Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Glukosa dari Sabut Kelapa Sawit dengan Kapasitas 20.000 Ton/Tahun
LA-20
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produksi = 20.000 ton/tahun = 2525,252525 kg/jam
Waktu operasi = 330 hari Basis perhitungan = 1 jam operasi
Tabel LA.1 Komposisi Sabut Sawit NO Komposisi %
1. Selulosa 59,6 0,596
2. Lignin 28,5 0,285
3. Lemak 1,9 0,019
4. Protein 3,6 0,036
5. Abu 5,6 0,056
6. Impuritis 0,8 0,008 Untuk basis umpan 1000 kg/jam sabut kelapa sawit dihasilkan produk glukosa sebesar 724,2597766 kg/jam, maka untuk kapasiitas produksi 20.000 ton/tahun diperoleh kapasitas bahan baku sebanyak 2525,252525 kg/jam. Dengan faktor pengalinya:
X = 3486,66681 kg/jam Berikut ini adalah perhitungan neraca massa pada setiap peralatan proses.
- H
2
3 F
2
2
O2 F
3
2 O
1 F
1
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
- H
HM-01
2
1
Neraca massa total : F
LA-21 LA.1. Hammer Mill (HM-01) Fungsi : Untuk menghancurkan dan menghaluskan sabut sawit menjadi bubur.
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
3 Neraca massa komponen :
- F
= 0,285 x F
d. Protein F
= F
a. Selulosa F
1 Selulosa = 0,596 x F
1
= 0,596 x 3486,66681 kg/jam = 2078,053419 kg/jam
F
3 Selulosa = F
1 Selulosa
= 2078,053419 kg/jam
b. Lignin F
1
1 Protein = 0,036 x F
= 66,24666939 kg/jam
1
1 Lemak
= F
3 Lemak
F
= 0,019 x 3486,66681 kg/jam = 66,24666939 kg/jam
1
1 Lemak = 0,019 x F
c. Lemak F
1 Lignin
1 Lignin
3 Lignin = F
= 0,285 x 3486,66681 kg/jam = 993,7000409 kg/jam F
= 993,7000409 kg/jam
LA-22 = 0,036 x 3486,66681 kg/jam = 125,5200052 kg/jam
3
1
= F F Protein Protein = 125,5200052 kg/jam
e. Abu
1
1 F Abu
= 0,056 x F = 0,056 x 3486,66681 kg/jam
= 195,2533414 kg/jam
3
1
= F Abu F Abu
= 195,2533414 kg/jam
f. Impuritis
1
1 F Impuritis = 0,008 x F
= 0,008 x 3486,66681 kg/jam = 27,89333448 kg/jam
3
1 F Impuritis = F Impuritis
= 27,89333448 kg/jam
g. H O
2
2
1 Air yang masuk pada alur 2 (F ) adalah 1 : 2 dari alur 1 (F )
2
1 F H
2 O = 1/2
x F = 1/2 x 3486,66681 kg/jam
= 1743,333405 kg/jam
3
2 F H O = F H O
2
2
=1743,333405 kg/jam Tabel LA.2 Neraca Massa Hammer Mill (HM-01)
Alur Masuk Alur Keluar Komponen Alur 1 (kg/jam) Alur 2 (kg/jam) Alur 3 (kg/jam)
Selulosa 2078,053419 - 2078,053419 Lignin 993,7000409 - 993,7000409
Lemak 66,24666939 - 66,24666939 Protein 125,5200052 - 125,5200052
Abu 195,2533414 - 195,2533414 .
2 O - 1743,333405 1743,333405
6 H
= F
2 O
5
3 F
5
6 F
3
2 O F
4
- HCl 95%
- H
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
- H
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
- H
- HCl
- C
2 O RH-01
4
Selulosa (C
Selulosa Mencari BM Selulosa : Derajat polimerisasi selulosa (n) = 1000 (Weilen, tanpa tahun)
4
12 O
3
Konversi : 99.5% Neraca massa total : F
6 )
12 O
6 H
2 O n(C
5 )n + H
10 O
6 H
HCl 95% Reaksi : (C
LA.2. Reaktor Hidrolisa (RH-01) Fungsi : Untuk merubah slury menjadi larutan glukosa
Sub Total 3486,66681 1743,333405 5230,000215 Total 5230,000215 5230,000215
Impuritis 27,89333448 - 27,89333448 H
5 Neraca massa komponen : a.
- F
6 H
=
3 Selulosa =
Sehingga BM selulosa = 162000 kg/kmol N
Total = 162000 kg/kmol
Maka : C = 6 x 1000 x 12 = 72000 H = 10 x 1000 x 1 = 10000 O = 5 x 1000 x 16 = 80000
10 O 5 ) 1000
10 O 5 )n = (C
LE - 23 Tabel LA.2 Neraca Massa Hammer Mill (HM-01)...(lanjutan)
6 H
= 0,01282749 kmol/jam r = =
= 0,012763353 kmol/jam
5
3 N Selulosa = N Selulosa - r
= 0,01282749 - 0,01276335 kmol/jam = 6,41375E-05 kmol/jam
5
5 F Selulosa = N Selulosa x BM Selulosa
= 6,41375E-05 x 162000 kmol/jam = 10,39026709 kg/jam b.
6 H
12 O 6 )
Glukosa (C
5
3 N C H O = N C H O + r
6
12
6
6
12
6
= 0 + 0,012763353 kmol/jam = 0,012763353 kmol/jam
5 F C H O = r x BM Glukosa
6
12
6
= 0,012763353 x 162000 kmol/jam = 2297,403502 kg/jam c. Lignin
5
3 F Lignin = F Lignin
= 993,7000409 kg/jam d. Lemak
5
3 F Lemak = F Lemak
= 66,24666939 kg/jam e. Protein
5
3 F Protein = F Protein
= 125,5200052 kg/jam f. Abu
5
3 F Abu = F Abu
= 195,2533414 kg/jam g. Impuritis
5
3 F Impuritis = F Impuritis
= 27,89333448 kg/jam
LE-26 h.
HCl
4
1 HCl yang ditambahkan pada alur 4 (F ) adalah 10% dari alur 1 (F )
4
1 F = 0,1 x F
= 0,1 x 3486,66681 kg/jam = 348,666681 kg/jam
4
4 F HCl = 37% x F
= 0,37 x 348,6 66681 kg/jam = 129,006672 kg/jam
5
4 F HCl = F HCl
= 129,006672 kg/jam i.
2 O
H
4
4
4 F H O = F - F HCl
2
= 348,666681 - 129,006672 kg/jam = 219,660009 kg/jam
3 N H
2 O =
=
5
3 N H O = N H O - r
2
2
= 96,85185583 - 0,012763353 = 96,83909248 kmol/jam
5
5
5
5
5
5 F H O = F - (F Selulosa + F + Lignin + F Lemak + F Protein
2
5
5
5
5 F Abu + F Impuritis + F HCl + F C
6 H
12 O 6 )
= (10,39026709 + 993,7000409 + 66,24666939 + 125,5200052 + 195,253341 + 27,89333448 + 129,006672 + 2297,403502) = 1733,253064 kg/jam
Tabel LA.3 Neraca Massa Reaktor Hidrolisa (RH-01)
Alur Masuk Alur Keluar Komponen Alur 3 (kg/jam) Alur 4 (kg/jam) Alur 5 (kg/jam)
10,39026709 - Selulosa 2078,053419 993,7000409 - Lignin 993,7000409 66,24666939 - Lemak 66,24666939
Protein 125,5200052 - 125,5200052
LE-26
2 O 1743,333405 219,660009 1733,253064
6 H
5
6
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
- H
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
- H
2 O
2 O
- HCl
- C
- HCl
- C
6 H
12 O
6
F
12 O
6 H
6
6 C-01
LA.3. Cooler (C-01) Fungsi : Untuk menurunkan temperatur yang keluar dari reaktor hidrolisa.
12 O 6 - - 2297,403502 Sub Total 5230,000215 348,666681 5578,666896 Total 5578,666896 5578,666896
HCl - 129,006672 129,006672 C
Impuritis 27,89333448 - 27,89333448 H
Tabel LA.3 Neraca Massa Reaktor Hidrolisa (RH-01)...(lanjutan) Abu 195,2533414 - 195,2533414
5 F
- HMF
6 Neraca massa komponen :
d. Protein F
6 Selulosa = Selulosa
LE-26
Neraca massa total : F
5
= F
a. Selulosa F
= 10,39026709 kg/jam
6 Protein = Protein
b. Lignin F
6 Lignin = F
5 Lignin
= 993,7000409 kg/jam
c. Lemak F
5 Lemak
= 66,24666939 kg/jam
6 Lemak = F
= 125,5200052 kg/jam
e. Abu
6
5 F Abu = F Abu
= 195,2533414 kg/jam
f. Impuritis
5 F6 Impuritis = F Impuritis
= 27,89333448 kg/jam
g. H
2 O
6
5 F H O = F H O
2
2
= 1733,253064 kg/jam
h. HCl
6
5 F HCl = F HCl
= 129,006672 kg/jam i. HMF (Hidroksi Metil furfural)
Hidroksi metil furfural terbentuk beberapa saat setelah reaksi terjadi yang berasal dari 1% glukosa yang terbentuk. Terbentuknya HMF menyebabkan perubahan warna pada produk.
6
5 F HMF
= 0,01 x F C
6 H
12 O
6
= 0,01 x 2297,403502 kg/jam = 22,97403502 kg/jam j. C H O
6
12
6
6
5 F C
6 H
12 O 6 = F C
6 H
12 O 6 - HMF
- = 2297,403502 22,97403502 kg/jam = 2274,429467 kg/jam
Tabel LA.4 Neraca Massa Cooler (C-01)
Alur Masuk Alur Keluar Komponen Alur 5 (kg/jam) Alur 6 (kg/jam)
Selulosa 10,39026709 10,39026709 Lignin 993,7000409 993,7000409 Lemak 66,24666939 66,24666939
Protein 125,5200052 125,5200052 Abu 195,2533414 195,2533414
LE-26
2 O 1743,333405 1743,333405
6 H
7
6 .
8
F
8
2 O
6 H
12 O
6
F
6
6 H
12 O
7
LA.4. Filter Press (FP-01) Fungsi : Untuk memisahkan sisa selulosa, protein, lemak, dan impuritis yang bercampur didalam larutan C
Total 5578,666896 5578,666896
HMF - 22,97403502
12 O 6 2297,403502 2274,429467
HCl 129,006672 129,006672 C
H
Tabel LA.4 Neraca Massa Cooler (C-101)...(lanjutan) Impuritis 27,89333448 27,89333448
6 F
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
- H
- H
- HCl
- C
FP-01
- HMF
- Selulosa
- Lignin
- Lemak
- Protein
- Abu
- Impuritis
- H
2 O
- HCl
- C
- HMF
- HCl
- C
- HMF
2 O
6 H
LE-26
6
12 O
6 H
Asumsi : Semua bahan padatan dapat dipishkan dari cairan, dan cairan yang terikut bersama padatan sebanyak 0.1%. Neraca massa total : F
6
= F
7
Selulosa F
7 Selulosa = F
6 Selulosa
= 10,39026709 kg/jam
6
12
O8 Neraca massa komponen : a.
- F
6 Lignin
LE-26
7 Impuritis = F
Sub Total 5578,666896 1423,163322 4155,503574 Total 5578,666896 5578,666896
HMF 22,97403502 0,022974035 22,95106098
12 O 6 2274,429467 2,274429467 2272,155037
HCl 129,006672 0,129006672 128,8776653 C
H
Abu 195,2533414 195,2533414 - Impuritis 27,89333448 27,89333448 -
Lemak 66,24666939 66,24666939 - Protein 125,5200052 125,5200052 -
Selulosa 10,39026709 10,39026709 - Lignin 993,7000409 993,7000409 -
Komponen
Alur Masuk Alur Keluar
Alur 6 (kg/jam) Alur 7 (kg/jam) Alur 8 (kg/jam)= 27,89333448 kg/jam Tabel LA.5 Neraca Massa Filter Press (FP-01)
6 Impuritis
Impuritis F
b. Lignin Lignin = F
= 195,2533414 kg/jam f.
6 Abu
7 Abu = F
F
= 125,5200052 kg/jam e. Abu
6 Protein
7 Protein = F
d. Protein F
= 66,24666939 kg/jam
6 Lemak
7 Lemak = F
c. Lemak F
= 993,7000409 kg/jam
2 O 1733,253064 1,733253064 1731,519811
6 H
- H
10
2 O
- HCl
- C
- NaCl
- C
8 F
10
2 O
6 H
12 O
6
F
9
- NaOH 95%
- H
- H
2 O F
8
12 O
6 H
6
RN-01
9
8
Konversi : 100% terhadap HCl Neraca massa total : F
2 O
Reaksi : HCl + NaOH NaCl + H
LA. 5 Reaktor Netralisasi (RN-01) Fungsi : Untuk menetralkan suasana asam didalam larutan C6H12O6 dengan penambahan NaOH sebagai zat penetral.
9
- HMF
- HMF
10 Neraca massa komponen :
- F
= F
12 O
= 2272,155037 kg/jam
6
12 O
6 H
8 C
= F
6
6 H
Ʈ . M) = 0 + ( 8,42258224x 1 x 58,45 ) = 206,6185621 kg/jam
10 C
6 F
12 O
6 H
a. C
= F
LE-26
b. NaOH F
8 NaCl + (r .
8 HCl - (r .
9 NaOH = 141,3985027 kg/jam
Ʈ . M) = 128,8776653 - ( r x 1 x 36,458 ) r = 3,534962568 kg/jam
F d. HMF
10 NaOH = F
10 HCl
Ʈ . M) = F
9 NaOH - (8,42258224 x 1 x 40 )
F
F
10 NaCl = F
9 NaOH = 37% x F
9
141,3985027 = 0,37 x F
9 F
9
= 382,1581154 kg/jam
c. NaCl F
9 NaOH - (r .
10
8 F HMF = F HMF
22,95106098 kg/jam =
e. H
2 O
10
8
9 F = F + F
= 4155,503574 + 382,1581154 kg/jam = 4537,66169 kg/jam
10
10
10
10
10 F H
2 O NaCl + F C
6 H
12 O
6
= F - ( F + F HMF = 4537,66169 - (206,6185621 + 2272,155037 + 22,95106098)
2035,937029 kg/jam =
9
9
9 NaOH
F H
2 O = F - F
= 382,1581154 - 141,3985027 kg/jam 240,7596127 kg/jam
= Tabel LA.6 Neraca Massa Reaktor Netralisasi (RN-01)
Alur Masuk Alur Keluar Komponen
Alur 8 (kg/jam) Alur 9 (kg/jam) Alur 10 (kg/jam)
H
2 O 1731,519811 240,7596127 2035,937029
- C H O 128,8776653 2272,155037
6
12
6
- HCl 22,95106098 - HMF 2272,155037 - 22,95106098
NaOH - 141,3985027 -
- NaCl - 206,6185621
Sub Total 4155,503574 382,1581154 4537,66169 Total 4537,66169 4537,66169
LA.6 Tangki Dekanter (TD – 01) Fungsi : Untuk memisahkan NaCl yang bercampur didalam larutan glukosa.
10
12 F F
- H
2 O -H
2 O
10
12 TD-01
- NaCl -C
6 H
12 O
6
- C H O -HMF
6
12
6
- HMF
11
11 F
- H
2 O
- NaCl
- C H O
6
12
6
- HMF
LE-26 Asumsi : Semua NaCl dapat dipisahkan, tetapi C
6 H
12 O 6, H
2 O dan HMF terikut sebanyak 0.1% bersama NaCl.
3 Densitas dari :
2 O = 1 gr/cm
ρH
3
= 1.29 gr/cm ρHMF
3
6 H
12 O
6 = 1.54 gr/cm
ρC
3
= 2.16 gr/cm ρNaCl
10
11
12 Neraca massa total : F = F + F
Neraca massa komponen :
a. C H O
6
12
6
11
10 F C
6 H
12 O = 0,1% x F C
6 H
12 O
6
= 0,001 x 2272,155037 kg/jam 2,272155037 kg/jam
=
12
10
11 F C
6 H
12 O 6 = F C
6 H
12 O 6 - F C
6 H
12 O
6
2272,155037 - 2,272155037 kg/jam =
2269,882882 kg/jam =
b. H O
2
11
10 F H
2 O = 0,1% x F H
2 O
= 0,001 x 2035,937029 kg/jam = 2,035937029 kg/jam
12
10
11 F H
2 O =
F H
2 O - F H
2 O
2035,937029 - 2,035937029 kg/jam = = 2033,901092 kg/jam
c. HMF
11
10 F HMF = 0,1% x F HMF
0,001 x 22,95106098 kg/jam =
0,022951061 kg/jam =
12
10
11 F HMF =
F HMF - F HMF
- = 22,95106098 0,022951061 kg/jam = 22,92810992 kg/jam
d. NaCl
11
10 F NaCl = F NaCl
= 206,6185621 kg/jam
LE-26 Tabel LA.7 Neraca Massa Tangki Dekanter (TD-01)
Alur Masuk Alur Keluar
Komponen Alur 10 (kg/jam) Alur 11 (kg/jam) Alur 12 (kg/jam)H O 2035,937029 2,035937029 2033,901092
2 C
6 H
12 O 6 2272,155037 2,272155037 2269,882882
HMF 22,95106098 0,022951061 22,92810992 NaCl 206,6185621 206,6185621 -
Sub Total 4537,66169 210,9496052 4326,712085 Total 4537,66169 4537,66169
LA.7 Tangki Decolorizing (TDL-01) Fungsi : Untuk menghilangkan zat warna yang ada di dalam larutan glukosa dengan menggunakan karbon aktif.
13 F
- Karbon Aktif
12
14
13 F F
- H O -H O
2
2
12
14 TDL-01
- C
6 H
12 O
6 -C
6 H
12 O
6
- HMF -Karbon Aktif Asumsi : HMF yang menyebabkan warna, habis terserap oleh karbon aktif.
12
13
14 Neraca massa total : F + F = F
Neraca massa komponen :
a. C H O
6
12
6
14
12 F C
6 H
12 O 6 = F C
6 H
12 O
6
= 2269,882882 kg/jam
b. H O
2
14
12 F H
2 O = F H
2 O
= 2033,901092 kg/jam
c. Karbon aktif
12
1 Karbon aktif yang ditambahkan pada alur 12 (F ) adalah 2.2% dari alur 1 (F ).
1
13 F Karbon aktif = 2,2% x F
LE-26