LAMPIRAN A NERACA MASSA

  

LAMPIRAN A

NERACA MASSA

  Pra-perancangan pabrik pembuatan Natrium Laktat dilaksanakan untuk kapasitas produksi sebesar 1800 ton/tahun, dengan ketentuan sebagai berikut: Waktu operasi : 330 hari/tahun 1 hari operasi : 24 jam/hari Produk akhir : Natrium Laktat dengan kemurnian 50% Maka kapasitas produksi natrium laktat per jam adalah: Untuk menghasilkan natrium laktat sebanyak 227,2727 kg/jam, maka dari hasil perhitungan mundur diperoleh bahwa molase yang diperlukan adalah 113,5270 kg/jam sebagai basis perhitungan. Diagram proses untuk pembuatan natrium laktat dari molase dapat dilihat pada Gambar A.1.

  Culture Tank (M-105)

  Diamonium fosfat Air maltsprout air monosakarida Diamonium fosfat

  Gambar A.1 Diagram Alir Proses Pembuatan Natrium Laktat dari Molase Universitas Sumatera Utara

  Air Asam laktat Air NaOH Natrium Laktat 50%

  Tangki Mixer

  Air Asam laktat 70% NaOH 50% air

  CaSO ₄ Air Asam laktat Evaporator II (EV-310)

  H ₂ SO ₄ 98% Air Air Asam laktat CaSO ₄ Air Asam laktat

  Tangki Mixer III (M-303)

  Monosakarida Maltsprout Kalsium fosfat air Kalsium laktat air

  Press I (F-206) air Kalsium laktat

  Mixer II (M-201) Ca(OH) ₂ Air Filter

  Air Maltsprout CaCO ₃ Ca(OH) ₂ Air NH ₃ Monosakarida Maltsprout Kalsium fosfat air Kalsium laktat Tangki

  Air NaOH 50% =2,3574 ton/hari (cair) 30 ^o C monosakarida

  Diamonium fosfat CaCO ₃ Fermentor (R-107)

  Reaktor Natrium Laktat (R-403)

  NaOH Asam laktat Air NaOH

Natrium Laktat

  Tangki NaOH 50% (T-401)

  (F-307) Air

  H ₂ SO ₄ air Filter Press II

  Tangki Acidifier (M-305)

  Evaporator (EV-208) Kalsium laktat air

  CO ₂ Monosakarida Maltsprout Diamonium fosfat

air

Kalsium laktat Molasse

  (M-103) Maltsprout

  (M-204) Tangki Mixer I

  CaCO ₃ Kultur bakteri Tangki Koagulasi

IV (M-406)

  A.1 Neraca Tangki Mixer I (M-103) Diamonium fosfat H O ₂

  3

  

5

Maltsprout

4 Molase:

  2 42% monosakarida Monosakarida 12%

  6 37% sukrosa Maltsprout 21% air Diamonium fosfat

  Air

  Tangki Mixer I berfungsi untuk mencampur molase dengan nutrien berupa diamonium fosfat dan malsprout serta air. Asumsi sukrosa yang terkandung dalam molase terhidrolisis seluruhnya menjadi monosakarida. C H O + H O  2 C H O .... reaksi 1

  12

  22

  11

  2

  6

  12

6 Sukrosa air monosakarida

  Nutrien yang ditambahkan yaitu diamonium fosfat sebanyak 0,5% berat molase dan Maltsprout 2 % sebanyak berat molase, dan monosakarida diencerkan hingga

  LA-1 konsentrasi 12% (Prescott, 1959).

  Neraca massa total F = F + F + F + F

  6

  2

  3

  4 5 …(1)

  Neraca alur 2 F = 113,5270 kg/jam

  2 Tabel A.1 Komposisi Molase

  Komposisi Kadar (%) Glukosa

  21 Fruktosa

  21 Sukrosa

  37 Air

  21 Sumber: Hui, 2006 Dari Tabel LA.1 dapat dilihat bahwa kandungan sukrosa adalah 37%, sedangkan kandungan monosakarida adalah 42%, di mana kandungan glukosa dan fruktosa yang merupakan monosakarida dijumlahkan. F = 0,42 × F = 47,6813 kg/jam

  2 monosakarida

  2 F = 0,37 × F = 42,0050 kg/jam 2 sukrosa

  2 F = 0,21 × F = 23,8407 kg/jam

  2 air

2 Mol masing-masing komponen alur 2

  N = 47,6813 kg/jam / Mr

  2 monosakarida C6H12O6

  = 47,6813 kg/jam / 180,16 kg/kgmol = 0,2647 kgmol/jam N = 42,0050 kg/jam / Mr

  2 sukrosa C12H22O11

  = 42,0050 kg/jam / 320,3 kg/kgmol = 0,1227 kgmol/jam N = 23,8407 kg/jam / Mr

  2 air H2O

  = 23,8407 kg/jam / 18 kg/kgmol = 1,3245 kgmol/jam Menurut reaksi 1 C H O + H O  2 C H O

  12

  22

  11

  2

  6

  12

  6 Sukrosa air monosakarida

  Asumsi seluruh sukrosa terhidrolisis sempurna menjadi monosakarida Di mana X = konversi N = jumlah mol reaktan σ = koefisien stoikiometri reaktan r = jumlah mol reaktan yang terkonversi pada reaksi 1

  1 F = 1,2018 kgmol/jam × Mr = 1,2018 kgmol/jam ×18 kg/kgmol air setelah reaksi air

  = 21,6318 kg/jam F = 0,5101 kgmol/jam × Mr

  monosakarida setelah reaksi C6H12O6

  = 0,5101 kgmol/jam × 180,16kg/kgmol = 91,8976 kg/jam Nutrien yang ditambahkan yaitu diamonium fosfat sebanyak 0,5% berat molase dan Maltsprout 2 % sebanyak berat molase (Prescott, 1959). Neraca alur 3 F = 0,005 × F = 0,005 × 113,5270 kg/jam = 0,5676 kg/jam

  3

2 Neraca alur 4

  F = 0,02 × F = 0,02 × 113,5270 kg/jam = 2,2705 kg/jam

  4

2 Neraca alur 6

  F = F = 91,8976 kg/jam

  6 monosakarida monosakarida setelah reaksi Monosakarida pada alur 5 diencerkan hingga konsentrasi 12% (Prescott, 1959).

  F = F × 0,12

  6 monosakarida

  6 F = F /0,12 = 91,8976 kg/jam /0,12 = 765,8133 kg/jam 6 6 monosakarida

  F = F = 0,5676 kg/jam

  6 diamonium fosfat

  3 F = F = 2,2705 6 maltsprout

  4 F = F + F 6 air 5 air setelah reaksi

  Dari persamaan (1): F = F + F + F + F

  6

  2

  3

  4

  

5

Diperoleh F = F

  5 6 – F 2 – F 3 – F

4 F = 649,4482 kg/jam

  5

  sehingga F = 649,4482 kg/jam + 21,6318 kg/jam

  6 air

  = 671,0776 kg/jam

  Tabel A.2 Data Laju Alir Tangki Mixer I (M-103)

  Masuk (kg/jam) Keluar Komponen

  (kg/jam) Alur 2 Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6

  Monosakarida 47,6813 91,8976

  Sukrosa 42,0050 Air 23,8407 649,4482 671,0776 Maltsprout 2,2705 2,2705 Diamonium

  0,5676 0,5676 fosfat 113,5270 0,5676 2,2705 649,4482 765,8133

  Total 765,8133 765,8133

  A.2 Neraca Culture Tank (M-106) CaCO ₃

7 Culture

  8 injection Monosakarida

  6 Maltsprout

  9 Monosakarida 12% Diamonium fosfat Maltsprout Air Diamonium fosfat CaCO3 Air

  Culture Tank (M-106) berfungsi untuk mencampur bahan baku dengan kultur bakter dan CaCO sebagai pengatur pH

  Lactobacillus delbrueckii

3 CaCO yang ditambahkan adalah 5% dari CaCO yang dibutuhkan

  3

  3 Neraca Total

  F = F + F + F

  9

  6

  7

  8 Menghitung CaCO yang dibutuhkan

  3 Reaksi yang terjadi pada fermentor

  C H O

  2 CH

  6

  12

  6

  3 CHOHCOOH … reaksi 2 Lactobacillus delbrueckii

  Monosakarida asam laktat 2 CH CHOHCOOH + CaCO  Ca(CH CHOHCOO) + H O + CO ...

  3

  3

  3

  2

  2

  2

  reaksi 3 Asam laktat kalsium karbonat kalsium laktat air karbon dioksida

  Konversi monosakarida sebesar 95% (Inskeep, 1954)   Asumsi seluruh asam laktat terkonversi menjadi kalsium laktat F = 91,8976 kg/jam

  6 monosakarida

  N = 91,8976 kg/jam /180,16 kg/kgmol = 0,5101 kgmol/jam

  6 monosakarida

  Menurut reaksi 2 C H O  2 CH CHOHCOOH konversi 95% (Inskeep,1954)

  6

  12

  6

3 Monosakarida asam laktat

  Dengan menggunakan persamaan (2)

  N = 0 + (2) (0,4846 kgmol/jam) = 0,9692 kgmol/jam

  asam laktat yang terbentuk dari reaksi 2

  N = 0,5101 + (-1) (0,4846) = 0,0255 kgmol/jam

  monosakarida yang tersisa

  F = 0,0255 kgmol/jam× 180,16 kg/kgmol = 4,5949 kg/jam

  monosakarida yang tersisa

  Menurut reaksi 3

  2 CH CHOHCOOH + CaCO  Ca(CH CHOHCOO) + H O + CO

  3

  3

  3

  2

  2

  2 Asam laktat kalsium karbonat kalsium laktat air karbon

  dioksida Asumsi seluruh asam laktat bereaksi dengan kalsium karbonat membentuk kalsium laktat Dengan menggunakan persamaan (2) F = 0,4846 kgmol/jam × 100,09 kg/kgmol = 48,4584 kg/jam

  CaCO3 yang diperlukan

  Neraca alur 7 CaCO pada alur 7 adalah 5% dari jumlah CaCO yang diperlukan, sehingga

  3

  3 F = 0,05× F = 0,05 × 48,4584 kg/jam = 2,4229 kg/jam

7 CaCO3 yang diperlukan

  Menghitung kultur bakteri yang diinjeksikan x = Y (S

  R – S) (Stanbury, 1984)

  di mana: x = konsentrasi biomassa yang dihasilkan Y= faktor yield S = konsentrasi substrat awal

  R

  S = konsentasi substrat akhir (Stanbury, 1984) Untuk bakteri dengan substrat molase Y = 0,51 g sel/ g substrat (Stanbury, 1984)

  S = konsentrasi monosakarida = 12% = 0,12

  R

  x = Y (S

  R – S)

  x = 0,51 (0,12

• – 0,006) = 0,0583 konsentrasi bakteri pada awal fasa log dapat dicari dari persamaan berikut: ln x = ln x + u t

  t

  x = x =0,0583

  t

• 1

  u = 0,36 jam (Stanbury, 1984) t = 24 jam ln 0,0612 = ln x + 0,36 (24)

• 5

  x = 1,03×10 F = 102,1084 kg/jam

  6 monosakarida

• 5

  Kultur bakteri yang diinjeksikan = 91,8976 kg/jam × 1,03×10 = 0,0009 kg/jam

  Neraca alur 8 F = 0,0009 kg/jam

8 Neraca alur 9

  F = F + F + F

  9

  6

  7

8 F = 768,2372 kg/jam

  9 F = F = 91,8976 kg/jam 9 monosakarida 6 monosakarida

  F = F = 2,2705 kg/jam

  9 maltsprout 6 maltsprout

  F = F = 0,5676 kg/jam

  9 diamonium posfat 6 diamonium posfat

  F = F = 671,0776 kg/jam

  9 air 6 air

  F = F = 2,4229

9 CaCO3

  7

  Tabel A.3 Data Laju Alir Culture Tank (M-106)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 6 Alur 7 Alur 8 Alur 9 Monosakarida 91,8976 91,8976 Air 2,2705 2,2705 Maltsprout 671,0776 671,0776 Diamonium

  0,5676 0,5676 fosfat CaCO 2,4229 2,4229

3 Kultur

  0,0009 0,0009 765,8133 2,4229 0,0009 768,2372

  Total 768,2372 768,2372

  A.3 Neraca Fermentor (R-108) CaCO3 CO2

  10 Monosakarida Maltsprout

  11 Diamonium fosfat

Air

  9 CaCO3 Monosakarida

  12 Maltsprout Diamonium fosfat Air Kalsium Laktat

  Fermentor (R-108) berfungsi sebagai tempat fermentasi mengubah monosakarida menjadi asam laktat dengan lama fermentasi 24 jam. Reaksi: C H O

  2 CH

  6

  12

  6

  3 CHOHCOOH … reaksi 2 Lactobacillus delbrueckii

  Monosakarida asam laktat Konversi monosakarida sebesar 95% (Inskeep, 1954) 2 CH CHOHCOOH + CaCO  Ca(CH CHOHCOO) + H O + CO ...

  3

  3

  3

  2

  2

  2

  reaksi 3 Asam laktat kalsium karbonat kalsium laktat air karbon dioksida Asumsi seluruh asam laktat terkonversi menjadi kalsium laktat Dari LA.2 diperoleh F = 91,8976 kg/jam

  6 monosakarida

  N = 91,8976 kg/jam /180,16 kg/kgmol = 0,5101 kgmol/jam

  6 monosakarida Menurut reaksi 2 C H O  2 CH CHOHCOOH konversi 95% (Inskeep,1954)

  6

  12

  6

3 Monosakarida asam laktat

  Dengan menggunakan persamaan (2) N = 0 + (2) (0,4846 kgmol/jam) = 1,0769 kgmol/jam

  asam laktat yang terbentuk dari reaksi 2

  N = 0,5101 + (-1) (0,4846) = 0,0255 kgmol/jam

  monosakarida yang tersisa

  F = 0,0255 kgmol/jam× 180,16 kg/kgmol = 4,5949 kg/jam

  monosakarida yang tersisa

  Menurut reaksi 3

  2 CH CHOHCOOH + CaCO  Ca(CH CHOHCOO) + H O + CO

  3

  3

  3

  2

  2

  2 Asam laktat kalsium karbonat kalsium laktat air karbon

  dioksida Asumsi seluruh asam laktat bereaksi dengan kalsium karbonat membentuk kalsium laktat Dengan menggunakan persamaan (2) F = 0,4846 kgmol/jam × 100,09 kg/kgmol = 48,4584 kg/jam

  CaCO3 yang diperlukan

  N = 0 + (1) r = 0,4846 kgmol/jam

  kalsium laktat yang terbentuk

  3 F = 0,4846 kgmol/jam × Mr kalsium laktat yang terbentuk kalsium laktat

  = 0,4846 kgmol/jam × 218,212 kg/kgmol = 105,7421 kg/jam N = 0 + (1) r = 0,4846 kgmol/jam

  air yang terbentuk

  3 F = 0,4846 kgmol/jam × Mr air yang terbentuk air

  = 0,4846 kgmol/jam × 18 kg/kgmol = 8,7225 kg/jam N = 0 + (1) r = 0,4846 kgmol/jam

  karbon dioksida yang terbentuk

  3 F = 0,4846 kgmol/jam × Mr karbon dioksida yang terbentuk karbon dioksida

  = 0,4846 kgmol/jam × 44 kg/kgmol = 21,3217 kg/jam Neraca total F + F = F + F

  9

  10

  11

12 Neraca Alur 10

  Karena 5% dari jumlah CaCO yang diperlukan telah dimasukan pada Tangki Mixer

  3

  (M-105) di LA.2, maka sisa 95% lagi yang harus ditambahkan F = 0,95 × F

10 CaCO3 yang dibutuhkan

  = 0,95 × 48,4584 kg/jam = 46,0355kg/jam Neraca Alur 11 F = F = 21,3217 kg/jam

  11 karbon dioksida yang terbentuk

  Neraca Alur 12 F = F = 105,7421 kg/jam

  12 kalsium laktat kalsium laktat yang terbentuk

  F = F + F

  12 air air yang terbentuk 9 air

  = 8,7225kg/jam + 671,0776 kg/jam = 679,8001 kg/jam

  F = F = 4,5949 kg/jam

  12 monosakarida monosakarida yang tersisa

  F = F = 2,2705 kg/jam

  12 maltsprout 9 maltsprout

  F = F = 5676 kg/jam

  12 diamonium posfat 9 diamonium posfat

  F = F + F + F + F + F

  12 12 kalsium laktat 12 air 12 monosakarida 12 maltsprout 12 diamonium posfat

  F = 814,2970 kg/jam

  12 Tabel A.4 Data Laju Alir Fermentor (R-108)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 9 Alur 10 Alur 11 Alur 12 Kalsium laktat

  105,7421 Monosakarida 91,8976 4,5949 Air 671,0776 679,8001 Maltsprout 2,2705 2,2705 Diamonium

  0,5676 0,5676 fosfat CO

  21,3217

2 CaCO 2,4229 46,0355

  3

  768,2363 46,0355 21,3217 792,9753 Total

  814,2718 814,2970 Reaksi 0,0280 Total 814,2970 814,2970

  A.4 Neraca Tangki Koagulasi (M-203) NH

₃

Ca(OH) 0,1% ₂ air

  33

  13 Monosakarida Maltsprout

12 Diamonium fosfat

  Air Kalsium Laktat Monosakarida Maltsprout

  14 kalsium fosfat Air Kalsium Laktat

  Tangki Koagulasi (M-204) berfungsi untuk mengendapkan diamonium fosfat menjadi endapan kalsium fosfat. F = F

  12

13 Ca(OH) yang ditambahkan kadarnya 0,1% (Inskeep, 1954)

  2

  2(NH ) HPO + 3Ca(OH)  Ca (PO ) + 6H O + 4NH

  4

  2

  4

  2

  3

  4

  

2

  2 3 …reaksi 4

  Diamonium kalsium kalsium fosfat air ammonia fosfat hidroksida Asumsi seluruh diamonium fosfat bereaksi dengan kalsium hidroksida F = 0,5676 kg/jam

  12 diamonium fosfat

  N = 0,5676 kg/jam / Mr = 0,5676 kg/jam/132,07 kg/kgmol

  12 diamonium fosfat diamonium fosfat

  = 0,0043 kgmol/jam dengan menggunakan persamaan (2) F = 0,0064kgmol/jam×Mr =0,0064kgmol/jam×74,1 kg/kgmol

  Ca(OH)2 yang diperlukan Ca(OH)2

  = 0,4777 kg/jam Neraca Alur 33 F = F = 0,4777 kg/jam

33 Ca(OH)2 Ca(OH)2 yang diperlukan

  Yang digunakan adalah suspensi Ca(OH) dengan konsentrasi 0,1%, sehingga F

  

2

  40

  dapat dihitung F = F /0,001= 0,4777 kg/jam /0,001 = 477,7210 kg/jam

  33

  33 Ca(OH)2

  F air = F = 477, 7210 kg/jam - 0, 4777 kg/jam= 4772432 kg/jam

  33 33 – F

  33 Ca(OH)2

  Neraca Alur 14 N = 0 + 4r = 4 (0,0021 kgmol/jam) = 0,0086 kgmol/jam

  NH3 yang terbentuk dari reaksi 4

  4 F = N × Mr NH

  14 NH3 yang terbentuk dari reaksi 4

  3

  = 0,0086 kgmol/jam × 17 kg/kgmol = 0,1461 kg/jam Neraca Alur 14 F = F

  14 monosakarida 12 monosakarida

  = 4,5949 kg/jam F = F

  14 maltsprout 12 maltsprout

  = 2,2705 kg/jam N = 0 + (1)r = 0,0021 kgmol/jam

  Ca3(PO4)2 yang terbentuk dari reaksi 4

  4 F = N × Mr Ca (PO )

  14 Ca3(PO4)2 Ca3(PO4)2 yang terbentuk dari reaksi 4

  3

  4

  2

  =0,0021 kgmol/jam×310,20kg/kgmol =0,6679 kg/jam N = 0 + 6 r = 6 (0,0021 kgmol/jam) = 0,0129 kgmol/jam

  air yang terbentuk dari reaksi 4

  4 F = 0,0129 kgmol/jam×18kg/kgmol = 0,2321 kg/jam air yang terbentuk dari reaksi 4

  F = F + F F +

  14 air H2O yang terbentuk dari reaksi 4 12 air 33 air

  = 0,2321 kg/jam + 679,8001 kg/jam + 477,2432 kg/jam = 1157,2754 kg/jam

  F = F

  14 kalsium laktat 12 kalsium laktat

  = 105,7421 kg/jam F = F + F +F + F +F

  14 14 monosakarida 14 maltsprout

  14 Ca3(PO4)2 14 air 14 kalsium laktat

  F = 1270,6970 kg/jam

  14

  Tabel A.5 Data Laju Alir Tangki Koagulasi (M-203)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 12 Alur 33 Alur 13 Alur 14 Kalsium laktat 105,7421 105,7421 Kalsium fosfat

  0,6679 Monosakarida 4,5949 4,5949 Air 679,8001 477,2432 1157,2754 Maltsprout 2,2705 2,2705 Diamonium

  0,5676 fosfat Ammonia 0,1461 Ca(OH) 0,4777

  2

  792,9753 477,7210 0,1461 1270,5509 Total

  1270,6962 1270,6970 Reaksi 0,001 Total 1270,6970 1270,6970

  A.5 Neraca Tangki Mixer II (M-201) Air Ca(OH) ²

  31

  32 Ca(OH) ^{2 0,1%}

  33 air

  Tangki Mixer II (M-201) berfungsi untuk mencampur Ca(OH) serbuk dengan air

  2

  untuk membentuk suspensi Ca(OH) 0,1%

2 Dari LA.4 diperoleh bahwa alur 40

  Neraca Alur 33 F = 0,4777 kg/jam

  33 Ca(OH)2

  F air = 477,2432 kg/jam

  33 F = 477,7210 kg/jam

  33 Neraca Alur 31

  F = F = 0,4777 kg/jam

  31

33 Ca(OH)2

  Neraca Alur 32 F = F air = 477,2432 kg/jam

  32

  33 Tabel A.6 Data Laju Alir Tangki Mixer II (M-201)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 31 Alur 32 Alur 33 Air 477,2432 477,2432 Ca(OH) 0,4777 0,4777

  2

  477,2432 0,4777 477,7210 Total

  477,7210 477,7210

  A.6 Neraca Filter Press I (F-205) Monosakarida Air Maltsprout Kalsium Laktat

  16

  14 kalsium fosfat Air

15 Kalsium Laktat

  Monosakarida Maltsprout kalsium fosfat Air Kalsium Laktat

  Filter Press I (F-206) berfungsi untuk memisahkan padatan berupa kalsium fosfat dan mempunyai effisiensi alat 98%, sehingga air dan kalsium laktat masing-masing terikut 2% pada alur 15. Neraca Total F = F + F

  14

  15

16 Neraca Alur 15

  F = F = 4,5949 kg/jam

  15 monosakarida 14 monosakarida

  F = F = 2,2705 kg/jam

  15 maltsprout 14 maltsprout

  F = F = 0,6679 kg/jam

  15 Ca3(PO4)2

  14 Ca3(PO4)2

  F = 2% × F = 0,02 × 1157,2754 = 23,1455 kg/jam

  15 air 14 air

  F = 2% × F = 0,02 × 105,7421 = 2,1148 kg/jam

  15 kalsium laktat 14 kalsium laktat

  F = F + F + F + F + F

  15 15 monosakarida 15 maltsprout

  15 Ca3(PO4)2 15 air 15 kalsium laktat

  F = 32,7937 kg/jam

  15 Neraca Alur 16 F = F = 1157,2754kg/jam + 23,1455kg/jam

  16 air 14 air – F 15 air

  = 1134,1299 kg/jam F = F =105,7421 kg/jam - 2,1148 kg/jam

  16 kalsium laktat 14 kalsium laktat – F 15 kalsium laktat

  = 103,6273 kg/jam F = F - F = 1237,7572 kg/jam

  16 16 air 16 kalsium laktat Tabel A.7 Data Laju Alir Filter Press I (F-205)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 14 Alur 15 Alur 16 Kalsium laktat 105,7421 2,1148 Kalsium fosfat 0,6679 0,6679 103,6273 Monosakarida 4,5949 4,5949 Air 1157,2754 23,1455 1134,1299 Maltsprout 2,2705 2,2705

  1270,5509 32,7937 1237,7572 Total

  1270,5509 1270,5509

A. 7 Evaporator I (FE-209)

  Air

  17 Air

  16 Kalsium Laktat

Air

18 Kalsium Laktat 32%

  Evaporator I (FE-209) berfungsi untuk menguapkan air, sehingga kadar kalsium laktat mencapai 32%(Inskeep, 1954). Dari LA.6 diperoleh Neraca Alur 16 F = 1134,1299 kg/jam

  16 air

  F = 103,6273 kg/jam

  16 kalsium laktat

  F = 1237,7572 kg/jam

16 Neraca Alur 18

  F = F = 103,6273 kg/jam

  18 kalsium laktat 16 kalsium laktat F = F /32%

  18 18 kalsium laktat

  F = 103,6273 kg/jam /32% = 323,8353 kg/jam

  18 F = F 18 air 18 – F 18 kalsium laktat

  = 323,8353 kg/jam

• – 103,6273 kg/jam = 220,2080 kg/jam Neraca Alur 17 F = F = 1237,7572 kg/jam - 323,8353 kg/jam = 913,9219 kg/jam

  17 16 – F

  18 Tabel A.8 Data Laju Alir Evaporator I (EV-209)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 16 Alur 17 Alur 18 Kalsium laktat 103,6273 103,6273 Air 1134,1299 913,9219 220,2080

  1237,7572 913,9219 323,8353 Total

  1237,7572 1237,7572

  A.8 Neraca Tangki Acidifier (M-305) H ^{2 SO}

^{4 0,01M}

  21 Air

18 Kalsium Laktat 32%

  Air Asam Laktat

  

22

CaSO ₄ F = F

  17

18 Tangki Acidifier (M-305) berfungsi untuk mereaksikan kalsium laktat sehingga menjadi asam laktat.

  Reaksi Ca(CH CHOHCOO) + H SO  CaSO + 2 CH

  3

  2

  2

  4

  4

  3 CHOHCOOH …reaksi 5

  Kalsium laktat asam sulfat kalsium sulfat asam laktat Asumsi kalsium laktat seluruhnya terkonversi menjadi kalsium sulfat F = 103,6273 kg/jam

  18 kalsium laktat

  N = 103,6273 kg/jam / Mr = 103,6273 kg/jam / 218,212kg/kgmol

  kalsium laktat kalsium laktat

  = 0,4749 kgmol/jam dengan menggunakan persamaan (2) Neraca Alur 21 Mol asam sulfat yang diperlukan untuk reaksi 5 F = N × Mr H SO = 0,4749 kgmol/jam × 98,08 kg/kgmol

21 H2SO4 H2SO4

  2

  4

  = 46,5775 kg/jam Konsentrasi larutan H SO yang digunakan adalah 0,01M

  2

  4 V =N / M = 0,4749 kgmol/jam / 0,01M larutan H2SO4 H2SO4 H2SO4

  = 47,4893 liter/jam V = V + V

  larutan H2SO4 air H2SO4

  V = V - V

  air larutan H2SO4 H2SO4

  V = V )

  air larutan H2SO4 – (F H2SO4 / ρ H2SO4

  = 1,84 kg/liter (Perry, 1999)

H2SO4

  Di mana ρ V = 47,4893 liter/jam

  air – (46,5775 kg/jam / 1,84 kg/liter)

  = 22,1754 liter/jam F = V

  21 air air air

  × ρ

  o

  30 C = 0,99568 kg/liter (Geankoplis, 2003) Di mana ρ air pada F = 22,1754 liter/jam × 0,99568 kg/liter = 22,0796 kg/jam

  21 air

  F = F + F = 46,5775 kg/jam+ 22,0796 kg/jam

  21 21 air

21 H2SO4

  = 68,6571 kg/jam Neraca Alur 22 mol CaSO yang terbentuk dari reaksi 5 adalah

  4 N = 0 + 1 r = 0,4749 kgmol/jam CaSO4

  5 F = N × Mr CaSO = 0,4749 kgmol/jam×136kg/kgmol

  22 CaSO4 CaSO4

  4

  = 64,5854 kg/jam mol asam laktat yang terbentuk dari reaksi 5 adalah N = 0 + 2 r = 2(0,4749 kgmol/jam) = 0,9498 kgmol/jam

  asam laktat

  5 F = N × Mr 22 asam laktat asam laktat asam laktat

  = 0,9498 kgmol/jam×90kg/kgmol = 85,4807 kg/jam F = F + F

  22 air 18 air 21 air

  = 220,2080 kg/jam + 22,0796 kg/jam = 242,2876 kg/jam F = F + F + F CaSO

  22 24 air 24 asam laktat

  24

  4 F = 392,3537 kg/jam

  22 Tabel A.9 Data Laju Alir Tangki Acidifier (M-305)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 18 Alur 21 Alur 22 Kalsium laktat 103,6273 Air 220,2080 22,0796 242,2876 H SO 46,5775

  2

  4 CaSO

  64,5854

  4 Asam Laktat

  85,4807 323,8353 68,6571 392,3537

  Total 392,4924 392,3537

  Reaksi 0,1387

  Total 392,4924 392,4924

  A.9 Neraca Tangki Mixer III (M-303)

  20 air H SO 98% _{2 4}

21 H SO 0,01M air

  _{2 4}

  19 Tangki Mixer 3 (M-303) berfungsi untuk mengencerkan asam sulfat dari 98% hingga konsentrasinya menjadi 0,01 M.

  Dari LA.8 diperoleh Neraca Alur 21 F = 46,5775 kg/jam

  21 asam sulfat

  F = 22,0796 kg/jam

  21 air

  F = 68,6571 kg/jam

  21 Neraca Alur 19

  Kadar asam sulfat di alur 19 adalah 98% F = F = 46,5775 kg/jam

  19 asam sulfat 21 asam sulfat

  F = 46,5775 kg/jam /98% = 47,5280 kg/jam

  19 F air = 47,5280 kg/jam × 2% = 0,9506 kg/jam

  19 Neraca Alur 20 F = F =68,6571 kg/jam - 47,5280 kg/jam = 21,291 kg/jam

  20 21 – F

  19 Tabel A.10 Data Laju Alir Tangki Mixer III (M-303)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 19 Alur 20 Alur 21 Air 0,9506 21,1291 22,0796 H SO 46,5775 46,5775

  2

  4

  47,5280 21,1291 68,6571 Total

  68,6571 68,6571

  A.10 Filter Press II (F-307) Air Air Asam Laktat Asam Laktat

  24

  22 Kalsium sulfat

  23 Air Asam Laktat Kalsium sulfat

  Filter Press II (F-307) berfungsi untuk memisahkan padatan berupa kalsium sulfat dan mempunyai effisiensi alat 98%, sehingga air dan asam laktat masing-masing terikut 2% pada alur 23. Neraca Total F =F + F

  22

  23

24 Dari A.8 diperoleh

  Neraca Alur 22 F = 64,5854 kg/jam

  22 CaSO4

  F = 85,4807 kg/jam

  22 asam laktat

  F = 242,28764 kg/jam

  22 air

  F = 392,3537 kg/jam

  22 Neraca Alur 23

  F = F = 64,5854 kg/jam

  23 CaSO4

  22 CaSO4

  F = 2% × F = 0,02 242,28764 kg/jam = 4,8458 kg/jam

  23 air 22 air

  F = 2% × F = 0,02 × 85,4807 kg/jam = 1,7096 kg/jam

  23 asam laktat 22 asam laktat F = F + F + F

  23

  23 CaSO4 23 air 23 asam laktat

  F = 71,1408 kg/jam

23 Neraca Alur 24

  F = F = 392,3537 kg/jam - 71,1408 kg/jam = 321,2129 kg/jam

  24

  22

  23

• – F F = F = 242,28764 kg/jam - 4,8458 kg/jam = 237,4419 kg/jam

  24 air 22 air – F 23 air

  F = F =85,4807 kg/jam - 1,7096 kg/jam

  22 asam laktat 22 asam laktat – F 25 asam laktat

  = 83,7711 kg/jam

  Tabel A.11 Data Laju Alir Filter Press II (M-307)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 22 Alur 23 Alur 24 Air 242,2876 4,8458 237,4419 CaSO 64,5854 64,5854

4 Asam Laktat 85,4807 1,7096 83,7711

  392,3537 71,1408 321,2129 Total

  392,3537 392,3537

  A.11 Evaporator II (FE-311) Air

25 Air

  Asam Laktat

24 Air

  26 Asam Laktat 70%

  Evaporator I (FE-311) berfungsi untuk menguapkan air sehingga kadar asam laktat mencapai 70%(Walsh,1939).

  Neraca Alur 24 F = 321,2129 kg/jam

  24 F = 237,4419 kg/jam 24 air

  F = 83,7711 kg/jam

  24 asam laktat Neraca Alur 26 Diinginkan pada alur 26 asam laktat 70% F = F = 83,7711 kg/jam

  26 asam laktat 24 asam laktat

  F = F /0,70 = 83,7711 kg/jam /0,70 = 119,6730 kg/jam

  26 26 asam laktat

  F = F

  26 air 26 – F 26 asam laktat

  F = 119,6730 kg/jam

  26 air – 83,7711 kg/jam

  F = 35,9019 kg/jam

  26 air

  Neraca Alur 25 F = F = 237,4419 kg/jam - 35,9019 kg/jam = 201,5400 kg/jam

  25 air 24 air – F 26 air Tabel A.12 Data Laju Alir Evaporator II (EV-311)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 24 Alur 25 Alur 26 Air 237,4419 201,5400 35,9019 Asam Laktat 83,7711 83,7711

  321,2129 201,5400 119,6730 Total

  321,2129 321,2129

  A.12 Neraca Reaktor Natrium Laktat (R-403) NaOH 50%

27 Air

  Air Asam Laktat

  

28

Air

26 NaOH

  Asam Laktat 70% Natrium Laktat

  Reaktor Natrium Laktat (R-403) berfungsi untuk mereaksikan larutan asam laktat 70% dengan larutan NaOH 50%.

  NaOH + CH CHOHCOOH CH CHOHCOONa + H O ....reaksi 6

  3

  

3

  2 Natrium hidroksida asam laktat natrium laktat air

  Konversi 98,5% (Walsh, 1939) Dari A.11 diperoleh

  Neraca Alur 26 F = 83,7711 kg/jam

  26 asam laktat

  F = 119,673 kg/jam

  26 F = 35,9019 kg/jam 26 air

  Mol asam laktat alur 26 N = F / Mr = 83,7711 kg/jam / 90kg/kgmol

  26 asam laktat 26 asam laktat asam laktat

  N = 0,9308 kgmol/jam

  26 asam laktat

  Neraca Alur 27 Perbandingan massa asam laktat 70% dengan NaOH 50% adalah 30:19 (Walsh, 1939) F = 19/30 × F

  27

  26 F = 19/30 × 119,673 kg/jam = 75,7929 kg/jam

  27 Larutan NaOH 50% merupakan persentase berat sehingga

  F = 50% × F = 0,5×75,7929 kg/jam = 37,8964 kg/jam

  27 NaOH

  33 F = 50% × F = 0,5×75,7929 kg/jam = 37,8964 kg/jam 27 air

  33 Mol NaOH

  F = 37,8964 kg/jam

  27 NaOH

  N = F / Mr NaOH

  27 NaOH

  27 NaOH

  = 37,8964 kg/jam / 40 kg/kgmol = 0,9474 kgmol/jam Menurut reaksi 6 NaOH + CH CHOHCOOH CH CHOHCOONa + H O ....reaksi 6

  3

  

3

  2 Natrium hidroksida asam laktat natrium laktat air

  Konversi 98,5% (Walsh, 1939) Dari persamaan (2) Mol NaOH dan asam laktat yang tidak bereaksi N = 0,9474 kgmol/jam + (-1) 0,9168 kgmol/jam = 0,0306kgmol/jam

  NaOH sisa

  N = 0,9308 kgmol/jam + (-1) 0,9168 kgmol/jam = 0,0140 kgmol/jam

  asam laktat sisa Mol natrium laktat dan air yang terbentuk dari reaksi N = 0 + (1) 0,9168 kgmol/jam = 0,9168kgmol/jam

  natrium laktat

  N = 0 + (1) 0,9168 kgmol/jam = 0,9168 kgmol/jam

  air

  Neraca Alur28 F = N × Mr NaOH

28 NaOH NaOH sisa

  = 0,0306kgmol/jam × 40 kg/kgmol = 1,2233 kg/jam F = N × Mr asam laktat

  28 asam laktat asam laktat sisa

  = 0,0140 kgmol/jam × 90 kg/kgmol = 1,2566 kg/jam

  F = N × Mr Natrium laktat

  28 natrium laktat natrium laktat sisa

  = 0,9168kgmol/jam × 112,06 kg/kgmol = 102,7397 kg/jam

  F = F + F + F27

  28air air yang terbentuk dari reaksi 26 air air

  = 0,9168 kgmol/jam × 18 kg/kgmol +35,9019 kg/jam+ 37,8964kg/jam = 90,3012 kg/jam

  F = F + F + F + F = 195,5208 kg/jam

  28

28 NaOH 28 asam laktat 28 natrium laktat 28air

  Kadar Natrium laktat = 102,7397 kg/jam/195,5208 kg/jam ×100% = 52,55%

  Tabel A.13 Data Laju Alir Reaktor Natrium Laktat (R-403)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 26 Alur 27 Alur 28 NaOH

  37,8964 1,2233 Natrium Laktat

  102,7397 Air 83,7711 37,8964 90,3012 Asam Laktat 35,9019 1,2566

  119,673 75,7929 195,5208 Total

  195,4658 195,5208 Reaksi 0,0550 Total 195,5208 195,5208

  A.13 Neraca Tangki Mixer IV (M-405)

  29 air Air

  Air Asam laktat Asam laktat NaOH

  28

  30 NaOH Natrium laktat 52,55% Natrium laktat 50%

  Tangki mixer IV (M-405) berfungsi untuk mengencerkan kadar Natrium laktat dari 52,55% (alur 35) menjadi 50% dengan penambahan air.

  Dari A.12 diperoleh Neraca Alur28 F = 1,2233 kg/jam

  28 NaOH

  F = 1,2566 kg/jam

  28 asam laktat

  F = 102,7397 kg/jam

  28 natrium laktat

  F = 90,3012 kg/jam

  28air

  F = 195,5208 kg/jam

  28 Neraca Alur 30

  F = F = 102,7397 kg/jam

  30 natrium laktat

29 Natrium laktat

  F × 50% = F

  30

  30 Natrium laktat

  F = F /50% = 102,7397 kg/jam /0,5 = 205,4795 kg/jam

  30

  30 Natrium laktat

  F = F = 1,2233 kg/jam

  30 NaOH

  30 NaOH

  F = F = 1,2566 kg/jam

  30 asam laktat 30 asam laktat

  F = F - F - F

  30 air 30 30 asam laktat

30 NaOH

  30 Natrium laktat

• – F F = 100,2598 kg/jam

  30 air

  Neraca Alur 29 F = F - F

  29

  30

28 F = 205,4795 kg/jam - 195,5208 kg/jam = 9,9586 kg/jam

  29

  Tabel A.14 Data Laju Alir Tangki Mixer IV (M-405)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen

  Alur 28 Alur 29 Alur 30 NaOH 1,2233 1,2233 Natrium Laktat 102,7397 102,7397 Air 90,3012 9,9586 100,2598 Asam Laktat 1,2566 1,2566

  195,5208 9,9586 205,4795 Total

  205,4795 205,4795

  

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA PANAS

  Perhitungan neraca panas pra rancangan pabrik pembuatan natrium laktat dari molase menggunakan ketentuan sebagai berikut: Basis perhitungan : 1 jam operasi Satuan operasi : kJ/jam

  o

  Temperatur basis : 25 C atau 298,15 K Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Perhitungan Panas Bahan Masuk (Q ) dan Keluar (Q ) menggunakan rumus berikut

  in out

  (Reklaitis, 1983):

  Q  m Cp dT  i i  …(1)

    T T _{b 2}

        Q m Cp dT Cp dT

      

ΔH …(2)

i i (l) vl i i (g)

        T T  _{1 b}  

   

  Persamaan (2) untuk menghitung panas bahan yang disertai dengan perubahan fasa Perhitungan Panas Reaksi menggunakan rumus berikut (Felder, 2005)

  o o o

  ˆ ˆ ˆ H H H

      Δ υ Δ υ Δ …(3)

  R i f i i f i   produk reaktan

  Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi (Reklaitis, 1983) : _{T 2 T 2}

  dQ _o ˆ    r Δ H m Cp dT m Cp dT ...(4) _{R out in}

    dt _{T T 1 1}

• dT
• 3
>

-5

• 8
• 12

• 2,877 ×
• 3

• -5

>812>6,686 ×
• 3
>

-5

• H
>3H
• 3

• -5

>812>3,593 ×>3CaCO
• 3
>

-5

• 8
>12,87 ×
• Sumber: Felder, 2005 Tabel B.2 Data Kapasitas Panas Komponen, Cp (J/g∙K)= a + bT + cT
• dT
• 6
• 5
• 8

  Ca(OH)

  2 (c)

  89,5 × 10

  3 (c)

  82,34 × 10

  4,975 × 10

  2

  3 Komponen a b c d Sumber

  Kalsium laktat

  (aq)

  210,99 1,5833 -0,0042359 5,3444 × 10

  [1] Asam laktat

  (l)

  1,1028 0,0083968 -2,2154 × 10

  2,6347 × 10

  [2] Sumber: [1] Harbec, 2010; [2] Yaws, 2003 Berikut adalah data kapasitas panas berbagai zat yang digunakan: Maltsprout = 0,4 kcal/kg

  o

  C (Hough et al, 1975) Sukrosa = 1,2552 kJ/kg

  o

  C (Cassel, 2002) Glukosa = 1,6967 kJ/kg

  o

  C (Von Stockar et al., 1993) Kalsium fosfat = 0,8956 kJ/kg

  o

  0,7604 × 10

  33,46 × 10

  0,688 × 10

  4,233 × 10

  B.1 Data Kapasitas Panas dan Panas Pembentukan

  Data-data kapasitas panas komponen yang digunakan ditampilkan pada Tabel B.1 dan Tabel B.2 Tabel B.1 Data Kapasitas Panas Komponen, Cp

  (kJ/gmol∙

  o

  C)= a + bT + cT

  2

  3 Komponen a B c d

  CO

  2 (g)

  36,11 × 10

  7,464 × 10

  2 O (g)

  NH

  3 (g)

  35,15 × 10

  2,954 × 10

  0,4421 × 10

  H

  2 SO 4 (l)

  139,1 × 10

  15,59 × 10

  2 O (l)

  75,4 × 10

  C (Dean, 1999)

  

B.1.1 Perhitungan Kapasitas Panas Padatan dengan Metode Hurst and

Harrison

  Perhitungan estimasi Cp dengan menggunakan metode Hurst and Harrison dengan

  s n 

  1 

  1

  rumus :    (Perry, 1999), di mana kontribusi elemen Cp J g mol K N ΔE

  s   i i  i 

  1 atomnya dapat dilihat pada tabel B.3.

  Tabel B.3 Nilai Elemen Atom pada Perhitungan Cp dengan Metode Hurst and

  Harrison

  Elemen atom ΔE i

  C 10,89 H 7,56 O 13,42 N 18,74

  S 12,36 Ca 28,25 Na 26,19

  P 26,63 Sumber: Perry, 1999

  1. Diamonium fosfat [(NH ) HPO ]

  4

  2

  4 C p = 2ΔE N + 9ΔE H + ΔE P + 4ΔE O

  = 2(18,74) + 9 (7,56) + 26,63 + 4(13,42) = 185, 83 J/gmol K

  2. Natrium hidroksida [NaOH] C

  p = ∆E Na + ∆E O + ∆E H

  = 26,19 + 13,42 + 7,56 = 47,17 J/gmol.K

  3. Kalsium sulfat [CaSO ]

  4 C p = ∆E Ca + ∆E S + 4∆E O

  = 26,25 + 12,36 + 4(13,42) = 47,17 J/gmol.K

  4. Natrium laktat [CH CHOHCOONa]

  3 C p C H O Na

  = 3∆E + 5∆E + 3∆E + ∆E = 3(10,89) + 5(7,56) + 3(13,42) + 26,19 = 136,92 J/gmol.K

  B.1.2 Data Kapasitas Panas Berdasarkan % mol

  Data Kapasitas Panas NaOH dan H

  4

  berdasarkan % mol ditampilkan pada Tabel B.4 dan Tabel B5.

2 SO

  o

  C %Mol NaOH Cp (kal/gmol

  ∙

  o

  C) 0,5 0,985 1 0,97

  9,09 0,835 16,7 0,80 28,6 0,784 37,5 0,782

  Tabel B.4 Kapasitas Panas NaOH Berdasarkan % mol pada Suhu 20

  2 SO

  4 Berdasarkan % mol pada Suhu 20 o

  C %Mol H

  2 SO

  4 Cp (kal/gmol∙ o

  C) 1,34 0,9877 5,16 0,9549 9,82 0,9177

  15,36 0,8767 22,27 0,8275 26,63 0,7945 28,00 0,7837

  Sumber: Perry,1999

  Sumber: Perry,1999 Tabel B.5 Kapasitas Panas H

  B.1.3 Data-data Panas Pembentukan

  Berikut adalah nilai dari panas pembentukan standard dari beberapa senyawa yang digunakan : Tabel B.6 Data Panas Pembentukan Standard Komponen

  Komponen Rumus Molekul Sumber Sukrosa C H O -2221,2 kJ/gmol [1]

  12

  22

  11 Glukosa C H O -1264,2 kJ/gmol [2]

  6

  12

  6 Air H O -285,84 kJ/gmol [3]

  2 Asam laktat CH CHOHCOOH -682,96 kJ/gmol [4]

  3 Kalsium karbonat CaCO -1206,9 kJ/gmol [3]

  3 Kalsium laktat Ca(CH CHOHCOO) -1686,1 kJ/gmol [5]

  3

  2 Karbon dioksida CO -393,5 kJ/gmol [3]

  2 Diamonium

  (NH ) HPO -1556,91 kJ/gmol [6]

  4

  2

  4 Fosfat

  Kalsium Ca(OH) -986,59 kJ/gmol [3]

  2

  hidroksida Kalsium Fosfat Ca (PO ) -4138 kJ/gmol [3]

  3

  4

  2 Ammonia NH -46,19 kJ/gmol [3]

  3 Asam Sulfat H SO -811,32 kJ/gmol [3]

  2

  4 Kalsium Sulfat CaSO -1432,7 kJ/gmol [3]

  4 Natrium

  NaOH -426,6 kJ/gmol [3] hidroksida Natrium Laktat CH CHOHCOONa -304 kJ/gmol [6]

3 Sumber: [1] Clarke, 1939; [2] Von Stockar et al, 1993; [3] Felder, 2005;

  [4] Vatani et al, 2007; [5] Cable, 1971; [6] Dean, 1999

  B.2 Perhitungan Neraca Panas Masing-masing Alat B.2.1 Tangki Mixer I (M-103) Diamonium fosfat

_{o H O}

₂ T=30 C

  3 5 o T=30 C Maltsprout _o

4 Saturated Steam

  T=30 C _o T = 110

  C, 1,43 atm Monosakarida Sukrosa

  2 Air _o Monosakarida 12% T=30 C Maltsprout

  6 Diamonium fosfat Air _o T = 100 C

  Kondensat _o T = 110