746,630
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana :
Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
T
Qout =
N Cp dT
……………………
(Smith, 1975)
Tref
Sehingga diperoleh T keluar (T) = 44,904 oC
317, 904
Panas keluar = N6Selulosa
317, 904
CpdT + N6Lignin
298,15
317, 904
N6H2O
317, 904
CpdT + N6KOH
298,15
317, 904
CpdT + N7Selulosa
298,15
298,15
CpdT +
298,15
317, 904
CpdT + N7Lignin
CpdT + N7H2O
298,15
317, 904
CpdT......................(4)
298,15
Tabel LB. 10 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer I dengan
menggunakan persamaan (4).
Tabel LB.10 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Alur Komponen
Selulosa
6
Q
(kJ/jam)
153,484
Lignin
41,850
388
0,108
9481,415
1022,679
KOH
6,187
56
0,110
992,209
109,621
12285,318
18
682,518
294,231
162
1,816
4140,804
7520,704
26,166
388
0,067
9481,415
639,403
250,721
18
13,929
1498,034
20886,015
H2O
Selulosa
7
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
0,037 4140,804
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
6,005
162
Lignin
H2O
1498,034 1022434,723
TOTAL
1052746,630
Tabel LB.11 Neraca Energi Rotary Washer I (RW-101)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
1052746,630
-
Produk
-
1052746,630
1052746,630
1052746,630
Total
LB.3 TANGKI BLEACHING (BL-101)
317 , 904
Panas masuk = N
7
317, 904
Selulosa
7
CpdT + N
Lignin
298,15
CpdT + N
H2O
298,15
303,15
317, 904
7
298,15
CpdT + N8H2O
298,15
303,15
CpdT + N9NaOCl
303,15
CpdT + N9H2O
298,15
CpdT......................(5)
298,15
Tabel LB. 12 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Bleaching dengan
menggunakan persamaan (5).
Tabel LB.12 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching (BL-101)
Alur Komponen
Selulosa
7
8
9
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
294,231
162
1,816 4140,804
Lignin
Q
(kJ/jam)
7520,704
26,166
388
0,067
H2O
250,721
18
13,929
1498,034 20866,015
H2O
2604,582
18
144,699
376,317 54452,694
NaOCl
H2O
9481,415
0,286
74,5
0,004
321,500
1,234
28,270
18
1,571
376,317
591,027
TOTAL
84071,077
333,15
Panas keluar = N10Selulosa
639,403
333,15
CpdT + N10Lignin
298,15
333,15
CpdT + N10NaOCl
298,15
CpdT +
298,15
333,15
N10H2O
CpdT......................(6)
298,15
Tabel LB. 13 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Bleaching dengan
menggunakan persamaan (6).
Tabel LB.13 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching (BL-101)
Alur Komponen
Selulosa
10
Lignin
H2O
NaOCl
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
294,231
162
1,816 7281,400
26,166
388
2883,573
18
0,286
74,5
TOTAL
0,067 16672,600
160,198
0,004
Q
(kJ/jam)
13224,788
1124,359
2634,219 421997,900
2250,500
8,640
436355,686
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= (436355,686– 84071,077) kJ/jam
= 352284,610 kJ/jam
Sehingga, jumlah air pemanas yang diperlukan adalah :
Qc
H(90C) H(34C)
352284,610 kJ/jam
(376,92 139,11) kJ/kg
352284,610
kg/jam
237,81
1481,370 kg/jam
m
Tabel LB.14 Neraca Energi Tangki Bleaching (BL-101)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
84071,077
-
Produk
-
436355,686
Air Panas
352284,610
-
Total
436355,686
436355,686
LB.4 ROTARY WASHER II (RW-102)
333,15
Panas masuk = N
10
Selulosa
333,15
10
CpdT + N
Lignin
298,15
333,15
N10H2O
298,15
333,15
CpdT +
N10NaOCl
298,15
303,15
CpdT + N11H2O
298,15
CpdT......................(7)
298,15
CpdT +
Tabel LB. 15 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer II dengan
menggunakan persamaan (7).
Tabel LB.15 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer II (RW-102)
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
294,231
162
Alur Komponen
Selulosa
10
Lignin
H2O
26,166
388
2883,573
18
NaOCl
11
0,286
H2O
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,816 7281,400
Q
(kJ/jam)
13224,788
0,067 16672,600
1124,359
160,198
2634,219
421997,900
0,004
2250,500
8,640
445,036
376,317
167474,436
74,5
8010,640
18
TOTAL
603830,122
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana :
Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
T
Qout =
N Cp dT
……………………
(Smith, 1975)
Tref
Sehingga diperoleh T keluar (T) = 38,138 oC
311, 288
Panas keluar = N12Selulosa
311, 288
CpdT + N12Lignin
298,15
298,15
311, 288
12
N
H2O
311, 288
CpdT + N
298,15
Selulosa
298,15
CpdT +
298,15
311, 288
13
CpdT + N12NaOCl
311, 288
CpdT + N
13
Lignin
CpdT +
298,15
311, 288
13
N
H2O
CpdT......................(8)
298,15
Tabel LB. 16 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer II dengan
menggunakan persamaan (8).
Tabel LB.16 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer II (RW-102)
Alur Komponen
Selulosa
12
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
294,231
162
Lignin
H2O
26,166
388
2883,573
18
NaOCl
Selulosa
13
Q
(kJ/jam)
13224,788
0,067 16672,600
1124,359
160,198
2634,219
421997,900
0,286
74,5
0,004
2250,500
8,640
288,347
162
1,780
2733,134
4864,753
3,305
388
0,009
6258,198
53,312
217,884
18
12,105
988,776
11968,816
Lignin
H2O
N
ʃ CpdT
(kmol/jam) (kJ/kmol)
1,816 7281,400
TOTAL
603830,122
Tabel LB.17 Neraca Energi Rotary Washer II (RW-102)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
603830,122
-
Produk
-
603830,122
603830,122
603830,122
Total
LB.5 ROTARY DRYER I (RD-201)
311, 288
Panas masuk = N13Selulosa
311, 288
CpdT + N13Lignin
298,15
CpdT......................(9)
298,15
311, 288
CpdT + N13H2O
298,15
Tabel LB.18 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Dryer I dengan
menggunakan persamaan (19).
Tabel LB.18 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-201)
Alur
Komponen
Selulosa
13
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 2733,134
Lignin
H2O
Q
(kJ/jam)
4864,753
3,305
388
0,009
6258,198
53,312
217,884
18
12,105
988,776
11968,816
TOTAL
16886,881
373,15
Panas keluar = N14H2O
373,15
CpdT + ∆HvlAir + N15Selulosa
298,15
373,15
CpdT + N15Lignin
298,15
298,15
373,15
CpdT + N
15
H2O
CpdT + ∆HvlAir......................(10)
298,15
Tabel LB.19 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Dryer I dengan
menggunakan persamaan (10).
Tabel LB.19 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Rotary Dryer I (RD-201)
Alur
14
Komponen
H2O
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
196,096
18
10,894 8187,411
Selulosa
15
Lignin
H2O
288,347
162
1,780 15603,000
27772,055
3,305
388
0,009 35727,000
304,348
21,788
18
1,210
8187,411
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC = QOut - QIn
= (127223,054 – 16886,881) kJ/jam
= 110336,173 kJ/jam
Sehingga jumlah steam yang dibutuhkan adalah :
Qc
Hvl
110336,173 kJ/jam
2 734,7 kJ/kg
40 ,347 kg/jam
m
Q
(kJ/jam)
89195,396
9910,600
127223,054
Tabel LB.20 Neraca Energi Rotary Dryer I (RD-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
16886,881
-
Produk
-
127223,054
Steam
110336,173
-
Total
127223,054
127223,054
LB.6 BLOW BOX (B-201)
373,15
Panas masuk = N15Selulosa
373,15
CpdT + N15Lignin
298,15
373,15
CpdT + N15H2O
298,15
CpdT +
298,15
∆HvlAir......................(11)
Tabel LB.21 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Blow Box dengan
menggunakan persamaan (11).
Tabel LB.21 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Blow Box (B-201)
Alur
Komponen
Selulosa
15
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 15603,000
Lignin
H2O
3,305
388
0,009 35727,000
21,788
18
1,210
8187,411
TOTAL
keluar
=
N16Selulosa
303,15
CpdT
298,15
304,348
9910,600
38027,658
303,15
Panas
Q
(kJ/jam)
27772,055
+
N16Lignin
298,15
303,15
CpdT
+
N16H2O
298,15
CpdT......................(12)
Tabel LB.22 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Blow Box dengan
menggunakan persamaan (12).
Tabel LB.22 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Blow Box (B-201)
lur
Komponen
Selulosa
16
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 1040,200
Lignin
H2O
3,305
388
0,009
2381,800
20,290
21,788
18
1,210
376,317
455,520
TOTAL
2327,280
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC = Qout – Qin
= (2327,280– 38027,658) kJ/jam
= –35700,378 kJ/jam
100
Cp udara.T = 29,784227.T – ½.T .9,637661x 10
2
-3
+ 1/3.T3.4,57149 x 10 -5
30
= 2550,75 kJ/kmol.K
Sehingga, jumlah udara pendingin yang dibutuhkan adalah :
m
Qc
Cp udara
35700,378 kJ/jam
2550,75 kJ/kg
13,996 kg/jam
Tabel LB.23 Neraca Energi Blow Box (B-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
38027,658
-
Produk
-
2327,280
–35700,378
-
2327,280
2327,280
Udara Pendingin
Total
Q
(kJ/jam)
1851,470
LB.7 TANGKI PENCAMPUR (M-201)
303,15
Panas masuk = N16Selulosa
303,15
298,15
303,15
CpdT + N16H2O
298,15
303,15
N17CH3COOH
CpdT + N16Lignin
CpdT +
298,15
303,15
CpdT + N17H2O
298,15
CpdT......................(13)
298,15
Tabel LB.24 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Pencampur dengan
menggunakan persamaan (13).
Tabel LB.24 Perhitungan Panas Masuk Pada Tangki Pencampur (M-201)
Alur
Komponen
Selulosa
16
17
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
162
1,780 1040,200
288,347
Lignin
Q
(kJ/jam)
1851,470
3,305
388
0,009
2381,800
20,290
H2O
21,788
18
1,210
376,317
455,520
CH3COOH
98,903
60
1,648
615,500
1014,580
2,018
18
0,112
376,317
42,189
H2O
TOTAL
323,15
Panas keluar = N18Selulosa
3384,049
323,15
CpdT + N18Lignin
298,15
323,15
CpdT + N18H2O
298,15
CpdT +
298,15
323,15
N18CH3COOH
CpdT......................(14)
298,15
Tabel LB. 25 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Pencampur
dengan menggunakan persamaan (14).
Tabel LB.25 Panas Keluar Pada Tangki Pencampur (M-201)
Alur
Komponen
Selulosa
18
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 5201,000
Lignin
Q
(kJ/jam)
9257,352
3,305
388
0,009 11909,000
H2O
23,806
18
1,323
1881,585
2488,545
CH3COOH
98,903
60
1,648
3077,500
5072,900
TOTAL
16920,246
Maka, selisih antara panas keluar dengan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = Qc
= Qout – Qin
= 16920,246 kJ/jam – 3384,049kJ/jam
= 13536,196 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang diperlukan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
13536,196 kJ/jam
(376,92 139,11) kJ/kg
13536,196
kg/jam
237,81
56,920 kg/jam
m
Tabel LB.26 Neraca Energi Tangki Pencampur (M-201)
Komponen
101,449
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
3384,049
-
Produk
-
16920,246
Air Panas
13536,196
Total
16920,246
16920,246
LB.8 HEATER 1 (H-201)
303,15
Panas masuk = N19H2O
303,15
CpdT + N19CH3COOH
298,15
CpdT...............(15)
298,15
Tabel LB.27 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Heater I dengan
menggunakan persamaan (15).
Tabel LB.27 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Heater I (H-201)
Alur
19
N
ʃ CpdT
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
378,887
18
21,049
376,317
Komponen
H2O
CH3COOH
884,071
60
14,735
615,500
TOTAL
323,15
Panas keluar = N20H2O
Q
(kJ/jam)
7921,201
9069,095
16990,296
323,15
CpdT + N20CH3COOH
298,15
CpdT...............(16)
298,15
Tabel LB.28 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Cooler I dengan
menggunakan persamaan (16).
Tabel LB.28 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Heater I (H-201)
Alur
20
Komponen
H2O
CH3COOH
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
18
21,049 1881,585
378,887
884,071
60
14,735
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC
= Qout – Qin
= (84951,480 – 16990,296) kJ/jam
3077,500
Q
(kJ/jam)
39606,005
45345,475
84951,480
= 67961,184 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang dibutuhkan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
67691,184 kJ/jam
(376,920 139,110 ) kJ/kg
175556,829
kg/jam
237,810
285,779 kg/jam
m
Tabel LB.29 Neraca Energi Heater I (H-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
16990,296
-
Produk
-
84951,480
Air Panas
67961,184
-
Total
84951,480
84951,480
LB.9 HEATER II (H-202)
303,15
Panas masuk = N22(CH3CO)2O
298,15
303,15
CpdT + N22CH3COOH
CpdT...............(17)
298,15
Tabel LB.30 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Heater II dengan
menggunakan persamaan (17).
Tabel LB.30 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Heater II (H-202)
Alur
22
Komponen
(CH3CO)2O
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
102
6,843
931,260
697,972
CH3COOH
14,244
60
0,237
Q
(kJ/jam)
6372,484
615,500
146,120
TOTAL
6518,604
323,15
Panas keluar = N23(CH3CO)2O
323,15
CpdT + N23CH3COOH
298,15
CpdT...............(18)
298,15
Tabel LB.31 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Heater II dengan
menggunakan persamaan (18).
Tabel LB.31 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Heater II (H-202)
Alur
23
Komponen
(CH3CO)2O
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
102
6,843 4565,300
697,972
CH3COOH
14,244
60
0,237
3077,500
TOTAL
= Qout – Qin
= (32593,020 – 6518,604) kJ/jam
= 26074,416 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang dibutuhkan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
26074,416 kJ/jam
(376,920 139,110 ) kJ/kg
26074,416
kg/jam
237,810
109 ,644 kg/jam
m
Tabel LB.32 Neraca Energi Heater II (H-202)
Komponen
730,599
32593,020
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC
Q
(kJ/jam)
31862,422
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
6518,604
-
Produk
-
32593,020
Air Panas
26074,416
Total
32593,020
32593,020
LB.10 REAKTOR ASETILASI (R-201)
323,15
Panas masuk = N18Selulosa
323,15
CpdT + N18Lignin
298,15
298,15
323,15
N18CH3COOH
298,15
323,15
323,15
CpdT + N20H2O
298,15
298,15
CpdT +
298,15
323,15
CpdT + N23CH3COOH
CpdT +
298,15
323,15
CpdT + N20CH3COOH
298,15
N23(CH3CO)2O
323,15
CpdT + N18H2O
303,15
CpdT + N21H2SO4
CpdT
298,15
303,15
21
+N
H2O
CpdT......................(19)
298,15
Tabel LB.33 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Asetilasi dengan
menggunakan persamaan (19).
Tabel LB.33 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Reaktor Asetilasi (R-201)
Alur
Komponen
Selulosa
18
20
22
24
Laju Massa
BM
N
ʃ CpdT
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
288,347
162
1,780 5201,000
Lignin
Q
(kJ/jam)
9257,352
3,305
388
0,009 11909,000
H2O
23,806
18
1,323
3077,500
5072,900
CH3COOH
98,903
60
1,648
1881,585
2488,545
H2O
378,887
18
21,049
1881,585
39606,005
CH3COOH
884,071
60
14,735
3077,500
45345,475
0,219
18
0,012
376,317
6,084
H2SO4
10,738
98
0,110
694,500
76,097
CH3COOH
14,244
60
0,237
3077,500
730,599
(CH3CO)2O
697,972
102
6,843
4656,300
31862,422
H2O
101,449
TOTAL
134546,927
343,15
Panas keluar = N24Selulosa triasetat
343,15
CpdT + N24Lignin
298,15
298,15
343,15
N24CH3COOH
343,15
CpdT + N24H2O
CpdT +
298,15
343,15
CpdT + N24(CH3CO)2O
298,15
343,15
CpdT + N24H2SO4
298,15
298,15
CpdT......................(20)
Tabel LB.34 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Reaktor Asetilasi dengan
menggunakan persamaan (20).
Tabel LB.34 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Reaktor Asetilasi (R-201)
Alur
Komponen
Selulosa triasetat
Lignin
25
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
512,616
288
N
ʃ CpdT
(kmol) (kJ/kmol)
1,780 16155,000
Q
(kJ/jam)
28754,554
0,009 21436,200
182,609
3,305
388
402,912
18
22,384
3386,853
75811,397
CH3COOH
1317,603
60
21,960
5539,500
121647,697
(CH3CO)2O
153,317
102
1,503
8381,340
12598,058
10,738
98
0,110
6250,500
684,876
H2O
H2SO4
TOTAL
Dari perhitungan sebelumnya diperoleh :
239692,738
Reaksi 1:
∆H0r1298
= –368,71 kJ/mol
∆H0r1343,15
= ∆H0r1 298 + σproduk
343,15
343,15
Cp dT + σreaktan
298,15
Cp dT
298,15
= -368,71 kJ/mol + {3(5539,5) + 1(16155)}kJ/mol + {-3(8381,34) + 1(208,04 x 45)kJ/mol
= –2101,03 kJ/mol
r1
= 1,780 mol/jam
Sehingga, panas reaksi yang dihasilkan adalah:
r1. ∆H0r1343,15 = {1,780 x (-2101,03)} kJ/jam
= –3739,833 kJ/jam
Maka :
dQ/dT = Qc
= Qout – Qin + Panas Reaksi
= 239692,738 kJ/jam – 134546,927 kJ/jam + (–3739,833) kJ/jam
= 101405,978 kJ/jam
Sehingga air pemanas yang diperlukan adalah :
Qc
H(90 C) H(34 C)
101405,978 kJ/jam
(376,92 139,11) kJ/kg
101405,978
kg/jam
237,81
129 ,928 kg/jam
m
Tabel LB.35 Neraca Energi Reaktor Asetilasi (R-201)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
134546,927
-
Produk
-
239692,738
Panas Reaksi
-
–3739,833
Air Panas
101405,978
-
Total
235952,905
235952,905
LB.11 HEATER III (H-203)
303,15
Panas masuk = N26H2O
CpdT...............(21)
298,15
Tabel LB.36 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Heater III dengan
menggunakan persamaan (21).
Tabel LB.36 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Pada Heater III (H-203)
Alur
26
N
ʃ CpdT
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
204,726
18
11,374
376,317
Komponen
H2O
Q
(kJ/jam)
4280,104
TOTAL
4280,104
343,15
Panas keluar = N27H2O
CpdT...............(22)
298,15
Tabel LB.37 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Heater II dengan
menggunakan persamaan (22).
Tabel LB.37 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Pada Heater III (H-203)
Alur
27
Komponen
H2O
N
ʃ CpdT
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
204,726
18
11,374 3386,853
TOTAL
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc) adalah :
dQ/dT = QC
= Qout – Qin
= (38520,961 – 4280,104) kJ/jam
= 34240,856 kJ/jam
Sehingga jumlah air pemanas yang dibutuhkan adalah :
Q
(kJ/jam)
38520,961
38520,961
Qc
H(90 C) H(34 C)
34240,856 kJ/jam
(376,920 139,110 ) kJ/kg
34240,856
kg/jam
237,810
143,984 kg/jam
m
Tabel LB.38 Neraca Energi Heater III (H-203)
Komponen
Masuk (kJ/jam)
Keluar (kJ/jam)
Umpan
4280,104
-
Produk
-
38520,961
Air Panas
34240,856
-
Total
38520,961
38520,961
LB.12 TANGKI HIDROLISIS (TH-201)
343,15
25
Panas masuk = N
Selulosa triasetat
343,15
25
CpdT + N
Lignin
298,15
CpdT + N
H2O
298,15
343,15
N25CH3COOH
343,15
25
343,15
CpdT + N25(CH3CO)2O
343,15
CpdT + N25H2SO4
298,15
298,15
CpdT +
298,15
CpdT
298,15
343,15
+ N26H2O
CpdT......................(23)
298,15
Tabel LB.39 menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Hidrolisis dengan
menggunakan persamaan (23).
Tabel LB.39 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Tangki Hidrolisis (TH-201)
Alur
Laju Massa
BM
(kg/jam)
(kg/kmol)
512,616
288
Komponen
Selulosa triasetat
Lignin
25
Q
(kJ/jam)
28754,554
0,009 21436,200
182,609
3,305
388
402,912
18
22,388
3386,853
75824,945
CH3COOH
1317,603
60
21,960
5539,500
121647,697
(CH3CO)2O
153,317
102
1,503
8381,340
12598,058
10,738
98
0,110
6250,500
684,876
204,726
18
11,374
3386,853
38520,961
H2O
H2SO4
27
N
ʃ CpdT
(kmol) (kJ/kmol)
1,780 16155,000
H2O
TOTAL
278213,699
393,15
Panas keluar = N27Selulosa asetat
373,15
393,15
CpdT + N27Lignin
298,15
CpdT + N27H2O (
393,15
∆HVL +
CpldT +
298,15
298,15
390 ,15
CpgdT ) + N
373,15
27
CH3COOH
(
CpldT + ∆HVL +
298,15
393,15
CpgdT ) + N27(CH3CO)2O
393,15
298,15
390,15
393,15
CpdT + N27H2SO4
CpdT................(24)
298,15
Tabel LB. 31 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki