Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat Dari Alang - Alang Dengan Kapasitas 80.000 Ton Tahun
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas Produk
: 80.000 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kg/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Bahan baku
: alang – alang
Produk utama
: Selulosa Asetat (C6H7O2OH((OCOCH3)2)
Penentuan Kapasitas
Dalam perencanaan pendirian suatu pabrik dibutuhkan suatu prediksi
kapasitas agar produksi yang dihasilkan dapat memenuhi kebutuhan, terutama
kebutuhan dalam negeri.
Perkiraan kapasitas pabrik dapat ditentukan dari nilai impor setiap tahun
dengan menggunakan rumus :
F = P ( 1 + i )n
Dimana : F = nilai impor tahun 2015
P = nilai impor tahun 2014
i = parameter kenaikan impor tiap tahun
n = jumlah tahun (1)
Tabel LA.1. Data Kebutuhan impor Selulosa asetat di Indonesia
TahunImpor
Jumlah
(Ton)
% kenaikan
2010
78.272
-
2011
84.516
7.98
2012
83.570
-1.12
2013
45.305
- 45.78
2014
89.825
98.26
Total
381.488
59.34
(Sumber: Badan Pusat Statistik Nasional (BPS), 2010-2014)
Dari nilai rata-rata kenaikan impor per tahun diperoleh sebesar 11.868 %
Universitas Sumatera Utara
= P ( 1 + i )n
F
F(2015) = 89.825(1+(0.11868))1
= 100.485,431 Ton
Maka dapat diprediksikan nilai impor pada tahun 2015 adalah
100.485,431 Ton. Berdasarkan perkiraan kebutuhan selulosa asetat pada tahun
2015, maka pra rancangan pabrik ini akan menutupi kebutuhan impor tersebut
sebesar 80.000 ton/tahun. Rancangan pabrik selulosa asetat ini dibuat dengan
kapasitas 80.000 ton/tahun yang direncankan ditujukan untuk memenuhi
kebutuhan impor.
Produksi Selulosa Asetat
: �80.000
���
� ×
�� ℎ��
: 10101,0101 kg/jam
1 �� ℎ��
330 ℎ���
×
1 ℎ���
24 ���
×
1000 ��
1 ���
Untuk basis umpan 1000 kg/jam alang-alang dihasilkan produk selulosa asetat
sebesar 632,8575 kg/jam, maka untuk kapasiitas produksi 80.000 ton/tahun atau
10101,0101 kg/jam, diperoleh kapasitas bahan baku sebanyak 15960,9550 kg/jam.
Dengan faktor pengalinya:
1000 kg/jam
632,8575 kg/jam
=
X
10101,0101 kg/jam
kg
10101,0101 jam x 1000 kg/jam
X =
632.8575 kg/jam
X = 15960,9550 kg/jam (bahan baku)
Rumus molekul dan berat molekul komponen yang terlibat serta komposisi
kandungan utama alang-alang dapat dilihat pada Tabel LA.1 dan LA.2.
Tabel LA.2 Kandungan Kimia Alang-alang
Kandungan
Kadar
Selulosa
44,28 %
0,4428 %
Silika
3.6 %
0,036 %
Lignin
18,12 %
0,1812 %
Air
28,58 %
0,2858 %
Abu
5,42 %
0,0542 %
Sumber : (Budi, dkk. 2012)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.3 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen
Berat
Nama
Rumus Molekul
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
Asam sulfat
H2SO4
98
Molekul
(kg/kmol)
Sumber : Wikipedia, 2014
LA.1 TANKI EKSTRAKSI (T–101)
Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari alang-alang dan tahap awal untuk
proses bleaching
NaOH
4
5
1
Selulosa
Selulosa
lignin
lignin
abu
T-(101)
abu
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.4 Analisa derajat kebebasan Tangki Ekstraksi (T-101)
Tanki
Keterangan
Ekstraksi
Jumlah variabel
14
F1Selulosa ,F1 air, F1 lignin, F1
abu, F1 silika, F4 NaoH, F4 H2O,
F5 Selulosa, F5air, F5 lignin, F5
abu, F5 silika, F5 NaoH, F5 H2O
Jumlah Neraca TTSL
6
Spesifikasi :
7
Komposisi
Selulosa, air, lignin, abu, silika,
NaOH
Hubungan pembantu
-
Konversi
-
F1Selulosa ,F1 air, F1lignin, F1abu,
Ratio spliter
-
F1 silika, F5 NaOH, F5H2O
Ratio Laju alir
Basis
1
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Total :
�1 + � 4 = � 5
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F1
= 15960,9550 kg/jam
F1 selulosa
= 0.4428 x F1
= 0.4428 x 14963,3952 kg/jam
= 7067,5109 kg/jam
F5 selulosa
= F1 selulosa
= 7067,5109 kg/jam
b. H2O
F1 H2O
= 0.2858 x F1
Universitas Sumatera Utara
= 0.2858 x 15960,9550 kg/jam
= 4561,6409 kg/jam
c. Lignin
F1 lignin
= 0.1812 x F1
= 0.1812 x 15960,9550 kg/jam
= 2892,1250 kg/jam
F5 Lignin
= F1 lignin
= 2892,1250 kg/jam
d. Abu
F1 abu
= 0.0542 x F1
= 0.0542 x 15960,9550 kg/jam
= 865,0838 kg/jam
F5 abu
= F1 abu
= 865,0838 kg/jam
e. Silika
F1 silika
= 0.036 x F1
= 0.036 x 15960,9550 kg/jam
= 574,5944 kg/jam
F5 silika
= F1 silika
= 574,5944 kg/jam
f. NaOH
Untuk tahap ekstraksi, larutan NaOH 8% yang diperlukan adalah 10% dari
jumlah bahan baku alang - alang.
F4
=
=
10
100
10
100
×F1
× 15960,9550 kg/jam
= 1596,0955 kg/jam
F4 NaOH
= 0.08 x F4
= 0.08 x 15960,9550 kg/jam
= 127,6876 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F5 NaOH
= F4 NaOH
= 127,6876 kg/jam
g. H2O
F4 H2O
= F4 – F4 NaOH
= 1596,0955 – 127,6876 kg/jam
= 1468,4079 kg/jam
F5 H2O
= F4 H2O + F1 H2O
=1468,4079 + 4561,6409 kg/jam
= 6030,0488 kg/jam
Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Tangki Ekstraksi (T-101)
komponen
Masuk (kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 1
alur 5
alur 4
Selulosa
7067,5109
7067,5109
air
4561,6409
1468,4079 6030,0488
lignin
2892,1250
2892,1250
abu
865,0838
865,0838
silika
574,5944
574,5944
NaoH
127,6876
127,6876
sub total
15960,9550
1596,0955 17557,0505
total
17557,0505
17557,0505
Universitas Sumatera Utara
LA. 2 STORAGE TANK (ST-101)
Selulosa
lignin
abu
ilik
6
5
Selulosa
ST- 101
lignin
abu
(ST-101)
Neraca massa total
F5 = F6
F 5selulosa
= F 6selulosa
= 7067,5109 kg/jam
5
FLignin
6
= FLignin
= 2892,1250 kg/jam
5
Fabu
=
6
Fabu
=
865,0838 kg/jam
5
Fsilika
=
6
Fsilika
=
574,5944 kg/jam
5
FNaoH
=
6
FNaoH
=
127,6876 kg/jam
5
FH2O
=
6
FH2O
=
6030,0488 kg/jam
F4 total
= F5 total
=
17557,0505 kg/jam
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Storage Tank (ST)
Masuk
keluar
(g/jam)
(g/jam)
alur 5
alur 6
Selulosa
7067,5109
7067,5109
air
6030,0488
6030,0488
lignin
2892,1250
2892,1250
abu
865,0838
865,0838
silika
574,5944
574,5944
NaoH
127,6876
127,6876
sub total
17557,0505 17557,0505
total
17557,0505 17557,0505
komponen
Universitas Sumatera Utara
LA. 3 Rotary Washer I (W-101)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tereduksi pada tangki ekstraksi
dan
komponen pengekstrak yang terlarut dalam air dari pulp
Selulosa
6
Lignin
Selulosa
Abu
H2O
9
Lignin
7
Silika
Abu
Selulosa
8
W-1 -101
Lignin
Abu
Tabel LA.7 Analisa derajat kebebasan Rotary Washer I (RW-101)
Jumlah variabel
Rotary Washer I
Keterangan
11
F6 Selulosa, F6 Lignin, F6 Abu,
F6 Silika, F6 H2O, F6 NaOH, F7
H2O, F9 Selulosa, F9 Lignin, F9
Abu, F9 Silika, F9 H2O
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa, Lignin, Abu, Silika,
H2O, NaOH
Spesifikasi :
Komposisi
7
F6 Selulosa ,F6 Lignin, F6 Abu,
F6 Silika, F6 NaOH, F6 H2O,F7
Hubungan pembantu
H2O
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
+3
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Total :
Neraca Massa Komponen :
�6 + �7 = �9 + �8
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
a. Selulosa
F6 Selulosa
= 7067,5109 kg/jam
F8 Selulosa
= F6 Selulosa – (0,98 x F6 Selulosa)
= 7067,5109 kg/jam – (0,98 x 7067,5109 kg/jam)
= 141,3502 kg/jam
F9 selulosa
= 0,98 x F6 Selulosa
= 0,98 x 7067,5109 kg/jam
= 6926,1607 kg/jam
Sebanyak 61.53 % lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan
terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer.
b. Lignin
F6 lignin
= 2892,1250 kg/jam
F8 Lignin
= 0,6153 x F6 lignin
= 0,6153 x 2892,1250 kg/jam
= 1779,5245 kg/jam
F9 Lignin
= F6 lignin – F8 lignin
= 2892,1250 kg/jam – 1779,5245 kg/jam
= 1112,6005 kg/jam
c. Abu
F6 Abu
= 865,0838 kg/jam
F8 Abu
= 0.6153 x F6 Abu
= 0.6153 x 865,0838 kg/jam
= 532,2860 kg/jam
F9 Abu
= F6 Abu – F8 Abu
= 865,0838 kg/jam - 532,2860 kg/jam
= 332,7977 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
d. Silika
F6 Silika
= 574,5944 kg/jam
F8 Silika
= 0,6153 x F6 silika
= 0,6153 x 574,5944 kg/jam
= 353,5479 kg/jam
F9 Silika
= F6 Silika – F8 Silika
= 574,5944 kg/jam – 353,5479 kg/jam
= 221,0465 kg/jam
f. NaOH
F6 NaOH
= 127,6876 kg/jam
F8 NaOH
= F6 NaOH
= 127,6876 kg/jam
g. H2O
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam Rotary washer
adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)
F6 H2O
= 6030,0488 kg/jam
F6 total
= 17557,0505 kg/jam
F7 H2O
= 2.5 x F6 total
F7 H2O
= 2.5 x 17557,0505 kg/jam
= 43892,6263 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran Rotary washer adalah 2% dari total
air yang masuk ke dalam Rotary washer
F9 H2O
= 0.02 x (F6 H2O + F7 H2O)
= 0.02 x (6030,0488 kg/jam + 43892,6263 kg/jam)
= 998,4535 kg/jam
F8 H2O
= (F6 H2O + F7 H2O) – F9 H2O
= (6030,0488 + 43892,6263) – 998,4535 kg/jam
= 48924,2215 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.8 Neraca Massa Pada Rotary Washer I (RW-101)
komponen
Masuk (kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 6
alur 8
alur 9
141,3502
6926,1607
alur 7
Selulosa
7067,5109
air
6030,0488
lignin
2892,1250
1779,5245
1112,6005
abu
865,0838
532,2860
332,7977
silika
574,5944
353,5479
221,0465
NaoH
127,6876
127,6876
sub total
17557,0505 43892,6263 51858,6179
total
61449,6768
LA. 4
43892,6263 48924,2215
998,4535
9591,0588
61449,6768
TANGKI BLEACHING (T – 102)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna
putih pada pulp yang dihasilkan
Selulosa
9
Lignin
Abu
Selulosa
H2O
10
12
Lignin
1
H2O
Abu
Silika
T – 102
Tabel LA.9 Analisa derajat kebebasan Tangki Bleaching (T – 102)
Tanki
Keterangan
Bleaching
Jumlah variabel
14
F9 Selulosa, F9 Lignin, F9 Abu, F9
Silika,
F9H2O,
F10 H2O,
F10
NaOCL, F11 H2O, F12Selulosa, F12
lignin, F12 Abu, F12 Silika, F12 H2O,
F12NaOCL
Universitas Sumatera Utara
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa,
Lignin, Abu, Silika,
H2O, NaOCL
Spesifikasi :
Komposisi
7
F9 Selulosa, F9 Lignin, F9 Abu, F9
Silika,
Hubungan pembantu
F10H2O,
F10
NaOCL,
F11H2O
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
1
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Total :
� 9 + �10 + �11 = �12
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F9 selulosa
= F12 Selulosa
= 6926,1607 kg/jam
b. Lignin
F9 Lignin
= F12 Lignin
= 1112,6005 kg/jam
c. Abu
F9 Abu
= F12 Abu
= 332,7977 kg/jam
d. Silika
F9 Silika
= F12 Silika
= 221,0465 kg/jam
e. NaOCl
Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 10% yang diperlukan adalah 5% dari
jumlah pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.
F10
= 0,05 x F9 total
Universitas Sumatera Utara
= 0,05 x 9591,0588 kg/jam
= 479,5529 kg/jam
F10 NaOCl
= 0,1 x F10
= 0,1 x 479,5529 kg/jam
= 47,9553 kg/jam
f. H2O
F9 H2O
= 998,4535 kg/jam
F10 H2O
= F10 – F10 NaOCl
= 479,5529 kg/jam – 47,9553 kg/jam
= 431,5976 kg/jam
Konsistensi air yang diperlukan Pulp pada tahap bleaching adalah 10% (smook,
1989) maka air yang diperlukan adalah :
����������� ��� =
8055 ,5674
��
���
×100%
10 %
F12 H2O
= 86319,5296 kg/jam
F11 H2O
= F12 H2O – F10 H2O – F9 H2O
− 8055,5674
��
���
= (86319,5296 – 431,5976 – 998,4535) kg/jam
= 84889,4784 kg/jam
Tabel LA.10 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (T – 102)
komponen
Masuk (kg/jam)
alur 9
alur 10
keluar (kg/jam)
alur 11
alur 12
Selulosa
6926,1607
air
998,4535
lignin
1112,6005
1112,6005
abu
332,7977
332,7977
silika
221,0465
221,0465
NaoCL
6926,1607
431,5976
84889,4784
47,9553
sub total
9591,0588
total
94960,0902
479,5529
86319,5296
47,9553
84889,4784
94960,0902
94960,0902
Universitas Sumatera Utara
LA. 5
Rotary Washer II (kg/jam) (RW-102)
Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada
tangki Bleaching
13
H2O
Selulosa
Selulosa
Lignin
14
Lignin
12
Abu
Abu
15
Selulosa
Silika
RW -102
Lignin
Abu
Tabel LA.11 Analisa derajat kebebasan Rotary Washer II (RW-102)
Jumlah variabel
Washer II
Keterangan
12
F12 Selulosa, F12 Lignin, F12 Abu, F12
Silika, F12 H2O, F12 NaOCL, F13 H2O,
F14 Selulosa, F14 Lignin, F13 Abu, F14
Silika, F14 H2O
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O,
NaOCL
Spesifikasi :
Komposisi
7
F12 Selulosa, F12 Lignin, F12 Abu, F12
Silika, F12 H2O, F12 NaOCL, F13 H2O
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
+2
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Total :
Neraca Massa Komponen :
�12 + �13 = �14 + �15
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
a. Selulosa
F12 Selulosa
= 6926,1607 kg/jam
F14 Selulosa
= 0.98 x F12 Selulosa
= 0.98 x 6926,1607 kg/jam
= 6787,6374 kg/jam
F15 Selulosa
= F12 Selulosa – (0.98 x F12 Selulosa)
= 6926,1607 kg/jam – (0.98 x 6926,1607 kg/jam)
= 138,5232 kg/jam
Sebanyak 87,368% lignin mampu tereduksi pada tangki bleaching yang akan
terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit Rotary washer
b. Lignin
F12 Lignin
= 1112,6005 kg/jam
F15 Lignin
= 0,8763 x F12 Lignin
= 0.8763 x 1112,6005 kg/jam
= 972,0568 kg/jam
F14 Lignin
= F12 lignin - F15 selulosa
= 1112,6005 kg/jam – 972,0568 kg/jam
= 140,5437 kg/jam
c. Abu
F12 Abu
= 332,7977 kg/jam
F15 Abu
= 0,8763 x F12 abu
= 0,8763 x 332,7977 kg/jam
= 290,7587 kg/jam
F14 Abu
= F12 Abu - F15 Abu
= 332,7977 kg/jam – 290,7587 kg/jam
= 42,0390 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
d. Silika
F12 Silika
= 221,0465 kg/jam
F15 Silika
= 0.8763 x F12 Silika
= 0,8763 x 221,0465 kg/jam
= 193,1239 kg/jam
F14 Silika
= F12 Silika - F15 Silika
= 221,0465 kg/jam – 193,1239 kg/jam
= 27,9226 kg/jam
e. NaOCl
F12 NaOCl = F15 NaOCl = 47,9553 kg/jam
f. H2O
F12 H2O
= 86319,5296 kg/jam
F12 total
= 94960,0902 kg/jam
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam Rotary
washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)
F13 H2O
= 2.5 x F12 total
= 2.5 x 94960,0902 kg/jam
= 237400,2256 kg/jam
F13 total
= 237400,2256 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran Rotary washer adalah 2% dari total
air yang masuk ke dalam Rotary washer
F14 H2O
= 0.02 x (F12 H2O + F13 H2O)
= 0.02 x (94960,0902 kg/jam + 237400,2256 kg/jam)
= 6474,3951 kg/jam
F14 total
= 13472,5378 kg/jam
F15 H2O
= ( F12 H2O + F13 H2O) - F14 H2O
= (94960,0902 + 237400,2256) kg/jam – 6474,3951 kg/jam
= 317245,3601 kg/jam
F15 total
= 318887,7780 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.12 Neraca Massa pada Rotary Washer II (RW-102)
komponen
Masuk (kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 12
alur 15
alur 14
138,5232
6787,6374
alur 13
Selulosa
6926,1607
air
86319,5296 237400,2256 317245,3601
6474,3951
lignin
1112,6005
972,0568
140,5437
abu
332,7977
290,7587
42,0390
silika
221,0465
193,1239
27,9226
NaoCL
47,9553
47,9553
sub total
94960,0902 237400,2256 318887,7780
total
332360,3158
LA. 6
13472,5378
332360,3158
ROTARY DRYER I (RD – 101)
Fungsi : Untuk mengeringkan pulp
Udara
16
Selulosa
Selulosa
1
14
Lignin
Abu
Lignin
Abu
17
H2O
(RD – 101)
Tabel LA.13 Analisa derajat kebebasan Rotary Dryer I (RD – 101)
Jumlah variabel
Rotary Dryer I
Keterangan
11
F14 Selulosa, F14 Lignin, F14 Abu,
F14 Silika, F14 H2O, F16 H2O, F18
Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu, F18
Silika, F18 H2O
Jumlah Neraca TTSL
5
Selulosa, Lignin, Abu, Silika,
Spesifikasi :
H2O.
Universitas Sumatera Utara
Komposisi
6
Hubungan pembantu
F14 Selulosa, F14 Lignin, F14 Abu,
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
0
F14 Silika, F14 H2O, F17 H2O.
Neraca Massa Total :
�14 = �17 + �18
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F14 selulosa
= F18 selulosa = 6787,6374 kg/jam
b. Lignin
F14 Lignin
= F18 Lignin = 140,5437 kg/jam
c. Abu
F14 Abu
= F18 Abu = 42,0390 kg/jam
d. Silika
F14 Silika
= F18 Silika = 27,9226 kg/jam
f. H2O
F14 H2O
= 6474,3951 kg/jam
Rotary dryer dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk
(Perry, 1997)
F17 H2O
= 0.9 x F14 H2O
= 0.9 x 6474,3951 kg/jam
= 5826,9556 kg/jam
F18 H2O
= F14 H2O - F17 H2O
= 6474,3951 kg/jam – 5826,9556 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
= 647,4395 kg/jam
Tabel LA.14 Neraca Massa pada Rotary Dryer I (RD-101)
komponen
masuk
(kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 14
alur 17
alur 18
Selulosa
6787,6374
6787,6374
air
6474,3951
lignin
140,5437
140,5437
abu
42,0390
42,0390
silika
27,9226
27,9226
Total
13472,5378 13472,5378
5826,9556
647,4395
LA.7 TANGKI AKTIVASI (T – 103)
Fungsi : Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses
pretreatment pada reaksi asetilasi.
Selulosa
Lignin
18
Abu
Silika
Selulosa
H2O
19
20
Lignin
Abu
Silika
T-103
Tabel LA.15 Analisa derajat kebebasan Tangki Aktivasi (T – 103)
Tangki
Keterangan
Aktivasi
Jumlah variabel
13
F18 Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu,
F17 Silika, F18 H2O,F19 H2O ,F19
CH3COOH,
F20 Selulosa, F20
Lignin, F20 Abu, F20 Silika, F20
Universitas Sumatera Utara
H2O,F20 CH3COOH
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa,
Lignin, Abu, Silika,
CH3COOH, H2O
Spesifikasi :
7
Komposisi
F18 Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu,
F18 Silika, F18 H2O, F19 H2O ,F19
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
0
CH3COOH
Neraca Massa Total :
�18 + �19 = � 20
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F18 Selulosa
= F20 Selulosa = 6787,6374 kg/jam
b. Lignin
F18 Lignin
= F20 Lignin = 140,5437 kg/jam
c. Abu
F18 Abu
= F20 Abu = 42,0390 kg/jam
d. Silika
F18 Silika
= F20 Silika = 27,9226 kg/jam
e. CH3COOH
Asam asetat 99% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah
sebanyak 35% dari laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)
F19
= 0,35 x F18 Selulosa
= 0,35 x 6787,6374 kg/jam
= 2375,6731 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F19 CH3COOH
= 0,99 x F19
= 0,99 x 2375,6731 kg/jam
= 2351,9164 kg/jam
F20 CH3COOH
= F19 CH3COOH
= 2351,9164 kg/jam
G. H2O
F18 H2O
= 647,4395 kg/jam
F19 H2O
= F19 – F19 CH3COOH
= 2375,6731 kg/jam – 2351,9164 kg/jam
= 23,7567 kg/jam
F20 H2O
= F18 H2O + F19 H2O
= 647,4395 kg/jam – 23,7567 kg/jam
= 671,1962 kg/jam
Tabel LA.16 Neraca Massa pada Tangki Aktivasi (T – 103)
komponen
keluar
masuk(kg/jam)
(kg/jam)
alur 18
alur 20
alur 19
Selulosa
6787,6374
air
647,4395
lignin
140,5437
140,5437
abu
42,0390
42,0390
silika
27,9226
27,9226
CH3COOH
6787,6374
23,7567
671,1962
2351,9164 2351,9164
sub total
7645,5822
total
10021,2554
2375,6731 10021,2554
10021,2554
Universitas Sumatera Utara
LA.8
REAKTOR ASETILASI (R- 101)
Fungsi : Untuk tempat terjadinya reaksi asetilasi menjadi selulosa
triasetat.
Selulosa
Lignin
20
Abu
Selulosa Triasetat
H2O
21
Selulosa
24
H2O
(CH3CO)2O
Lignin
22
Abu
H2O
23
ilik
R - 101
H SO
Reaksi yang terjadi pada proses ini asetilasi adalah sebagai berikut :
OH
C6H7O2
OCOCH3
OH + 3(CH3CO)2O
C6H7O2
OH
Selulosa
OCOCH3 + 3CH3COOH
OCOCH3
asetat anhidrid
selulosa triasetat
asam asetat
Konversi : 98%
�=
�=
F20 Selulosa . �
−� . BM Selulosa
6787 ,6374 � 0,98
−(−1) . 162
= 41,0610 kmol/jam
Tabel LA.17 Analisa derajat kebebasan Reaktor Asetilasi (R- 101)
Reaktor
Keterangan
Asetilasi
Jumlah variabel
20
F20 Selulosa, F20 Lignin, F20 Abu,
F20 Silika, F20 H2O, F20 CH3COOH,
F21 H20, F21 CH3COOH, F22 H2O,
Universitas Sumatera Utara
F22 (CH3CO)2O, F23 H2O , F23
H2SO4, F24 Selulosa Triasetat, F24
Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24 H2O,
F24 CH3COOH, F24 (CH3CO)2O, F24
H2SO4.
Jumlah Neraca TTSL
9
Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O,
CH3COOH, (CH3CO)2O, H2SO4,
Spesifikasi :
10
Komposisi
Selulosa Triasetat.
F20 Selulosa, F20 Lignin, F20 Abu,
F20 Silika, F20 H2O, F20 CH3COOH,
F21 CH3COOH, F22 (CH3CO)2O, F23
Hubungan pembantu
Konversi
1
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
0
H2SO4.
Neraca Massa Total :
� 20 + � 21 + � 22 + � 23 = � 24
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F20 Selulosa
= 6787,6374 kg/jam
F24 Selulosa
= 2% x F19 Selulosa
= 0,02 x 6787,6374 kg/jam
= 135,7527 kg/jam
b. Lignin
F20 Lignin
= F24 Lignin = 140,5437 kg/jam
c. Abu
Universitas Sumatera Utara
F20 Abu
= F24 Abu = 42,0390 kg/jam
d. Silika
F20 Silika
= F24 Silika = 27,9226 kg/jam
e. CH3COOH
F20 CH3COOH
= 2351,9164 kg/jam
Asam asetat glasial 99% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438%
dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
= 0.438 x F20 Selulosa
F21
= 0,438 x 6787,6374 kg/jam
= 29729,8520 kg/jam
F21 CH3COOH = 0.99 x F21
= 0.99 x 29729,8520 kg/jam
= 29432,5535 kg/jam
F24 CH3COOH = F20 CH3COOH + F21 CH3COOH + r. BM CH3COOH.σ
= 2351,9164 kg/jam + 29432,8520 kg/jam +
(41,0610 x 60 x 3)
= 39175,4529 kg/jam
f. (CH3CO)2O
Asetat anhidrat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 247% dari
laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
F22
= 0,247 x F20 Selulosa
= 0,247 x 6787,6374 kg/jam
= 16765,4645 kg/jam
F22 (CH3CO)2O = 0,98 x F22 total
= 0,98 x 16765,4645 kg/jam
= 16430,1552 kg/jam
g. H2SO4
Asam sulfat 96,5% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 3,8% dari laju
alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
F23
= 0,038 x F20 Selulosa
= 0.038 x 6787,6374 kg/jam
= 257,9302 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F23 H2SO4
= 0.965 x F23
= 0.965 x 257,9302 kg/jam
= 248,9027 kg/jam
F24 H2SO4
= F23 H2SO4
= 248,9027 kg/jam
h. H2O
F20 H2O
F21 H2O
= 671,1962 kg/jam
= F21 – F21 CH3COOH
= 29729,8520 kg/jam - 29432,5535 kg/jam
= 297,2985 kg/jam
F22 H2O
= F22 – F22 (CH3CO)2O
= 16765,4645 kg/jam – 16430,1552 kg/jam
= 335,3093 kg/jam
F23 H2O
= F23 – F23 H2SO4
= 257,9302 kg/jam – 248,9027 kg/jam
= 9,0276 kg/jam
F24 H2O
= F20 H2O + F21 H2O + F22 H2O + F23 H2O
= 671,1962 + 297,2985 + 335,3093 + 9,0276 kg/jam
= 1312,8316 kg/jam
i. Selulosa triasetat
F24 Selulosa Triasetat
= r. BM Selulosa Triasetat.σ
= 41,0610 x 288 x 1
= 11825,5728 kg/jam
Tabel LA.18 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (R-101)
komponen
keluar
(kg/jam)
masuk (kg/jam)
alur 20
alur 21
alur 22
alur 23
alur 24
Selulosa
6787,6374
135,7527
air
671,1962
lignin
140,5437
140,5437
abu
42,0390
42,0390
297,2985
335,3093
9,0276
1312,8316
Universitas Sumatera Utara
silika
27,9226
CH3COOH
2351,9164
27,9226
29432,5535
(CH3CO)2O
39175,4529
16430,1552
3865,4841
H2SO4
248,9027
Selulosa Triasetat
Sub total
248,9027
11825,5728
10021,2554
29729,8520 16765,4645
Total
257,9302
56774,5021
56774,5021
LA.9 REAKTOR HIDROLISA (R – 102)
Fungsi : Untuk menghidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa asetat
serta menetralkan sisa reaktan asetat anhidrat.
Selulosa Triasetat
24
Selulosa
Selulosa Asetat
Lignin
Selulosa
Abu
H2O
Lignin
26
25
Abu
silika
R - 102
Pada tangki hidrolisasi, seluruh selulosa triasetat dihidrolisis oleh air menjadi
selulosa asetat dan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :
OCOCH3
C6H7O2
OH
OCOCH3 + H2O
OCOCH3
Selulosa triasetat
C6H7O2
OCOCH3
+ CH3COOH
OCOCH3
air
selulosa asetat
asam asetat
Dimana ;
BM Selulosa Triasetat = 288 kg/mol
�=
F24 Selulosa Triasetat . �
� . BM Selulosa Triasetat
Universitas Sumatera Utara
�=
11825,5728 x 1
1 x 288
= 41,0610 kmol/jam
Reaksi yang juga terjadi pada unit hidrolisis adalah :
(CH3CO)2O
+
Asetat anhidrat
H2O
2CH3COOH
air
asam asetat
Konversi reaksi = 98%
�2 =
�2 =
F24 (CH3CO)2O . x
� . BM Asetat anhidrat
3865,4841 x 0,98
; ��(CH 3 CO )2 O = 102 kg/mol
1 x 102
= 37,1390 kmol/jam
Tabel LA.19 Analisa derajat kebebasan Reaktor Hidrolisa (R – 102)
Reaktor
Keterangan
Hidrolisa
Jumlah variabel
18
F24 Selulosa Triasetat, F24 Selulosa,
F24 Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24
H2O,
F24
CH3COOH,
F24
(CH3CO)2O, F24 H2SO4, F25 H2O,
F26 Selulosa Asetat, F26 Lignin, F26
Abu, F26 Silika, F26 H2O, F26
CH3COOH, F26 (CH3CO)2O, F26
H2SO4.
Selulosa Triasetat, Selulosa, Lignin,
Jumlah Neraca TTSL
10
Abu,
Silika,
(CH3CO)2O,
H2O,CH3COOH,
H2SO4,
Selulosa
Asetat.
Spesifikasi :
Komposisi
F24 Selulosa Triasetat, F24 Selulosa
10
,F24 Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24
Universitas Sumatera Utara
H2O,
F24
CH3COOH,
F24
(CH3CO)2O, F24 H2SO4, F25 H2O.
Hubungan pembantu
Konversi
2
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
+4
Neraca Massa Total :
F 24 + F 25 = F 26
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa triasetat
F24 Selulosa Triasetat = r. BM Selulosa triasetat.σ
= 41,0610 x 288 x 1
= 11825,5728 kg/jam
b. Selulosa
F24 Selulosa
= F26 Selulosa =135,7527 kg/jam
c. Lignin
F24 Lignin
= F26 Lignin = 140,5437 kg/jam
d. Abu
F24 Abu
= F26 Abu
= 42,0390 kg/jam
= F26 Silika
= 27,9226 kg/jam
e. Silika
F24 Silika
f. CH3COOH
F24 CH3COOH
26
FCH
3 COOH
= 39175,4529 kg/jam
24
= FCH
+ r1. BMCH 3 COOH . σ1+r2. BMCH 3 COOH . σ2
3 COOH
= 39175,4529 + ( 41,0610 x 60 x 1) + (37,1390 x 60 x 2)
= 46095,7896 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
g. (CH3CO)2O
F24 (CH3CO)2O = 3865,4841 kg/jam
24
= F(CH
− r. BM(CH 3 CO )2 O . σ2
3 CO )2 O
26
F(CH
3 CO )2 O
= 3865,4841 – 37,1390 x 102 x 1
= 77,3097 kg/jam
h. H2SO4
F24 H2SO4 = F26 H2SO4 = 248,9027 kg/jam
i. H2O
F24 H2O = 1312,8316 kg/jam
Air yang dibutuhkan untuk tahap hidrolisis sebesar 71% dari laju alir umpan
selulosa (Yamashita et al, 1986)
F25 H2O
= 0,71 x F24 Selulosa
= 0,71 x 135,7527 kg/jam
=
96,3845
kg/jam
FH262 O = FH242 O + FH252 O − r1. BMH 2 O . σ1−r2. BMH 2 O . σ2
= 1312,8316 + 96,3845 − ( 41,0610 x 18 x 1) − (37,1390 x 18 x 1)
= 1,6164 kg/jam
j. Selulosa asetat
26
Fselulosa
asetat
= r. BMselulosa
asetat
. σ1
= 41,0610 x 246 x 1
= 10101,0101 kg/jam
Tabel LA.20 Neraca Massa pada Reaktor Hidrolisasi (R-102)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 24
Alur 25
Alur 26
Selulosa
135,7527
-
135,7527
H2O
1312,8316
96,3845
1,6164
Lignin
140,5437
-
140,5437
Abu
42,0390
-
42,0390
Silika
27,9226
-
27,9226
CH3COOH
39175,4529
-
46095,7896
(CH3CO)2O
3865,4841
77,3097
Universitas Sumatera Utara
Sambungan Tabel LA.20 Neraca Massa pada Reaktor
Hidrolisasi (R-102)
H2SO4
248,9027
-
248,9027
Selulosa Triasetat
11825,5728
-
-
Selulosa Asetat
-
-
10101,0101
Sub total
56774,5021
96,3845
56870,8865
Total
56870,8865
LA.10 CENTRIFUGE (CF)
Fungsi : Untuk memisahkan padatan selulosa asetat (selulosa asetat, lignin,
abu, silika , air, asam asetat,) dari air dan zat pengotor lainnya
27
29
Selulosa Asetat
Selulosa Asetat
Selulosa
Selulosa
28
Lignin
H2O
Lignin
CH3COOH
Abu
Abu
(
)
CF
Efisiensi sentrifuge adalah 98% dimana cairan yang terkonversi ke padatan
sebesar 2%.
Neraca Massa Total :
F27 = F28+ F29
Tabel LA.21 Analisa derajat kebebasan Centrifuge (CF)
Reaktor
Keterangan
Hidrolisa
Jumlah variabel
19
F27 Selulosa Asetat, F27 Selulosa, F27
Lignin, F27 Abu, F27 Silika, F27 H2O,
F27 CH3COOH, F27 (CH3CO)2O, F27
H2SO4, F28 H2O, F28 CH3COOH, F28
(CH3CO)2O, F28 H2SO4, F29 Selulosa
Asetat, F29 Lignin, F29 Abu, F29
Universitas Sumatera Utara
Silika, F29 H2O, F29 CH3COOH.
Jumlah Neraca TTSL
9
Selulosa Asetat, Selulosa , Lignin,
Abu,
Silika,
H2O,CH3COOH,
(CH3CO)2O, H2SO4,
F27 Selulosa Asetat, F27 Selulosa, F27
Spesifikasi :
9
Komposisi
Lignin, F27 Abu, F27 Silika, F27 H2O,
F27 CH3COOH, F27 (CH3CO)2O, F27
H2SO4.
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa Asetat
F27 Selulosa Asetat = F29 Selulosa Asetat
= 10101,0101 kg/jam
b. Selulosa
F27 Selulosa= F29 Selulosa = 135,7527 kg/jam
c. Lignin
F27 Lignin = F29 Lignin = 140,5437 kg/jam
d. Abu
F27 Abu = F29 Abu = 42,0390 kg/jam
e. Silika
F27 Silika = F29 Silika = 27,9226 kg/jam
f. CH3COOH
Universitas Sumatera Utara
F27 CH3COOH = 46095,7896 kg/jam
F28 CH3COOH = 0,98 x F27 CH3COOH
= 0,98 x 46095,7896 kg/jam
= 45173,8738 kg/jam
F29 CH3COOH = F27 CH3COOH - F28 CH3COOH
= 46095,7896 kg/jam – 45173,8738 kg/jam
= 921,9158 kg/jam
g. (CH3CO)2O
F27 (CH3CO)2O = F28 (CH3CO)2O = 77,3097 kg/jam
h. H2SO4
F27 H2SO4 = F28 H2SO4 = 248,9027 kg/jam
i. H2O
F27 H2O
= 1,6164 kg/jam
F28 H2O
= 0,98 x F27 H2O
= 0,98 x 1,6164 kg/jam
= 1,5841 kg/jam
F29 H2O
= F27 H2O – F28 H2O
= 1,6164 - 1,5841 kg/jam
= 0,0323 kg/jam
Tabel LA.22 Neraca Massa pada Centrifuge (Cf-101)
Komponen
Masuk
(kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 27
Alur 28
Alur 29
Selulosa
135,7527
-
135,7527
H2O
1,6164
1,5841
0,0323
Lignin
140,5437
-
140,5437
Abu
42,0390
-
42,0390
Silika
27,9226
-
27,9226
CH3COOH
46095,7896 45173,8738
921,9158
(CH3CO)2O
77,3097
-
77,3097
Universitas Sumatera Utara
H2SO4
248,9027
248,9027
-
Selulosa Asetat
10101,0101 -
10101,0101
Sub Total
56870,8865 45501,6703
11369,2163
Total
56870,8865
56870,8865
LA.11 ROTARY DRYER II (RD-102)
Fungsi : Untuk mengurangi kadar air beserta asam asetat sampai
memenuhi komposisi produk akhir
Udara
30
Selulosa Asetat
Selulosa Asetat
Selulosa
32
29
Selulosa
Lignin
Lignin
31
Abu
Abu
H2O
RD-102
Dryer dapat mengurangi kadar air sebesar 90% dari laju alir air masuk
(Perry,1997)
Neraca Massa Total :
F29= F31 + F32
Tabel LA.23 Analisa derajat kebebasan Rotary Dryer II (RD-102)
Jumlah variabel
Rotary Dryer II
Keterangan
15
F29 Selulosa Asetat, F29 Selulosa
,F29 Lignin, F29 Abu, F29 Silika,
F29 H2O, F29 CH3COOH, F32
Selulosa Asetat, F32 Lignin, F32
Abu, F32 Silika, F32 H2O, F32
CH3COOH,F31H2O,F31
CH3COOH.
Selulosa
Asetat,
Selulosa
Universitas Sumatera Utara
Jumlah Neraca TTSL
6
Lignin,
Abu,
Silika,
H2O,CH3COOH.
Spesifikasi :
Komposisi
8
F28 Selulosa Asetat, F28 Selulosa
, F28 Lignin, F28 Abu, F28 Silika,
F28 H2O, F28 CH3COOH, F30
H2O.
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa asetat
F29 Selulosa asetat = F32 Selulosa asetat = 10101,0101 kg/jam
b. Selulosa
F29 Selulosa = F32 Selulosa = 135,7527 kg/jam
c. Lignin
F29 Lignin = F32 Lignin = 140,5437 kg/jam
d. Abu
F29 Abu = F32 Abu = 42,0390 kg/jam
e. Silika
F29 Silika = F32 Silika = 27,9226 kg/jam
f. CH3COOH
F29 CH3COOH = 921,9158 kg/jam
F31 CH3COOH = 0.9 x F29 CH3COOH
= 0.9 x 921,9158 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
= 829,7242 kg/jam
F32 CH3COOH = F29 CH3COOH – F31 CH3COOH
= 921,9258 kg/jam – 829,7242 kg/jam
= 92,1916 kg/jam
g. H2O
F29 H2O
= 0,0323 kg/jam
F31 H2O
= 0.9 x F29 H2O
= 0.9 x 0,0323 kg/jam
= 0,0291 kg/jam
F32 H2O
= F29 H2O – F31 H2O
= 0,0323 kg/jam - 0,0291 kg/jam
= 0,0032 kg/jam
Tabel LA.24 Neraca Massa Pada Rotary Dryer II (RD-102)
Komponen
Masuk
(kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 29
Alur 31
Alur 32
Selulosa
135,7527
-
135,7527
H2O
0,0323
0,0291
0,0032
Lignin
140,5437
-
140,5437
Abu
42,0390
-
42,0390
Silika
27,9226
-
27,9226
CH3COOH
921,9158
829,7242
92,1916
Selulosa asetat
10101,0101 -
10101,0101
Sub total
11369,2163 829,7242
10539,4629
Total
11369,2163 11369,2163
Universitas Sumatera Utara
LA.12. Neraca Massa Pada Crusher (CR)
Selulosa Asetat
Selulosa Asetat
Selulosa
33
34
Selulosa
Lignin
Lignin
Abu
Abu
(CR)
Tabel LA.25 Analisa derajat kebebasan Crusher (CR)
Reaktor
Keterangan
Hidrolisa
Jumlah variabel
14
F33 Selulosa Asetat, F33 Selulosa, F33
Lignin, F33 Abu, F33 Silika, F33 H2O,
F33 CH3COOH, F34 Selulosa Asetat,
F34 Lignin, F34 Abu, F34 Silika, F34
H2O, F34 CH3COOH.
Selulosa Asetat, Selulosa, Lignin,
Jumlah Neraca TTSL
7
Abu, Silika, H2O, CH3COOH
Spesifikasi :
Komposisi
7
F33 Selulosa Asetat, F33 Selulosa,
F33Lignin, F33 Abu, F33 Silika, F33
H2O, F33 CH3COOH.
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
Basis
-
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Total :
Universitas Sumatera Utara
F33= F34
F34
Selulosa
= F33
Selulosa = 135,7527 kg/jam
F34
Lignin
= F33
Lignin
= 140,5437 kg/jam
F34
abu
= F33
Abu
= 42,0390 kg/jam
F34
Silika
= F33
Silika
= 27,9226 kg/jam
F34
H2O
= F33
H2O
= 0,0032 kg/jam
34
FCH3COOH
33
= FCH3COOH
= 92,1916 kg/jam
F34
Selulosa asetat =
F33
Selulosa asetat
= 10101,0101 kg/jam
Tabel LA.26 Neraca Massa pada Crusher (CR)
komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 33
Alur 34
Selulosa
135,7527
135,7527
H2O
0.0032
0.0032
Lignin
140,5437
140,5437
Abu
42,0390
42,0390
Silika
27,9226
27,9226
CH3COOH
92,1916
92,1916
Selulosa asetat
10101,0101
10101,0101
Sub total
10539,4629
10539,4629
Total
10539,4629
10539,4629
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Kapasitas Produk
: 80.000 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kJ/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Suhu referensi
: 25oC (298oK)
Perhitungan neraca panas menggunakan data dan rumus sebagai berikut:
1.
Rumus untuk perhitungan beban panas pada masing-masing alur
masuk dan keluar
�
� = ∆� = ∫� ���� � × �� × �� …………………..................(Smith, 1975)
Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang
digunakan adalah :
�
�
�
2
2
�
∫� �� × �� = ∫� ��� × �� × ∆��� + ∫� ��� × ��……(Reklaitis, 1983)
1
�
1
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
2
2
dQ
= r∆H r (T ) + N ∫ CpdTout − N ∫ CpdTout ............................(Reklaitis,1983)
dt
T1
T1
T
T
2.
Data untuk perhitungan kapasitas panas
Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk
gugus – gugus pada senyawa solid.
Tabel LB.1 Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison
∆��
Unsur Atom
C
10,89
H
7,56
O
13,42
Cl
24,69
Na
26,19
Mg
22,69
Cr
26,63
Si
17
Universitas Sumatera Utara
(Perry, 1997)
Perhitungan Cps padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan
Harrison:
�
Dimana :
3.
CpS
��� = � ��∆��
�=1
= Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K)
n
= Jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa
Ni
= Jumlah unsur atom i dalam senyawa
∆��
= Nilai dari kontribusi unsur atom i pada Tabel LB.2
Data perhitungan panas pembentukan dan panas penguapan
Tabel LB.2 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugusgugus pada senyawa padatan [kJ/mol].
Tabel LB.2 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan (∆��� )
̶ CH2 ̶
-26,80
│
̶ CH ̶
│
8,67
│
̶ C ̶
79,72
│
Oxygen Increments
̶ OH (Phenol)
-221,65
̶ O ̶ (Nonring)
-132,22
̶ O ̶ (Ring)
-138,16
│
̶ C = O (Nonring)
-133,22
Nonring Increments
̶ CH3
-76,45
̶ CH2 ̶
-20,64
=C ̶
83,99
Universitas Sumatera Utara
│
=O
-247,61
Perhitungan ∆��� (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy
adalah :
∆��� (298,15 K) = 68,29 + ∑� �� ∆� ………………………………… (Perry, 1997)
Perhitungan untuk panas penguapan :
Q = n. ∆Hvl
4.
……………………………………… (Smith dan Van Ness, 1975)
Data untuk steam dan air pendingin
Steam yang digunakan adalah Saturated steam 120oC pada tekanan 2 atm.
Hv (120oC) = 2706,3 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Perhitungan nilai kapasitas panas (Cp) masing – masing komponen:
1.
Selulosa asetat (C6H7O2OH(OCOCH3)2)
Cps Selulosa asetat
= ΔEC (10) + ΔEH (14) + ΔEO (7)
= 10,89(8) + 7,56(14) + 13,42(7)
= 286,9 J/mol.K
2.
Selulosa triasetat (C6H7O2(OCOCH3)3)
Cps Selulosa triasetat
= ΔEC (12) + ΔEH (16) + ΔEO (8)
= 10,89(12) + 7,56(16) + 13,42(8)
= 359 J/mol.K
3.
Selulosa (C6H7O2(OH)3)
Cps Selulosa
= ΔEC (6) + ΔEH (10) + ΔEO (5)
= 10,89(6) + 7,56(10) + 13,42(5)
= 208,04 J/mol.K
4.
Lignin
Cps lignin
= ΔEC (20) + ΔEH (20) + ΔEO (8)
= 10,89 (20) + 7,56 (20) + 13,42 (8)
= 476,36 J/mol.K
5.
Silika (SiO2)
= ΔESi (1) + ΔEO (2)
= 17(1) + 13,42 (2)
Cps Silika
= 43,84 J/mol.K
Universitas Sumatera Utara
6.
= ΔE Mg (1) + ΔEO (1)
Abu (MgO)
= 22,69 (1) + 13,42 (1)
7.
Cps MgO
= 36,11 J/mol.K
NaOCL
= ΔENa(1)+ΔEO(1)+ ΔECl(1)
= 26,19(1) + 13,42 (1) + 24,69 (1)
8.
Cps NaOCL
= 63.4 J/mol.K
NaOH
= ΔENa(1)+ΔEO(1)+ ΔEH(1)
= 26,19(1) + 13,42 (1) + 7,56 (1)
Cps NaOH
9.
= 47,17 J/mol.K
Asam asetat (CH3COOH)
10.
Cpl
= 123,1 J/mol.K
Cpg
= 63,4 J/mol.K
Asetat anhidrat ((CH3CO)2O)
Cpl
11.
Asam sulfat (H2SO4)
Cpl
12.
= 138,9 J/mol.K
Natrium Hidroksida (NaOH)
Cps
13.
5.
= 186,252 J/mol.K
= 28,23 J/mol.K
Air (H2O)
Cpl
= 75,2634 J/mol.K
Cpg
= 33,36 J/mol.K
Perhitungan nilai panas pembentukan (ΔH0f) dan panas penguapan
(ΔHvl)
Menghitung ΔH0f298 Selulosa asetat :
|
ΔH f298
0
|
= 68,29 + (-OH phenol) + 2(-CH- ) + 3(-C- ) + ( -O- ring)
|
+ 2(-CH3) + (-CH2- ) + 2(-C-) + 2(-O-nonring) + 3(=O)
|
ΔH0f298
= 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)
ΔH0f298
= -1047,85 kJ/mol
Universitas Sumatera Utara
Menghitung ΔH0f298 Selulosa triasetat :
|
ΔH f298
0
|
= 68,29 + 2( -CH- ) + 3( -C-) + (-O- ring) + 2(-CH3) +
|
|
|
(-CH2-) + 3(-C-)+ 3(-O-nonring) + 3( =O)
|
ΔH f298
0
= 68,29 + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) +
(- 20,64) +3(83,99) + 3(-132,22) + 3(-247,61)
ΔHof298
= -950,88 kJ/mol
Menghitung ΔHof298 Selulosa :
|
ΔHof298
= 68,29 + 3(-OH phenol) + 4(-CH) + (-CH2-)
|
+ (-O-nonring) + (-O-ring)
ΔHof298
= 68,29 + 3(-221,65) + 4(8,67) + (-26,8) + (-132,22) +
(-138,16)
ΔHof298
= -859,16 kJ/mol
ΔHof298 Asam asetat
= -483,5 kJ/mol
ΔH f298 Asetat anhidrat
= -391,17 kJ/mol
ΔHof298 Asam sulfat
= -810,9413 kJ/mol
ΔHof298 Air
= -241,9882 kJ/mol
ΔHvl Asam asetat
= 23,7 kJ/mol
ΔHvl Air
= 40,6562 kJ/mol (Reklaitis, 1983)
o
Tabel LB.3 Nilai Panas Pembentukan Dan Panas Penguapan
Komponen
ΔH⁰f298 (kJ/mol)
ΔHvl (kJ/mol)
selulosa asetat
-1047,85
-
selulosa tri asetat
-847.43
-
Selulosa
-859,16
-
asam asetat
-483,5
23,7
asetat anhidrat
-391,17
-
Universitas Sumatera Utara
6.
asam sulfat
-810,9413
-
Air
-242
40,6562
Perhitungan panas reaksi (ΔHor)
Menghitung ΔHor reaksi:
Reaksi 1 :
OH
C6H7O2
OCOCH3
OH + 3(CH3CO)2O
C6H7O2
OH
OCOCH3 + 3CH3COOH
OCOCH3
Selulosa
asetat anhidrat
= �� �� ����298 �
ΔHor1
selulosa triasetat
������
− �� �� ����298 �
asam asetat
�������
= {3(–483,5) + (-847.43)} – {3(–391,17) + (–859,16)}
= -292.26 kJ/mol
Reaksi 2 :
OCOCH3
C6H7O2
OH
OCOCH3 + H2O
C6H7O2
OCOCH3
Selulosa triasetat
ΔHor2
OCOCH3
+ CH3COOH
OCOCH3
air
selulosa asetat
asam asetat
= {(–483,5) + (–1047,85)} – {(–241,9882) + (–950,88)}
= -414.9318 kJ/mol
Reaksi 3:
((CH3CO)2O)
Asetat anhidrat
ΔHor3
+
H2O
2 CH3COOH
air
asam asetat
= 2(–483,4) – {(–241,9882)+( –391,17)
= –333,8418 kJ/mol
Universitas Sumatera Utara
LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (T-101)
H2O
NaOH
T = 30oC
Selulosa
H2O
Lignin
Abu
Silika
T = 30oC
Saturated
Steam
T = 120oC
P = 2 atm
4
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
5
1
Saturated
Condensate (L)
T = 120oC
P = 2 atm
T-101
T=120oC
Panas
masuk
303.15
303.15
303.15
1
1
1
= ���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
303.15
303.15
303.15
1
4
�������
∫29815 ���� + ��12 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� +
303.15
��42 � ∫298,15 ���� … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. (1)
Tabel LB. 4 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi
dengan menggunakan persamaan (1)
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
1
4
Total
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109
162
43,6266
1040.2000 45380,4001
H2O
4561,6409
18
253,4245
375.5523
Lignin
2892,1250
388
7,4539
2381.8000 17753,7717
Abu
865,0838
40.3
21,4661
180.5500
3875,7040
Silika
574,5944
60.08
9,5638
219.2000
2096,3896
NaOH
127,6876
40
3,1922
235.8500
752,8782
H2O
1468,4079
18
81,5782
375.5523
30636,8851
95174,1494
195670,1782
Universitas Sumatera Utara
Panas
keluar
393.15
=
393.15
393.15
5
5
5
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
393.15
5
5
�������
∫29815 ���� + ��52 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� … … . …
(2)
Tabel LB. 5 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Ekstraksi dengan
menggunakan persamaan (2).
Tabel LB.5 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
5
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109
162
43,6266
19763.8000 862227,6013
H2O
6030,0488
18
335,0027
7224.8929
Lignin
2892,1250
388
7,4539
45254.2000 337321,6630
Abu
865,0838
40.3
21,4661
3430.4500
73638,3769
Silika
574,5944
60.08
9,5638
4164.8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481.1500
14304,6867
Total
2420358,7051
3747682,4357
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc), adalah:
dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= (3747682,4357 – 195670,1782) kJ/jam
= 3552012,2575 kJ/jam
Sebagai media pemanas digunakan Saturated steam dengan temperatur
120oC. Dari tabel steam, untuk Saturated steam pada T = 120oC diperoleh data:
•
•
•
HV(120,20C)
= 2706,3 kJ/kg
HL(120,20C)
= 504,7 kJ/kg
Panas laten, λ
= 2201,6 kJ/kg
=
�=
��
λ
3552012 ,2575 kj /jam
2201 ,6 kj /kg
= 1613,3777 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.6 Neraca Energi Tangki Ekstraksi (T-101)
Komponen Masuk (kj/jam)
Keluar (kj/jam)
Umpan
195670,1782
-
Produk
-
3747682,4357
Qc
3552012,2575
-
Total
3747682,4357
3747682,4357
LB.2 STORAGE TANK (ST-101)
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
5
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
6
ST-101
(ST-101)
Panas masuk :
393.15
393.15
393.15
5
5
5
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
393.15
5
5
�������
∫29815 ���� + ��52 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� … … . …
(3)
Tabel LB. 7 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Storage Tank dengan
menggunakan persamaan (3)
Tabel LB.7 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Storage Tank (ST-101)
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
5
Total
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109 162
43,6266
19763,8000 862227,6013
H2O
6030,0488 18
335,0027
7224,8929
Lignin
2892,1250 388
7,4539
45254,2000 337321,6630
Abu
865,0838
40
21,4661
3430,4500
73638,3769
Silika
574,5944
60
9,5638
4164,8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481,1500
14304,6867
2420358,7051
3747682,4357
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar =
393.15
393.15
393.15
6
6
6
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
6
�������
∫29815 ���� + ��62 � ∫298,15 ���� +
393.15
6
�����
∫298,15 ���� … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … .. (4)
Tabel LB.8 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada storage tank dengan
menggunakan persamaan (4)
Tabel LB.8 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Storage Tank (ST-101)
Laju
Alur
BM
Komponen Massa
(kg/jam)
6
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109 162
43,6266
19763,8000 862227,6013
air
6030,0488 18
335,0027
7224,8929
lignin
2892,1250 388
7,4539
45254,2000 337321,6630
abu
865,0838
40
21,4661
3430,4500
73638,3769
silika
574,5944
60
9,5638
4164,8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481,1500
14304,6867
Total
2420358,7051
3747682,4357
LB. 3 ROTARY WASHER I (RW – 101 )
H2O
T = 30oC
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
Panas
393.15
7
6
9
8
RW-101
masuk
393.15
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
Selulosa
HLignin
2O
Abu
Silika
H2O
NaOH
=
393.15
6
6
6
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
393.15
6
6
�������
∫29815 ���� + ��62 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� +
393.15
��72 � ∫298,15 ���� … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … … … …. (5)
Tabel LB.9 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer I dengan
menggunakan persamaan (5).
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.9 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Laju
Alur
Komponen
Massa
(kg/jam)
6
7
BM
N
∫CpdT
(kg/kmol)
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109
162
43,6266
19763,8000
862227,6013
H2O
6030,0488
18
335,0027
7150,0230
2395277,0891
Lignin
2892,1250
388
7,4539
45254,2000
337321,6630
Abu
865,0838
40
21,4661
3430,4500
73638,3769
Silika
574,5944
60
9,5638
4164,8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481,1500
14304,6867
H2O
43892,6263
18,0000
2438,4792
376,3170
917641,1907
Total
4640242,0104
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana :
Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
�
���� = ∫�
���
� × �� × ��……………………………. (Smith, 1975)
Panas Keluar =
�
8
���������
∫298,15 �� (� − 25) +
�
�
�
8
8
8
�������
∫298,15 ��(� − 25) + ����
∫298,15 ��(� − 25) + �������
∫298,15 ��(� −
�
�
8
25) + ��82 � ∫298,15 ��(� − 25) + �����
∫298,15 ��(� − 25) +
�
9
���������
∫298,15 ��(� − 25) +
�
�
�
9
9
9
�������
∫29815 ��(� − 25) + ����
∫298,15 ��(� − 25) + �������
∫298,15 ��(� −
�
25) + ��92 � ∫29815 ��(� − 25) … … … … … … … … … … . … … … … … …. (6)
Sehingga diperoleh T keluar (T) = 46 oC
Maka Panas keluar =
319,15
319,15
319,15
8
8
8
���������
∫298,15 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
319,15
319,15
319,15
8
8
�������
∫298,15 ���� +
∫29815 ���� + ��82 � ∫298,15 ���� + �����
Universitas Sumatera Utara
319,15
319,15
319,15
9
9
9
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
319,15
319,15
9
�������
∫29815 ���� + ��92 � ∫298,15 ���� + … … … … … … … … … … . … … … (7)
Tabel LB.10 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer I
dengan menggunakan persamaan (7).
Tabel LB.10 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Alur
8
9
∫CpdT
Laju Massa BM
N
(kg/jam)
(kg/kmol)
(kmol/jam) (kJ/kmol)
Selulosa
141,3502
162
0,8725
4334,5190 3782,0075
H2O
48924,2215
18
2718,0123
1568,1150 4262155,8086
Lignin
1779,5245
388
4,5864
9924,9735 45519,9328
Abu
532,2860
40
13,2081
752,3528
9937,1441
Silika
353,5479
60
5,8846
913,4076
5375,0558
NaoH
127,6876
40
3,1922
982,7882
3137,2477
Selulosa
6926,1607
162
42,7541
4334,5190 185318,3654
H2O
998,4535
18
55,4696
1568,1150 86982,7716
Lignin
1112,6005
388
2,8675
9924,9735 28460,1302
Abu
332,7977
40
8,2580
752,3528
6212,9357
Silika
221,0465
60
3,6792
913,4076
3360,6110
Komponen
TOTAL
Q (kJ/jam)
4640242,0104
Tabel LB.11 Neraca Energi Rotary Washer I
(RW-101)
Komponen Masuk (kj/jam)
Keluar (kj/jam)
Umpan
4640242,0104
-
Produk
-
4640242,0104
Total
4640242,0104
4640242,0104
Universitas Sumatera Utara
LB.4 TANGKI BLEACHING (T – 102)
H2O
T= 30 oC
H2O
NaOCL
T= 30 oC
Selulosa
Lignin H2O
Abu NaOCl
Silika
H2O
T= 46 oC H2O
Panas masuk =
Saturated
Steam
T = 100oC
P = 1 atm
11
10
Selulosa
Lignin
Abu
silika
H2O
NaOCl
T= 60 oC
9
12
Saturated
Condensate
T= 100 oC
P = 1 atm
319,15
T= 60oC
319,15
319,15
9
9
9
– 102+ ����
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 T����
∫298,15 ���� +
319,15
319,15
303,15
9
10
�������
∫29815 ���� + ��92 � ∫298,15 ���� + + ��2�
∫29815 ���� +
303,15
303,15
10
������
∫29815 ���� + ��112 � ∫29815 ���� … … … … … … … … … . … … . . … … (8)
Tabel LB.12 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Bleaching
dengan menggunakan persamaan (8).
Tabel LB.12 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
9
11
10
TOTAL
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
6926,1607
162
42,7541
4334,5190 185318,3654
H2O
998,4535
18
55,4696
1568,1150 86982,7716
Lignin
1112,6005
388
2,8675
9924,9735 28460,1302
Abu
332,7977
40
8,2580
752,3528
6212,9357
Silika
221,0465
60
3,6792
913,4076
3360,6110
H2O
84889,4784 18
4716,0821
375,5523
1771135,4345
NaOCl
47,9553
75
0,6437
321,5000
206,9480
H2O
431,5976
18
23,9776
375,5523
9004,8602
2090682,0567
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar =
333,15
333,15
333,15
12
12
12
���������
∫298,15 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
333,15
333.15
12
�������
∫29815 ���� + ��122 � ∫298,15 ���� +
333.15
12
������
∫298,15 ���� … … … …......................................................................... (9)
Tabel LB.13 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Bleaching
dengan menggunakan persamaan (9). Panas Keluar Tiap Komponen dan Total
Tangki Bleaching
Tabel LB.13 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching
Alur
Komponen
12
Laju Massa BM
∫CpdT
N
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Selulosa
6926,1607
162
H2O
Q (kJ/jam)
42,7541
7281,4000
311309,5445
86319,5296 18
4795,5294
2640,4543
12662376,4811
Lignin
1112,6005
388
2,8675
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas Produk
: 80.000 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kg/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Bahan baku
: alang – alang
Produk utama
: Selulosa Asetat (C6H7O2OH((OCOCH3)2)
Penentuan Kapasitas
Dalam perencanaan pendirian suatu pabrik dibutuhkan suatu prediksi
kapasitas agar produksi yang dihasilkan dapat memenuhi kebutuhan, terutama
kebutuhan dalam negeri.
Perkiraan kapasitas pabrik dapat ditentukan dari nilai impor setiap tahun
dengan menggunakan rumus :
F = P ( 1 + i )n
Dimana : F = nilai impor tahun 2015
P = nilai impor tahun 2014
i = parameter kenaikan impor tiap tahun
n = jumlah tahun (1)
Tabel LA.1. Data Kebutuhan impor Selulosa asetat di Indonesia
TahunImpor
Jumlah
(Ton)
% kenaikan
2010
78.272
-
2011
84.516
7.98
2012
83.570
-1.12
2013
45.305
- 45.78
2014
89.825
98.26
Total
381.488
59.34
(Sumber: Badan Pusat Statistik Nasional (BPS), 2010-2014)
Dari nilai rata-rata kenaikan impor per tahun diperoleh sebesar 11.868 %
Universitas Sumatera Utara
= P ( 1 + i )n
F
F(2015) = 89.825(1+(0.11868))1
= 100.485,431 Ton
Maka dapat diprediksikan nilai impor pada tahun 2015 adalah
100.485,431 Ton. Berdasarkan perkiraan kebutuhan selulosa asetat pada tahun
2015, maka pra rancangan pabrik ini akan menutupi kebutuhan impor tersebut
sebesar 80.000 ton/tahun. Rancangan pabrik selulosa asetat ini dibuat dengan
kapasitas 80.000 ton/tahun yang direncankan ditujukan untuk memenuhi
kebutuhan impor.
Produksi Selulosa Asetat
: �80.000
���
� ×
�� ℎ��
: 10101,0101 kg/jam
1 �� ℎ��
330 ℎ���
×
1 ℎ���
24 ���
×
1000 ��
1 ���
Untuk basis umpan 1000 kg/jam alang-alang dihasilkan produk selulosa asetat
sebesar 632,8575 kg/jam, maka untuk kapasiitas produksi 80.000 ton/tahun atau
10101,0101 kg/jam, diperoleh kapasitas bahan baku sebanyak 15960,9550 kg/jam.
Dengan faktor pengalinya:
1000 kg/jam
632,8575 kg/jam
=
X
10101,0101 kg/jam
kg
10101,0101 jam x 1000 kg/jam
X =
632.8575 kg/jam
X = 15960,9550 kg/jam (bahan baku)
Rumus molekul dan berat molekul komponen yang terlibat serta komposisi
kandungan utama alang-alang dapat dilihat pada Tabel LA.1 dan LA.2.
Tabel LA.2 Kandungan Kimia Alang-alang
Kandungan
Kadar
Selulosa
44,28 %
0,4428 %
Silika
3.6 %
0,036 %
Lignin
18,12 %
0,1812 %
Air
28,58 %
0,2858 %
Abu
5,42 %
0,0542 %
Sumber : (Budi, dkk. 2012)
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.3 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen
Berat
Nama
Rumus Molekul
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
Asam sulfat
H2SO4
98
Molekul
(kg/kmol)
Sumber : Wikipedia, 2014
LA.1 TANKI EKSTRAKSI (T–101)
Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari alang-alang dan tahap awal untuk
proses bleaching
NaOH
4
5
1
Selulosa
Selulosa
lignin
lignin
abu
T-(101)
abu
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.4 Analisa derajat kebebasan Tangki Ekstraksi (T-101)
Tanki
Keterangan
Ekstraksi
Jumlah variabel
14
F1Selulosa ,F1 air, F1 lignin, F1
abu, F1 silika, F4 NaoH, F4 H2O,
F5 Selulosa, F5air, F5 lignin, F5
abu, F5 silika, F5 NaoH, F5 H2O
Jumlah Neraca TTSL
6
Spesifikasi :
7
Komposisi
Selulosa, air, lignin, abu, silika,
NaOH
Hubungan pembantu
-
Konversi
-
F1Selulosa ,F1 air, F1lignin, F1abu,
Ratio spliter
-
F1 silika, F5 NaOH, F5H2O
Ratio Laju alir
Basis
1
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Total :
�1 + � 4 = � 5
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F1
= 15960,9550 kg/jam
F1 selulosa
= 0.4428 x F1
= 0.4428 x 14963,3952 kg/jam
= 7067,5109 kg/jam
F5 selulosa
= F1 selulosa
= 7067,5109 kg/jam
b. H2O
F1 H2O
= 0.2858 x F1
Universitas Sumatera Utara
= 0.2858 x 15960,9550 kg/jam
= 4561,6409 kg/jam
c. Lignin
F1 lignin
= 0.1812 x F1
= 0.1812 x 15960,9550 kg/jam
= 2892,1250 kg/jam
F5 Lignin
= F1 lignin
= 2892,1250 kg/jam
d. Abu
F1 abu
= 0.0542 x F1
= 0.0542 x 15960,9550 kg/jam
= 865,0838 kg/jam
F5 abu
= F1 abu
= 865,0838 kg/jam
e. Silika
F1 silika
= 0.036 x F1
= 0.036 x 15960,9550 kg/jam
= 574,5944 kg/jam
F5 silika
= F1 silika
= 574,5944 kg/jam
f. NaOH
Untuk tahap ekstraksi, larutan NaOH 8% yang diperlukan adalah 10% dari
jumlah bahan baku alang - alang.
F4
=
=
10
100
10
100
×F1
× 15960,9550 kg/jam
= 1596,0955 kg/jam
F4 NaOH
= 0.08 x F4
= 0.08 x 15960,9550 kg/jam
= 127,6876 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F5 NaOH
= F4 NaOH
= 127,6876 kg/jam
g. H2O
F4 H2O
= F4 – F4 NaOH
= 1596,0955 – 127,6876 kg/jam
= 1468,4079 kg/jam
F5 H2O
= F4 H2O + F1 H2O
=1468,4079 + 4561,6409 kg/jam
= 6030,0488 kg/jam
Tabel LA.5 Neraca Massa Pada Tangki Ekstraksi (T-101)
komponen
Masuk (kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 1
alur 5
alur 4
Selulosa
7067,5109
7067,5109
air
4561,6409
1468,4079 6030,0488
lignin
2892,1250
2892,1250
abu
865,0838
865,0838
silika
574,5944
574,5944
NaoH
127,6876
127,6876
sub total
15960,9550
1596,0955 17557,0505
total
17557,0505
17557,0505
Universitas Sumatera Utara
LA. 2 STORAGE TANK (ST-101)
Selulosa
lignin
abu
ilik
6
5
Selulosa
ST- 101
lignin
abu
(ST-101)
Neraca massa total
F5 = F6
F 5selulosa
= F 6selulosa
= 7067,5109 kg/jam
5
FLignin
6
= FLignin
= 2892,1250 kg/jam
5
Fabu
=
6
Fabu
=
865,0838 kg/jam
5
Fsilika
=
6
Fsilika
=
574,5944 kg/jam
5
FNaoH
=
6
FNaoH
=
127,6876 kg/jam
5
FH2O
=
6
FH2O
=
6030,0488 kg/jam
F4 total
= F5 total
=
17557,0505 kg/jam
Tabel LA.6 Neraca Massa pada Storage Tank (ST)
Masuk
keluar
(g/jam)
(g/jam)
alur 5
alur 6
Selulosa
7067,5109
7067,5109
air
6030,0488
6030,0488
lignin
2892,1250
2892,1250
abu
865,0838
865,0838
silika
574,5944
574,5944
NaoH
127,6876
127,6876
sub total
17557,0505 17557,0505
total
17557,0505 17557,0505
komponen
Universitas Sumatera Utara
LA. 3 Rotary Washer I (W-101)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tereduksi pada tangki ekstraksi
dan
komponen pengekstrak yang terlarut dalam air dari pulp
Selulosa
6
Lignin
Selulosa
Abu
H2O
9
Lignin
7
Silika
Abu
Selulosa
8
W-1 -101
Lignin
Abu
Tabel LA.7 Analisa derajat kebebasan Rotary Washer I (RW-101)
Jumlah variabel
Rotary Washer I
Keterangan
11
F6 Selulosa, F6 Lignin, F6 Abu,
F6 Silika, F6 H2O, F6 NaOH, F7
H2O, F9 Selulosa, F9 Lignin, F9
Abu, F9 Silika, F9 H2O
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa, Lignin, Abu, Silika,
H2O, NaOH
Spesifikasi :
Komposisi
7
F6 Selulosa ,F6 Lignin, F6 Abu,
F6 Silika, F6 NaOH, F6 H2O,F7
Hubungan pembantu
H2O
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
+3
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Total :
Neraca Massa Komponen :
�6 + �7 = �9 + �8
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
a. Selulosa
F6 Selulosa
= 7067,5109 kg/jam
F8 Selulosa
= F6 Selulosa – (0,98 x F6 Selulosa)
= 7067,5109 kg/jam – (0,98 x 7067,5109 kg/jam)
= 141,3502 kg/jam
F9 selulosa
= 0,98 x F6 Selulosa
= 0,98 x 7067,5109 kg/jam
= 6926,1607 kg/jam
Sebanyak 61.53 % lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan
terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer.
b. Lignin
F6 lignin
= 2892,1250 kg/jam
F8 Lignin
= 0,6153 x F6 lignin
= 0,6153 x 2892,1250 kg/jam
= 1779,5245 kg/jam
F9 Lignin
= F6 lignin – F8 lignin
= 2892,1250 kg/jam – 1779,5245 kg/jam
= 1112,6005 kg/jam
c. Abu
F6 Abu
= 865,0838 kg/jam
F8 Abu
= 0.6153 x F6 Abu
= 0.6153 x 865,0838 kg/jam
= 532,2860 kg/jam
F9 Abu
= F6 Abu – F8 Abu
= 865,0838 kg/jam - 532,2860 kg/jam
= 332,7977 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
d. Silika
F6 Silika
= 574,5944 kg/jam
F8 Silika
= 0,6153 x F6 silika
= 0,6153 x 574,5944 kg/jam
= 353,5479 kg/jam
F9 Silika
= F6 Silika – F8 Silika
= 574,5944 kg/jam – 353,5479 kg/jam
= 221,0465 kg/jam
f. NaOH
F6 NaOH
= 127,6876 kg/jam
F8 NaOH
= F6 NaOH
= 127,6876 kg/jam
g. H2O
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam Rotary washer
adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)
F6 H2O
= 6030,0488 kg/jam
F6 total
= 17557,0505 kg/jam
F7 H2O
= 2.5 x F6 total
F7 H2O
= 2.5 x 17557,0505 kg/jam
= 43892,6263 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran Rotary washer adalah 2% dari total
air yang masuk ke dalam Rotary washer
F9 H2O
= 0.02 x (F6 H2O + F7 H2O)
= 0.02 x (6030,0488 kg/jam + 43892,6263 kg/jam)
= 998,4535 kg/jam
F8 H2O
= (F6 H2O + F7 H2O) – F9 H2O
= (6030,0488 + 43892,6263) – 998,4535 kg/jam
= 48924,2215 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.8 Neraca Massa Pada Rotary Washer I (RW-101)
komponen
Masuk (kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 6
alur 8
alur 9
141,3502
6926,1607
alur 7
Selulosa
7067,5109
air
6030,0488
lignin
2892,1250
1779,5245
1112,6005
abu
865,0838
532,2860
332,7977
silika
574,5944
353,5479
221,0465
NaoH
127,6876
127,6876
sub total
17557,0505 43892,6263 51858,6179
total
61449,6768
LA. 4
43892,6263 48924,2215
998,4535
9591,0588
61449,6768
TANGKI BLEACHING (T – 102)
Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna
putih pada pulp yang dihasilkan
Selulosa
9
Lignin
Abu
Selulosa
H2O
10
12
Lignin
1
H2O
Abu
Silika
T – 102
Tabel LA.9 Analisa derajat kebebasan Tangki Bleaching (T – 102)
Tanki
Keterangan
Bleaching
Jumlah variabel
14
F9 Selulosa, F9 Lignin, F9 Abu, F9
Silika,
F9H2O,
F10 H2O,
F10
NaOCL, F11 H2O, F12Selulosa, F12
lignin, F12 Abu, F12 Silika, F12 H2O,
F12NaOCL
Universitas Sumatera Utara
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa,
Lignin, Abu, Silika,
H2O, NaOCL
Spesifikasi :
Komposisi
7
F9 Selulosa, F9 Lignin, F9 Abu, F9
Silika,
Hubungan pembantu
F10H2O,
F10
NaOCL,
F11H2O
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
1
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Total :
� 9 + �10 + �11 = �12
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F9 selulosa
= F12 Selulosa
= 6926,1607 kg/jam
b. Lignin
F9 Lignin
= F12 Lignin
= 1112,6005 kg/jam
c. Abu
F9 Abu
= F12 Abu
= 332,7977 kg/jam
d. Silika
F9 Silika
= F12 Silika
= 221,0465 kg/jam
e. NaOCl
Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 10% yang diperlukan adalah 5% dari
jumlah pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.
F10
= 0,05 x F9 total
Universitas Sumatera Utara
= 0,05 x 9591,0588 kg/jam
= 479,5529 kg/jam
F10 NaOCl
= 0,1 x F10
= 0,1 x 479,5529 kg/jam
= 47,9553 kg/jam
f. H2O
F9 H2O
= 998,4535 kg/jam
F10 H2O
= F10 – F10 NaOCl
= 479,5529 kg/jam – 47,9553 kg/jam
= 431,5976 kg/jam
Konsistensi air yang diperlukan Pulp pada tahap bleaching adalah 10% (smook,
1989) maka air yang diperlukan adalah :
����������� ��� =
8055 ,5674
��
���
×100%
10 %
F12 H2O
= 86319,5296 kg/jam
F11 H2O
= F12 H2O – F10 H2O – F9 H2O
− 8055,5674
��
���
= (86319,5296 – 431,5976 – 998,4535) kg/jam
= 84889,4784 kg/jam
Tabel LA.10 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (T – 102)
komponen
Masuk (kg/jam)
alur 9
alur 10
keluar (kg/jam)
alur 11
alur 12
Selulosa
6926,1607
air
998,4535
lignin
1112,6005
1112,6005
abu
332,7977
332,7977
silika
221,0465
221,0465
NaoCL
6926,1607
431,5976
84889,4784
47,9553
sub total
9591,0588
total
94960,0902
479,5529
86319,5296
47,9553
84889,4784
94960,0902
94960,0902
Universitas Sumatera Utara
LA. 5
Rotary Washer II (kg/jam) (RW-102)
Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada
tangki Bleaching
13
H2O
Selulosa
Selulosa
Lignin
14
Lignin
12
Abu
Abu
15
Selulosa
Silika
RW -102
Lignin
Abu
Tabel LA.11 Analisa derajat kebebasan Rotary Washer II (RW-102)
Jumlah variabel
Washer II
Keterangan
12
F12 Selulosa, F12 Lignin, F12 Abu, F12
Silika, F12 H2O, F12 NaOCL, F13 H2O,
F14 Selulosa, F14 Lignin, F13 Abu, F14
Silika, F14 H2O
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O,
NaOCL
Spesifikasi :
Komposisi
7
F12 Selulosa, F12 Lignin, F12 Abu, F12
Silika, F12 H2O, F12 NaOCL, F13 H2O
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
+2
Universitas Sumatera Utara
Neraca Massa Total :
Neraca Massa Komponen :
�12 + �13 = �14 + �15
Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)
a. Selulosa
F12 Selulosa
= 6926,1607 kg/jam
F14 Selulosa
= 0.98 x F12 Selulosa
= 0.98 x 6926,1607 kg/jam
= 6787,6374 kg/jam
F15 Selulosa
= F12 Selulosa – (0.98 x F12 Selulosa)
= 6926,1607 kg/jam – (0.98 x 6926,1607 kg/jam)
= 138,5232 kg/jam
Sebanyak 87,368% lignin mampu tereduksi pada tangki bleaching yang akan
terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit Rotary washer
b. Lignin
F12 Lignin
= 1112,6005 kg/jam
F15 Lignin
= 0,8763 x F12 Lignin
= 0.8763 x 1112,6005 kg/jam
= 972,0568 kg/jam
F14 Lignin
= F12 lignin - F15 selulosa
= 1112,6005 kg/jam – 972,0568 kg/jam
= 140,5437 kg/jam
c. Abu
F12 Abu
= 332,7977 kg/jam
F15 Abu
= 0,8763 x F12 abu
= 0,8763 x 332,7977 kg/jam
= 290,7587 kg/jam
F14 Abu
= F12 Abu - F15 Abu
= 332,7977 kg/jam – 290,7587 kg/jam
= 42,0390 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
d. Silika
F12 Silika
= 221,0465 kg/jam
F15 Silika
= 0.8763 x F12 Silika
= 0,8763 x 221,0465 kg/jam
= 193,1239 kg/jam
F14 Silika
= F12 Silika - F15 Silika
= 221,0465 kg/jam – 193,1239 kg/jam
= 27,9226 kg/jam
e. NaOCl
F12 NaOCl = F15 NaOCl = 47,9553 kg/jam
f. H2O
F12 H2O
= 86319,5296 kg/jam
F12 total
= 94960,0902 kg/jam
Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam Rotary
washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)
F13 H2O
= 2.5 x F12 total
= 2.5 x 94960,0902 kg/jam
= 237400,2256 kg/jam
F13 total
= 237400,2256 kg/jam
Air yang terkandung di dalam pulp keluaran Rotary washer adalah 2% dari total
air yang masuk ke dalam Rotary washer
F14 H2O
= 0.02 x (F12 H2O + F13 H2O)
= 0.02 x (94960,0902 kg/jam + 237400,2256 kg/jam)
= 6474,3951 kg/jam
F14 total
= 13472,5378 kg/jam
F15 H2O
= ( F12 H2O + F13 H2O) - F14 H2O
= (94960,0902 + 237400,2256) kg/jam – 6474,3951 kg/jam
= 317245,3601 kg/jam
F15 total
= 318887,7780 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LA.12 Neraca Massa pada Rotary Washer II (RW-102)
komponen
Masuk (kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 12
alur 15
alur 14
138,5232
6787,6374
alur 13
Selulosa
6926,1607
air
86319,5296 237400,2256 317245,3601
6474,3951
lignin
1112,6005
972,0568
140,5437
abu
332,7977
290,7587
42,0390
silika
221,0465
193,1239
27,9226
NaoCL
47,9553
47,9553
sub total
94960,0902 237400,2256 318887,7780
total
332360,3158
LA. 6
13472,5378
332360,3158
ROTARY DRYER I (RD – 101)
Fungsi : Untuk mengeringkan pulp
Udara
16
Selulosa
Selulosa
1
14
Lignin
Abu
Lignin
Abu
17
H2O
(RD – 101)
Tabel LA.13 Analisa derajat kebebasan Rotary Dryer I (RD – 101)
Jumlah variabel
Rotary Dryer I
Keterangan
11
F14 Selulosa, F14 Lignin, F14 Abu,
F14 Silika, F14 H2O, F16 H2O, F18
Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu, F18
Silika, F18 H2O
Jumlah Neraca TTSL
5
Selulosa, Lignin, Abu, Silika,
Spesifikasi :
H2O.
Universitas Sumatera Utara
Komposisi
6
Hubungan pembantu
F14 Selulosa, F14 Lignin, F14 Abu,
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
0
F14 Silika, F14 H2O, F17 H2O.
Neraca Massa Total :
�14 = �17 + �18
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F14 selulosa
= F18 selulosa = 6787,6374 kg/jam
b. Lignin
F14 Lignin
= F18 Lignin = 140,5437 kg/jam
c. Abu
F14 Abu
= F18 Abu = 42,0390 kg/jam
d. Silika
F14 Silika
= F18 Silika = 27,9226 kg/jam
f. H2O
F14 H2O
= 6474,3951 kg/jam
Rotary dryer dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk
(Perry, 1997)
F17 H2O
= 0.9 x F14 H2O
= 0.9 x 6474,3951 kg/jam
= 5826,9556 kg/jam
F18 H2O
= F14 H2O - F17 H2O
= 6474,3951 kg/jam – 5826,9556 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
= 647,4395 kg/jam
Tabel LA.14 Neraca Massa pada Rotary Dryer I (RD-101)
komponen
masuk
(kg/jam)
keluar (kg/jam)
alur 14
alur 17
alur 18
Selulosa
6787,6374
6787,6374
air
6474,3951
lignin
140,5437
140,5437
abu
42,0390
42,0390
silika
27,9226
27,9226
Total
13472,5378 13472,5378
5826,9556
647,4395
LA.7 TANGKI AKTIVASI (T – 103)
Fungsi : Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses
pretreatment pada reaksi asetilasi.
Selulosa
Lignin
18
Abu
Silika
Selulosa
H2O
19
20
Lignin
Abu
Silika
T-103
Tabel LA.15 Analisa derajat kebebasan Tangki Aktivasi (T – 103)
Tangki
Keterangan
Aktivasi
Jumlah variabel
13
F18 Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu,
F17 Silika, F18 H2O,F19 H2O ,F19
CH3COOH,
F20 Selulosa, F20
Lignin, F20 Abu, F20 Silika, F20
Universitas Sumatera Utara
H2O,F20 CH3COOH
Jumlah Neraca TTSL
6
Selulosa,
Lignin, Abu, Silika,
CH3COOH, H2O
Spesifikasi :
7
Komposisi
F18 Selulosa, F18 Lignin, F18 Abu,
F18 Silika, F18 H2O, F19 H2O ,F19
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
0
CH3COOH
Neraca Massa Total :
�18 + �19 = � 20
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F18 Selulosa
= F20 Selulosa = 6787,6374 kg/jam
b. Lignin
F18 Lignin
= F20 Lignin = 140,5437 kg/jam
c. Abu
F18 Abu
= F20 Abu = 42,0390 kg/jam
d. Silika
F18 Silika
= F20 Silika = 27,9226 kg/jam
e. CH3COOH
Asam asetat 99% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah
sebanyak 35% dari laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)
F19
= 0,35 x F18 Selulosa
= 0,35 x 6787,6374 kg/jam
= 2375,6731 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F19 CH3COOH
= 0,99 x F19
= 0,99 x 2375,6731 kg/jam
= 2351,9164 kg/jam
F20 CH3COOH
= F19 CH3COOH
= 2351,9164 kg/jam
G. H2O
F18 H2O
= 647,4395 kg/jam
F19 H2O
= F19 – F19 CH3COOH
= 2375,6731 kg/jam – 2351,9164 kg/jam
= 23,7567 kg/jam
F20 H2O
= F18 H2O + F19 H2O
= 647,4395 kg/jam – 23,7567 kg/jam
= 671,1962 kg/jam
Tabel LA.16 Neraca Massa pada Tangki Aktivasi (T – 103)
komponen
keluar
masuk(kg/jam)
(kg/jam)
alur 18
alur 20
alur 19
Selulosa
6787,6374
air
647,4395
lignin
140,5437
140,5437
abu
42,0390
42,0390
silika
27,9226
27,9226
CH3COOH
6787,6374
23,7567
671,1962
2351,9164 2351,9164
sub total
7645,5822
total
10021,2554
2375,6731 10021,2554
10021,2554
Universitas Sumatera Utara
LA.8
REAKTOR ASETILASI (R- 101)
Fungsi : Untuk tempat terjadinya reaksi asetilasi menjadi selulosa
triasetat.
Selulosa
Lignin
20
Abu
Selulosa Triasetat
H2O
21
Selulosa
24
H2O
(CH3CO)2O
Lignin
22
Abu
H2O
23
ilik
R - 101
H SO
Reaksi yang terjadi pada proses ini asetilasi adalah sebagai berikut :
OH
C6H7O2
OCOCH3
OH + 3(CH3CO)2O
C6H7O2
OH
Selulosa
OCOCH3 + 3CH3COOH
OCOCH3
asetat anhidrid
selulosa triasetat
asam asetat
Konversi : 98%
�=
�=
F20 Selulosa . �
−� . BM Selulosa
6787 ,6374 � 0,98
−(−1) . 162
= 41,0610 kmol/jam
Tabel LA.17 Analisa derajat kebebasan Reaktor Asetilasi (R- 101)
Reaktor
Keterangan
Asetilasi
Jumlah variabel
20
F20 Selulosa, F20 Lignin, F20 Abu,
F20 Silika, F20 H2O, F20 CH3COOH,
F21 H20, F21 CH3COOH, F22 H2O,
Universitas Sumatera Utara
F22 (CH3CO)2O, F23 H2O , F23
H2SO4, F24 Selulosa Triasetat, F24
Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24 H2O,
F24 CH3COOH, F24 (CH3CO)2O, F24
H2SO4.
Jumlah Neraca TTSL
9
Selulosa, Lignin, Abu, Silika, H2O,
CH3COOH, (CH3CO)2O, H2SO4,
Spesifikasi :
10
Komposisi
Selulosa Triasetat.
F20 Selulosa, F20 Lignin, F20 Abu,
F20 Silika, F20 H2O, F20 CH3COOH,
F21 CH3COOH, F22 (CH3CO)2O, F23
Hubungan pembantu
Konversi
1
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
0
H2SO4.
Neraca Massa Total :
� 20 + � 21 + � 22 + � 23 = � 24
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa
F20 Selulosa
= 6787,6374 kg/jam
F24 Selulosa
= 2% x F19 Selulosa
= 0,02 x 6787,6374 kg/jam
= 135,7527 kg/jam
b. Lignin
F20 Lignin
= F24 Lignin = 140,5437 kg/jam
c. Abu
Universitas Sumatera Utara
F20 Abu
= F24 Abu = 42,0390 kg/jam
d. Silika
F20 Silika
= F24 Silika = 27,9226 kg/jam
e. CH3COOH
F20 CH3COOH
= 2351,9164 kg/jam
Asam asetat glasial 99% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438%
dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
= 0.438 x F20 Selulosa
F21
= 0,438 x 6787,6374 kg/jam
= 29729,8520 kg/jam
F21 CH3COOH = 0.99 x F21
= 0.99 x 29729,8520 kg/jam
= 29432,5535 kg/jam
F24 CH3COOH = F20 CH3COOH + F21 CH3COOH + r. BM CH3COOH.σ
= 2351,9164 kg/jam + 29432,8520 kg/jam +
(41,0610 x 60 x 3)
= 39175,4529 kg/jam
f. (CH3CO)2O
Asetat anhidrat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 247% dari
laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
F22
= 0,247 x F20 Selulosa
= 0,247 x 6787,6374 kg/jam
= 16765,4645 kg/jam
F22 (CH3CO)2O = 0,98 x F22 total
= 0,98 x 16765,4645 kg/jam
= 16430,1552 kg/jam
g. H2SO4
Asam sulfat 96,5% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 3,8% dari laju
alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).
F23
= 0,038 x F20 Selulosa
= 0.038 x 6787,6374 kg/jam
= 257,9302 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
F23 H2SO4
= 0.965 x F23
= 0.965 x 257,9302 kg/jam
= 248,9027 kg/jam
F24 H2SO4
= F23 H2SO4
= 248,9027 kg/jam
h. H2O
F20 H2O
F21 H2O
= 671,1962 kg/jam
= F21 – F21 CH3COOH
= 29729,8520 kg/jam - 29432,5535 kg/jam
= 297,2985 kg/jam
F22 H2O
= F22 – F22 (CH3CO)2O
= 16765,4645 kg/jam – 16430,1552 kg/jam
= 335,3093 kg/jam
F23 H2O
= F23 – F23 H2SO4
= 257,9302 kg/jam – 248,9027 kg/jam
= 9,0276 kg/jam
F24 H2O
= F20 H2O + F21 H2O + F22 H2O + F23 H2O
= 671,1962 + 297,2985 + 335,3093 + 9,0276 kg/jam
= 1312,8316 kg/jam
i. Selulosa triasetat
F24 Selulosa Triasetat
= r. BM Selulosa Triasetat.σ
= 41,0610 x 288 x 1
= 11825,5728 kg/jam
Tabel LA.18 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (R-101)
komponen
keluar
(kg/jam)
masuk (kg/jam)
alur 20
alur 21
alur 22
alur 23
alur 24
Selulosa
6787,6374
135,7527
air
671,1962
lignin
140,5437
140,5437
abu
42,0390
42,0390
297,2985
335,3093
9,0276
1312,8316
Universitas Sumatera Utara
silika
27,9226
CH3COOH
2351,9164
27,9226
29432,5535
(CH3CO)2O
39175,4529
16430,1552
3865,4841
H2SO4
248,9027
Selulosa Triasetat
Sub total
248,9027
11825,5728
10021,2554
29729,8520 16765,4645
Total
257,9302
56774,5021
56774,5021
LA.9 REAKTOR HIDROLISA (R – 102)
Fungsi : Untuk menghidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa asetat
serta menetralkan sisa reaktan asetat anhidrat.
Selulosa Triasetat
24
Selulosa
Selulosa Asetat
Lignin
Selulosa
Abu
H2O
Lignin
26
25
Abu
silika
R - 102
Pada tangki hidrolisasi, seluruh selulosa triasetat dihidrolisis oleh air menjadi
selulosa asetat dan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut :
OCOCH3
C6H7O2
OH
OCOCH3 + H2O
OCOCH3
Selulosa triasetat
C6H7O2
OCOCH3
+ CH3COOH
OCOCH3
air
selulosa asetat
asam asetat
Dimana ;
BM Selulosa Triasetat = 288 kg/mol
�=
F24 Selulosa Triasetat . �
� . BM Selulosa Triasetat
Universitas Sumatera Utara
�=
11825,5728 x 1
1 x 288
= 41,0610 kmol/jam
Reaksi yang juga terjadi pada unit hidrolisis adalah :
(CH3CO)2O
+
Asetat anhidrat
H2O
2CH3COOH
air
asam asetat
Konversi reaksi = 98%
�2 =
�2 =
F24 (CH3CO)2O . x
� . BM Asetat anhidrat
3865,4841 x 0,98
; ��(CH 3 CO )2 O = 102 kg/mol
1 x 102
= 37,1390 kmol/jam
Tabel LA.19 Analisa derajat kebebasan Reaktor Hidrolisa (R – 102)
Reaktor
Keterangan
Hidrolisa
Jumlah variabel
18
F24 Selulosa Triasetat, F24 Selulosa,
F24 Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24
H2O,
F24
CH3COOH,
F24
(CH3CO)2O, F24 H2SO4, F25 H2O,
F26 Selulosa Asetat, F26 Lignin, F26
Abu, F26 Silika, F26 H2O, F26
CH3COOH, F26 (CH3CO)2O, F26
H2SO4.
Selulosa Triasetat, Selulosa, Lignin,
Jumlah Neraca TTSL
10
Abu,
Silika,
(CH3CO)2O,
H2O,CH3COOH,
H2SO4,
Selulosa
Asetat.
Spesifikasi :
Komposisi
F24 Selulosa Triasetat, F24 Selulosa
10
,F24 Lignin, F24 Abu, F24 Silika, F24
Universitas Sumatera Utara
H2O,
F24
CH3COOH,
F24
(CH3CO)2O, F24 H2SO4, F25 H2O.
Hubungan pembantu
Konversi
2
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Basis
-
Derajat kebebasan
+4
Neraca Massa Total :
F 24 + F 25 = F 26
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa triasetat
F24 Selulosa Triasetat = r. BM Selulosa triasetat.σ
= 41,0610 x 288 x 1
= 11825,5728 kg/jam
b. Selulosa
F24 Selulosa
= F26 Selulosa =135,7527 kg/jam
c. Lignin
F24 Lignin
= F26 Lignin = 140,5437 kg/jam
d. Abu
F24 Abu
= F26 Abu
= 42,0390 kg/jam
= F26 Silika
= 27,9226 kg/jam
e. Silika
F24 Silika
f. CH3COOH
F24 CH3COOH
26
FCH
3 COOH
= 39175,4529 kg/jam
24
= FCH
+ r1. BMCH 3 COOH . σ1+r2. BMCH 3 COOH . σ2
3 COOH
= 39175,4529 + ( 41,0610 x 60 x 1) + (37,1390 x 60 x 2)
= 46095,7896 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
g. (CH3CO)2O
F24 (CH3CO)2O = 3865,4841 kg/jam
24
= F(CH
− r. BM(CH 3 CO )2 O . σ2
3 CO )2 O
26
F(CH
3 CO )2 O
= 3865,4841 – 37,1390 x 102 x 1
= 77,3097 kg/jam
h. H2SO4
F24 H2SO4 = F26 H2SO4 = 248,9027 kg/jam
i. H2O
F24 H2O = 1312,8316 kg/jam
Air yang dibutuhkan untuk tahap hidrolisis sebesar 71% dari laju alir umpan
selulosa (Yamashita et al, 1986)
F25 H2O
= 0,71 x F24 Selulosa
= 0,71 x 135,7527 kg/jam
=
96,3845
kg/jam
FH262 O = FH242 O + FH252 O − r1. BMH 2 O . σ1−r2. BMH 2 O . σ2
= 1312,8316 + 96,3845 − ( 41,0610 x 18 x 1) − (37,1390 x 18 x 1)
= 1,6164 kg/jam
j. Selulosa asetat
26
Fselulosa
asetat
= r. BMselulosa
asetat
. σ1
= 41,0610 x 246 x 1
= 10101,0101 kg/jam
Tabel LA.20 Neraca Massa pada Reaktor Hidrolisasi (R-102)
Komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 24
Alur 25
Alur 26
Selulosa
135,7527
-
135,7527
H2O
1312,8316
96,3845
1,6164
Lignin
140,5437
-
140,5437
Abu
42,0390
-
42,0390
Silika
27,9226
-
27,9226
CH3COOH
39175,4529
-
46095,7896
(CH3CO)2O
3865,4841
77,3097
Universitas Sumatera Utara
Sambungan Tabel LA.20 Neraca Massa pada Reaktor
Hidrolisasi (R-102)
H2SO4
248,9027
-
248,9027
Selulosa Triasetat
11825,5728
-
-
Selulosa Asetat
-
-
10101,0101
Sub total
56774,5021
96,3845
56870,8865
Total
56870,8865
LA.10 CENTRIFUGE (CF)
Fungsi : Untuk memisahkan padatan selulosa asetat (selulosa asetat, lignin,
abu, silika , air, asam asetat,) dari air dan zat pengotor lainnya
27
29
Selulosa Asetat
Selulosa Asetat
Selulosa
Selulosa
28
Lignin
H2O
Lignin
CH3COOH
Abu
Abu
(
)
CF
Efisiensi sentrifuge adalah 98% dimana cairan yang terkonversi ke padatan
sebesar 2%.
Neraca Massa Total :
F27 = F28+ F29
Tabel LA.21 Analisa derajat kebebasan Centrifuge (CF)
Reaktor
Keterangan
Hidrolisa
Jumlah variabel
19
F27 Selulosa Asetat, F27 Selulosa, F27
Lignin, F27 Abu, F27 Silika, F27 H2O,
F27 CH3COOH, F27 (CH3CO)2O, F27
H2SO4, F28 H2O, F28 CH3COOH, F28
(CH3CO)2O, F28 H2SO4, F29 Selulosa
Asetat, F29 Lignin, F29 Abu, F29
Universitas Sumatera Utara
Silika, F29 H2O, F29 CH3COOH.
Jumlah Neraca TTSL
9
Selulosa Asetat, Selulosa , Lignin,
Abu,
Silika,
H2O,CH3COOH,
(CH3CO)2O, H2SO4,
F27 Selulosa Asetat, F27 Selulosa, F27
Spesifikasi :
9
Komposisi
Lignin, F27 Abu, F27 Silika, F27 H2O,
F27 CH3COOH, F27 (CH3CO)2O, F27
H2SO4.
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa Asetat
F27 Selulosa Asetat = F29 Selulosa Asetat
= 10101,0101 kg/jam
b. Selulosa
F27 Selulosa= F29 Selulosa = 135,7527 kg/jam
c. Lignin
F27 Lignin = F29 Lignin = 140,5437 kg/jam
d. Abu
F27 Abu = F29 Abu = 42,0390 kg/jam
e. Silika
F27 Silika = F29 Silika = 27,9226 kg/jam
f. CH3COOH
Universitas Sumatera Utara
F27 CH3COOH = 46095,7896 kg/jam
F28 CH3COOH = 0,98 x F27 CH3COOH
= 0,98 x 46095,7896 kg/jam
= 45173,8738 kg/jam
F29 CH3COOH = F27 CH3COOH - F28 CH3COOH
= 46095,7896 kg/jam – 45173,8738 kg/jam
= 921,9158 kg/jam
g. (CH3CO)2O
F27 (CH3CO)2O = F28 (CH3CO)2O = 77,3097 kg/jam
h. H2SO4
F27 H2SO4 = F28 H2SO4 = 248,9027 kg/jam
i. H2O
F27 H2O
= 1,6164 kg/jam
F28 H2O
= 0,98 x F27 H2O
= 0,98 x 1,6164 kg/jam
= 1,5841 kg/jam
F29 H2O
= F27 H2O – F28 H2O
= 1,6164 - 1,5841 kg/jam
= 0,0323 kg/jam
Tabel LA.22 Neraca Massa pada Centrifuge (Cf-101)
Komponen
Masuk
(kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 27
Alur 28
Alur 29
Selulosa
135,7527
-
135,7527
H2O
1,6164
1,5841
0,0323
Lignin
140,5437
-
140,5437
Abu
42,0390
-
42,0390
Silika
27,9226
-
27,9226
CH3COOH
46095,7896 45173,8738
921,9158
(CH3CO)2O
77,3097
-
77,3097
Universitas Sumatera Utara
H2SO4
248,9027
248,9027
-
Selulosa Asetat
10101,0101 -
10101,0101
Sub Total
56870,8865 45501,6703
11369,2163
Total
56870,8865
56870,8865
LA.11 ROTARY DRYER II (RD-102)
Fungsi : Untuk mengurangi kadar air beserta asam asetat sampai
memenuhi komposisi produk akhir
Udara
30
Selulosa Asetat
Selulosa Asetat
Selulosa
32
29
Selulosa
Lignin
Lignin
31
Abu
Abu
H2O
RD-102
Dryer dapat mengurangi kadar air sebesar 90% dari laju alir air masuk
(Perry,1997)
Neraca Massa Total :
F29= F31 + F32
Tabel LA.23 Analisa derajat kebebasan Rotary Dryer II (RD-102)
Jumlah variabel
Rotary Dryer II
Keterangan
15
F29 Selulosa Asetat, F29 Selulosa
,F29 Lignin, F29 Abu, F29 Silika,
F29 H2O, F29 CH3COOH, F32
Selulosa Asetat, F32 Lignin, F32
Abu, F32 Silika, F32 H2O, F32
CH3COOH,F31H2O,F31
CH3COOH.
Selulosa
Asetat,
Selulosa
Universitas Sumatera Utara
Jumlah Neraca TTSL
6
Lignin,
Abu,
Silika,
H2O,CH3COOH.
Spesifikasi :
Komposisi
8
F28 Selulosa Asetat, F28 Selulosa
, F28 Lignin, F28 Abu, F28 Silika,
F28 H2O, F28 CH3COOH, F30
H2O.
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
1
Basis
-
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Komponen :
a. Selulosa asetat
F29 Selulosa asetat = F32 Selulosa asetat = 10101,0101 kg/jam
b. Selulosa
F29 Selulosa = F32 Selulosa = 135,7527 kg/jam
c. Lignin
F29 Lignin = F32 Lignin = 140,5437 kg/jam
d. Abu
F29 Abu = F32 Abu = 42,0390 kg/jam
e. Silika
F29 Silika = F32 Silika = 27,9226 kg/jam
f. CH3COOH
F29 CH3COOH = 921,9158 kg/jam
F31 CH3COOH = 0.9 x F29 CH3COOH
= 0.9 x 921,9158 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
= 829,7242 kg/jam
F32 CH3COOH = F29 CH3COOH – F31 CH3COOH
= 921,9258 kg/jam – 829,7242 kg/jam
= 92,1916 kg/jam
g. H2O
F29 H2O
= 0,0323 kg/jam
F31 H2O
= 0.9 x F29 H2O
= 0.9 x 0,0323 kg/jam
= 0,0291 kg/jam
F32 H2O
= F29 H2O – F31 H2O
= 0,0323 kg/jam - 0,0291 kg/jam
= 0,0032 kg/jam
Tabel LA.24 Neraca Massa Pada Rotary Dryer II (RD-102)
Komponen
Masuk
(kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 29
Alur 31
Alur 32
Selulosa
135,7527
-
135,7527
H2O
0,0323
0,0291
0,0032
Lignin
140,5437
-
140,5437
Abu
42,0390
-
42,0390
Silika
27,9226
-
27,9226
CH3COOH
921,9158
829,7242
92,1916
Selulosa asetat
10101,0101 -
10101,0101
Sub total
11369,2163 829,7242
10539,4629
Total
11369,2163 11369,2163
Universitas Sumatera Utara
LA.12. Neraca Massa Pada Crusher (CR)
Selulosa Asetat
Selulosa Asetat
Selulosa
33
34
Selulosa
Lignin
Lignin
Abu
Abu
(CR)
Tabel LA.25 Analisa derajat kebebasan Crusher (CR)
Reaktor
Keterangan
Hidrolisa
Jumlah variabel
14
F33 Selulosa Asetat, F33 Selulosa, F33
Lignin, F33 Abu, F33 Silika, F33 H2O,
F33 CH3COOH, F34 Selulosa Asetat,
F34 Lignin, F34 Abu, F34 Silika, F34
H2O, F34 CH3COOH.
Selulosa Asetat, Selulosa, Lignin,
Jumlah Neraca TTSL
7
Abu, Silika, H2O, CH3COOH
Spesifikasi :
Komposisi
7
F33 Selulosa Asetat, F33 Selulosa,
F33Lignin, F33 Abu, F33 Silika, F33
H2O, F33 CH3COOH.
Hubungan pembantu
Konversi
-
Ratio spliter
-
Ratio Laju alir
-
Efisiensi alat
Basis
-
Derajat kebebasan
0
Neraca Massa Total :
Universitas Sumatera Utara
F33= F34
F34
Selulosa
= F33
Selulosa = 135,7527 kg/jam
F34
Lignin
= F33
Lignin
= 140,5437 kg/jam
F34
abu
= F33
Abu
= 42,0390 kg/jam
F34
Silika
= F33
Silika
= 27,9226 kg/jam
F34
H2O
= F33
H2O
= 0,0032 kg/jam
34
FCH3COOH
33
= FCH3COOH
= 92,1916 kg/jam
F34
Selulosa asetat =
F33
Selulosa asetat
= 10101,0101 kg/jam
Tabel LA.26 Neraca Massa pada Crusher (CR)
komponen
Masuk (kg/jam)
Keluar (kg/jam)
Alur 33
Alur 34
Selulosa
135,7527
135,7527
H2O
0.0032
0.0032
Lignin
140,5437
140,5437
Abu
42,0390
42,0390
Silika
27,9226
27,9226
CH3COOH
92,1916
92,1916
Selulosa asetat
10101,0101
10101,0101
Sub total
10539,4629
10539,4629
Total
10539,4629
10539,4629
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Kapasitas Produk
: 80.000 ton/tahun
Basis Perhitungan
: 1 jam operasi
Satuan Operasi
: kJ/jam
Waktu kerja per tahun
: 330 hari
Suhu referensi
: 25oC (298oK)
Perhitungan neraca panas menggunakan data dan rumus sebagai berikut:
1.
Rumus untuk perhitungan beban panas pada masing-masing alur
masuk dan keluar
�
� = ∆� = ∫� ���� � × �� × �� …………………..................(Smith, 1975)
Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang
digunakan adalah :
�
�
�
2
2
�
∫� �� × �� = ∫� ��� × �� × ∆��� + ∫� ��� × ��……(Reklaitis, 1983)
1
�
1
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
2
2
dQ
= r∆H r (T ) + N ∫ CpdTout − N ∫ CpdTout ............................(Reklaitis,1983)
dt
T1
T1
T
T
2.
Data untuk perhitungan kapasitas panas
Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk
gugus – gugus pada senyawa solid.
Tabel LB.1 Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison
∆��
Unsur Atom
C
10,89
H
7,56
O
13,42
Cl
24,69
Na
26,19
Mg
22,69
Cr
26,63
Si
17
Universitas Sumatera Utara
(Perry, 1997)
Perhitungan Cps padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan
Harrison:
�
Dimana :
3.
CpS
��� = � ��∆��
�=1
= Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K)
n
= Jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa
Ni
= Jumlah unsur atom i dalam senyawa
∆��
= Nilai dari kontribusi unsur atom i pada Tabel LB.2
Data perhitungan panas pembentukan dan panas penguapan
Tabel LB.2 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugusgugus pada senyawa padatan [kJ/mol].
Tabel LB.2 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan (∆��� )
̶ CH2 ̶
-26,80
│
̶ CH ̶
│
8,67
│
̶ C ̶
79,72
│
Oxygen Increments
̶ OH (Phenol)
-221,65
̶ O ̶ (Nonring)
-132,22
̶ O ̶ (Ring)
-138,16
│
̶ C = O (Nonring)
-133,22
Nonring Increments
̶ CH3
-76,45
̶ CH2 ̶
-20,64
=C ̶
83,99
Universitas Sumatera Utara
│
=O
-247,61
Perhitungan ∆��� (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy
adalah :
∆��� (298,15 K) = 68,29 + ∑� �� ∆� ………………………………… (Perry, 1997)
Perhitungan untuk panas penguapan :
Q = n. ∆Hvl
4.
……………………………………… (Smith dan Van Ness, 1975)
Data untuk steam dan air pendingin
Steam yang digunakan adalah Saturated steam 120oC pada tekanan 2 atm.
Hv (120oC) = 2706,3 kJ/kg
(Reklaitis, 1983)
Perhitungan nilai kapasitas panas (Cp) masing – masing komponen:
1.
Selulosa asetat (C6H7O2OH(OCOCH3)2)
Cps Selulosa asetat
= ΔEC (10) + ΔEH (14) + ΔEO (7)
= 10,89(8) + 7,56(14) + 13,42(7)
= 286,9 J/mol.K
2.
Selulosa triasetat (C6H7O2(OCOCH3)3)
Cps Selulosa triasetat
= ΔEC (12) + ΔEH (16) + ΔEO (8)
= 10,89(12) + 7,56(16) + 13,42(8)
= 359 J/mol.K
3.
Selulosa (C6H7O2(OH)3)
Cps Selulosa
= ΔEC (6) + ΔEH (10) + ΔEO (5)
= 10,89(6) + 7,56(10) + 13,42(5)
= 208,04 J/mol.K
4.
Lignin
Cps lignin
= ΔEC (20) + ΔEH (20) + ΔEO (8)
= 10,89 (20) + 7,56 (20) + 13,42 (8)
= 476,36 J/mol.K
5.
Silika (SiO2)
= ΔESi (1) + ΔEO (2)
= 17(1) + 13,42 (2)
Cps Silika
= 43,84 J/mol.K
Universitas Sumatera Utara
6.
= ΔE Mg (1) + ΔEO (1)
Abu (MgO)
= 22,69 (1) + 13,42 (1)
7.
Cps MgO
= 36,11 J/mol.K
NaOCL
= ΔENa(1)+ΔEO(1)+ ΔECl(1)
= 26,19(1) + 13,42 (1) + 24,69 (1)
8.
Cps NaOCL
= 63.4 J/mol.K
NaOH
= ΔENa(1)+ΔEO(1)+ ΔEH(1)
= 26,19(1) + 13,42 (1) + 7,56 (1)
Cps NaOH
9.
= 47,17 J/mol.K
Asam asetat (CH3COOH)
10.
Cpl
= 123,1 J/mol.K
Cpg
= 63,4 J/mol.K
Asetat anhidrat ((CH3CO)2O)
Cpl
11.
Asam sulfat (H2SO4)
Cpl
12.
= 138,9 J/mol.K
Natrium Hidroksida (NaOH)
Cps
13.
5.
= 186,252 J/mol.K
= 28,23 J/mol.K
Air (H2O)
Cpl
= 75,2634 J/mol.K
Cpg
= 33,36 J/mol.K
Perhitungan nilai panas pembentukan (ΔH0f) dan panas penguapan
(ΔHvl)
Menghitung ΔH0f298 Selulosa asetat :
|
ΔH f298
0
|
= 68,29 + (-OH phenol) + 2(-CH- ) + 3(-C- ) + ( -O- ring)
|
+ 2(-CH3) + (-CH2- ) + 2(-C-) + 2(-O-nonring) + 3(=O)
|
ΔH0f298
= 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)
ΔH0f298
= -1047,85 kJ/mol
Universitas Sumatera Utara
Menghitung ΔH0f298 Selulosa triasetat :
|
ΔH f298
0
|
= 68,29 + 2( -CH- ) + 3( -C-) + (-O- ring) + 2(-CH3) +
|
|
|
(-CH2-) + 3(-C-)+ 3(-O-nonring) + 3( =O)
|
ΔH f298
0
= 68,29 + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) +
(- 20,64) +3(83,99) + 3(-132,22) + 3(-247,61)
ΔHof298
= -950,88 kJ/mol
Menghitung ΔHof298 Selulosa :
|
ΔHof298
= 68,29 + 3(-OH phenol) + 4(-CH) + (-CH2-)
|
+ (-O-nonring) + (-O-ring)
ΔHof298
= 68,29 + 3(-221,65) + 4(8,67) + (-26,8) + (-132,22) +
(-138,16)
ΔHof298
= -859,16 kJ/mol
ΔHof298 Asam asetat
= -483,5 kJ/mol
ΔH f298 Asetat anhidrat
= -391,17 kJ/mol
ΔHof298 Asam sulfat
= -810,9413 kJ/mol
ΔHof298 Air
= -241,9882 kJ/mol
ΔHvl Asam asetat
= 23,7 kJ/mol
ΔHvl Air
= 40,6562 kJ/mol (Reklaitis, 1983)
o
Tabel LB.3 Nilai Panas Pembentukan Dan Panas Penguapan
Komponen
ΔH⁰f298 (kJ/mol)
ΔHvl (kJ/mol)
selulosa asetat
-1047,85
-
selulosa tri asetat
-847.43
-
Selulosa
-859,16
-
asam asetat
-483,5
23,7
asetat anhidrat
-391,17
-
Universitas Sumatera Utara
6.
asam sulfat
-810,9413
-
Air
-242
40,6562
Perhitungan panas reaksi (ΔHor)
Menghitung ΔHor reaksi:
Reaksi 1 :
OH
C6H7O2
OCOCH3
OH + 3(CH3CO)2O
C6H7O2
OH
OCOCH3 + 3CH3COOH
OCOCH3
Selulosa
asetat anhidrat
= �� �� ����298 �
ΔHor1
selulosa triasetat
������
− �� �� ����298 �
asam asetat
�������
= {3(–483,5) + (-847.43)} – {3(–391,17) + (–859,16)}
= -292.26 kJ/mol
Reaksi 2 :
OCOCH3
C6H7O2
OH
OCOCH3 + H2O
C6H7O2
OCOCH3
Selulosa triasetat
ΔHor2
OCOCH3
+ CH3COOH
OCOCH3
air
selulosa asetat
asam asetat
= {(–483,5) + (–1047,85)} – {(–241,9882) + (–950,88)}
= -414.9318 kJ/mol
Reaksi 3:
((CH3CO)2O)
Asetat anhidrat
ΔHor3
+
H2O
2 CH3COOH
air
asam asetat
= 2(–483,4) – {(–241,9882)+( –391,17)
= –333,8418 kJ/mol
Universitas Sumatera Utara
LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (T-101)
H2O
NaOH
T = 30oC
Selulosa
H2O
Lignin
Abu
Silika
T = 30oC
Saturated
Steam
T = 120oC
P = 2 atm
4
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
5
1
Saturated
Condensate (L)
T = 120oC
P = 2 atm
T-101
T=120oC
Panas
masuk
303.15
303.15
303.15
1
1
1
= ���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
303.15
303.15
303.15
1
4
�������
∫29815 ���� + ��12 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� +
303.15
��42 � ∫298,15 ���� … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … …. (1)
Tabel LB. 4 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi
dengan menggunakan persamaan (1)
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
1
4
Total
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109
162
43,6266
1040.2000 45380,4001
H2O
4561,6409
18
253,4245
375.5523
Lignin
2892,1250
388
7,4539
2381.8000 17753,7717
Abu
865,0838
40.3
21,4661
180.5500
3875,7040
Silika
574,5944
60.08
9,5638
219.2000
2096,3896
NaOH
127,6876
40
3,1922
235.8500
752,8782
H2O
1468,4079
18
81,5782
375.5523
30636,8851
95174,1494
195670,1782
Universitas Sumatera Utara
Panas
keluar
393.15
=
393.15
393.15
5
5
5
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
393.15
5
5
�������
∫29815 ���� + ��52 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� … … . …
(2)
Tabel LB. 5 menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Ekstraksi dengan
menggunakan persamaan (2).
Tabel LB.5 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Tangki Ekstraksi
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
5
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109
162
43,6266
19763.8000 862227,6013
H2O
6030,0488
18
335,0027
7224.8929
Lignin
2892,1250
388
7,4539
45254.2000 337321,6630
Abu
865,0838
40.3
21,4661
3430.4500
73638,3769
Silika
574,5944
60.08
9,5638
4164.8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481.1500
14304,6867
Total
2420358,7051
3747682,4357
Maka, selisih antara panas keluar dan panas masuk (Qc), adalah:
dQ/dT = Qc = Qout – Qin
= (3747682,4357 – 195670,1782) kJ/jam
= 3552012,2575 kJ/jam
Sebagai media pemanas digunakan Saturated steam dengan temperatur
120oC. Dari tabel steam, untuk Saturated steam pada T = 120oC diperoleh data:
•
•
•
HV(120,20C)
= 2706,3 kJ/kg
HL(120,20C)
= 504,7 kJ/kg
Panas laten, λ
= 2201,6 kJ/kg
=
�=
��
λ
3552012 ,2575 kj /jam
2201 ,6 kj /kg
= 1613,3777 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.6 Neraca Energi Tangki Ekstraksi (T-101)
Komponen Masuk (kj/jam)
Keluar (kj/jam)
Umpan
195670,1782
-
Produk
-
3747682,4357
Qc
3552012,2575
-
Total
3747682,4357
3747682,4357
LB.2 STORAGE TANK (ST-101)
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
5
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
6
ST-101
(ST-101)
Panas masuk :
393.15
393.15
393.15
5
5
5
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
393.15
5
5
�������
∫29815 ���� + ��52 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� … … . …
(3)
Tabel LB. 7 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Storage Tank dengan
menggunakan persamaan (3)
Tabel LB.7 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total pada Storage Tank (ST-101)
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
5
Total
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109 162
43,6266
19763,8000 862227,6013
H2O
6030,0488 18
335,0027
7224,8929
Lignin
2892,1250 388
7,4539
45254,2000 337321,6630
Abu
865,0838
40
21,4661
3430,4500
73638,3769
Silika
574,5944
60
9,5638
4164,8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481,1500
14304,6867
2420358,7051
3747682,4357
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar =
393.15
393.15
393.15
6
6
6
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
6
�������
∫29815 ���� + ��62 � ∫298,15 ���� +
393.15
6
�����
∫298,15 ���� … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … .. (4)
Tabel LB.8 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada storage tank dengan
menggunakan persamaan (4)
Tabel LB.8 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total pada Storage Tank (ST-101)
Laju
Alur
BM
Komponen Massa
(kg/jam)
6
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109 162
43,6266
19763,8000 862227,6013
air
6030,0488 18
335,0027
7224,8929
lignin
2892,1250 388
7,4539
45254,2000 337321,6630
abu
865,0838
40
21,4661
3430,4500
73638,3769
silika
574,5944
60
9,5638
4164,8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481,1500
14304,6867
Total
2420358,7051
3747682,4357
LB. 3 ROTARY WASHER I (RW – 101 )
H2O
T = 30oC
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
H2O
NaOH
T = 120oC
Panas
393.15
7
6
9
8
RW-101
masuk
393.15
Selulosa
Lignin
Abu
Silika
Selulosa
HLignin
2O
Abu
Silika
H2O
NaOH
=
393.15
6
6
6
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
393.15
393.15
393.15
6
6
�������
∫29815 ���� + ��62 � ∫298,15 ���� + �����
∫298,15 ���� +
393.15
��72 � ∫298,15 ���� … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … … … …. (5)
Tabel LB.9 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Rotary Washer I dengan
menggunakan persamaan (5).
Universitas Sumatera Utara
Tabel LB.9 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Laju
Alur
Komponen
Massa
(kg/jam)
6
7
BM
N
∫CpdT
(kg/kmol)
(kmol/jam)
(kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
7067,5109
162
43,6266
19763,8000
862227,6013
H2O
6030,0488
18
335,0027
7150,0230
2395277,0891
Lignin
2892,1250
388
7,4539
45254,2000
337321,6630
Abu
865,0838
40
21,4661
3430,4500
73638,3769
Silika
574,5944
60
9,5638
4164,8000
39831,4027
NaOH
127,6876
40
3,1922
4481,1500
14304,6867
H2O
43892,6263
18,0000
2438,4792
376,3170
917641,1907
Total
4640242,0104
Temperatur keluar diperoleh dengan cara trial dan error dimana :
Q masuk = Q keluar
Temperatur keluar dapat dihitung dengan persamaan :
�
���� = ∫�
���
� × �� × ��……………………………. (Smith, 1975)
Panas Keluar =
�
8
���������
∫298,15 �� (� − 25) +
�
�
�
8
8
8
�������
∫298,15 ��(� − 25) + ����
∫298,15 ��(� − 25) + �������
∫298,15 ��(� −
�
�
8
25) + ��82 � ∫298,15 ��(� − 25) + �����
∫298,15 ��(� − 25) +
�
9
���������
∫298,15 ��(� − 25) +
�
�
�
9
9
9
�������
∫29815 ��(� − 25) + ����
∫298,15 ��(� − 25) + �������
∫298,15 ��(� −
�
25) + ��92 � ∫29815 ��(� − 25) … … … … … … … … … … . … … … … … …. (6)
Sehingga diperoleh T keluar (T) = 46 oC
Maka Panas keluar =
319,15
319,15
319,15
8
8
8
���������
∫298,15 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
319,15
319,15
319,15
8
8
�������
∫298,15 ���� +
∫29815 ���� + ��82 � ∫298,15 ���� + �����
Universitas Sumatera Utara
319,15
319,15
319,15
9
9
9
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
319,15
319,15
9
�������
∫29815 ���� + ��92 � ∫298,15 ���� + … … … … … … … … … … . … … … (7)
Tabel LB.10 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Rotary Washer I
dengan menggunakan persamaan (7).
Tabel LB.10 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Rotary Washer I (RW-101)
Alur
8
9
∫CpdT
Laju Massa BM
N
(kg/jam)
(kg/kmol)
(kmol/jam) (kJ/kmol)
Selulosa
141,3502
162
0,8725
4334,5190 3782,0075
H2O
48924,2215
18
2718,0123
1568,1150 4262155,8086
Lignin
1779,5245
388
4,5864
9924,9735 45519,9328
Abu
532,2860
40
13,2081
752,3528
9937,1441
Silika
353,5479
60
5,8846
913,4076
5375,0558
NaoH
127,6876
40
3,1922
982,7882
3137,2477
Selulosa
6926,1607
162
42,7541
4334,5190 185318,3654
H2O
998,4535
18
55,4696
1568,1150 86982,7716
Lignin
1112,6005
388
2,8675
9924,9735 28460,1302
Abu
332,7977
40
8,2580
752,3528
6212,9357
Silika
221,0465
60
3,6792
913,4076
3360,6110
Komponen
TOTAL
Q (kJ/jam)
4640242,0104
Tabel LB.11 Neraca Energi Rotary Washer I
(RW-101)
Komponen Masuk (kj/jam)
Keluar (kj/jam)
Umpan
4640242,0104
-
Produk
-
4640242,0104
Total
4640242,0104
4640242,0104
Universitas Sumatera Utara
LB.4 TANGKI BLEACHING (T – 102)
H2O
T= 30 oC
H2O
NaOCL
T= 30 oC
Selulosa
Lignin H2O
Abu NaOCl
Silika
H2O
T= 46 oC H2O
Panas masuk =
Saturated
Steam
T = 100oC
P = 1 atm
11
10
Selulosa
Lignin
Abu
silika
H2O
NaOCl
T= 60 oC
9
12
Saturated
Condensate
T= 100 oC
P = 1 atm
319,15
T= 60oC
319,15
319,15
9
9
9
– 102+ ����
���������
∫29815 ���� + �������
∫298,15 T����
∫298,15 ���� +
319,15
319,15
303,15
9
10
�������
∫29815 ���� + ��92 � ∫298,15 ���� + + ��2�
∫29815 ���� +
303,15
303,15
10
������
∫29815 ���� + ��112 � ∫29815 ���� … … … … … … … … … . … … . . … … (8)
Tabel LB.12 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Bleaching
dengan menggunakan persamaan (8).
Tabel LB.12 Panas Masuk Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching
Laju
Alur
Komponen Massa
(kg/jam)
9
11
10
TOTAL
BM
∫CpdT
N
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Q (kJ/jam)
Selulosa
6926,1607
162
42,7541
4334,5190 185318,3654
H2O
998,4535
18
55,4696
1568,1150 86982,7716
Lignin
1112,6005
388
2,8675
9924,9735 28460,1302
Abu
332,7977
40
8,2580
752,3528
6212,9357
Silika
221,0465
60
3,6792
913,4076
3360,6110
H2O
84889,4784 18
4716,0821
375,5523
1771135,4345
NaOCl
47,9553
75
0,6437
321,5000
206,9480
H2O
431,5976
18
23,9776
375,5523
9004,8602
2090682,0567
Universitas Sumatera Utara
Panas keluar =
333,15
333,15
333,15
12
12
12
���������
∫298,15 ���� + �������
∫298,15 ���� + ����
∫298,15 ���� +
333,15
333.15
12
�������
∫29815 ���� + ��122 � ∫298,15 ���� +
333.15
12
������
∫298,15 ���� … … … …......................................................................... (9)
Tabel LB.13 Menyajikan data dan hasil panas keluar pada Tangki Bleaching
dengan menggunakan persamaan (9). Panas Keluar Tiap Komponen dan Total
Tangki Bleaching
Tabel LB.13 Panas Keluar Tiap Komponen dan Total Tangki Bleaching
Alur
Komponen
12
Laju Massa BM
∫CpdT
N
(kg/jam)
(kg/kmol) (kmol/jam) (kJ/kmol)
Selulosa
6926,1607
162
H2O
Q (kJ/jam)
42,7541
7281,4000
311309,5445
86319,5296 18
4795,5294
2640,4543
12662376,4811
Lignin
1112,6005
388
2,8675