NERACA MASSA Pra Rancangan Pabrik Pembutan Gas Metana Dari Sampah Organik Kapasitas Olahan 570 Ton/Hari

BAB III NERACA MASSA

Kapasitas = 570 tonhari = jam 24 hari 1 hari kg 000 . 600 x = 23750 kghari Basis = 1 jam operasi Satuan perhitungan = kgjam Dalam perhitungan neraca massa ini, digunakan neraca unsur dari unsur-unsur penyusun senyawa. Komposisi sampah organik adalah sebagai berikut: Tabel 3.1 Komposisi sampah organik Bahan organik Sampah dedaunan 32 Universitas Sumatera Utara Makanan 16,2 Kertas 17,5 Kayu 4,5 Air 29,8 Tabel 3.2 Komposisi sampah berdasarkan unsur Komponen sampah Persentase Massa berat kering Carbon Hidrogen Oksigen Nitrogen Sulfur Dedaunan 47,80 6,00 38,00 3,40 0,30 Makanan 48,00 6,40 37,60 2,60 0,10 Kertas 43,50 6,00 44,00 0,30 0,20 Kayu 49,50 6,00 42,70 0,20 0,10 Sumber : dinas kebersihan kota Medan, 2005 Tabel 3.3 Komposisi Karbohidrat C 6 H 12 O Komponen C 6 6 H 12 O BM 6 Fraksi Carbon, C Hidrogen, H Oksigen, O 12 1 16 0,4 0,067 0,533 Tabel 3.4 Komposisi H 2 Komponen H S 2 BM S Fraksi Hidrogen, H Sulfur, S 1 32 0,06 0,94 Tabel 3.5 Komposisi CO 2 III-1 III-2 Universitas Sumatera Utara Komponen CO BM 2 Fraksi Carbon, C Oksigen, O 12 16 0,273 0,727 Tabel 3.6 Komposisi CH Komponen CH 4 BM 4 Fraksi Carbon, C Hidrogen, H 12 1 0,75 0,25

1. Thresher

Fungsi : sebagai alat untuk mempekecil ukurannya hingga menjadi bubur. Tabel 3.7 Neraca Massa pada thresher TR-01 No Unsur Masuk kgjam Keluar kgjam Alur 1 Alur 2 1 Carbon C 77818,7 77818,7 2 Hidrogen H 1018,76 1018,76 3 Oksigen O 6619,87 6619,87 4 Nitrogen N 373,05 373,05 5 Sulfur S 36,03 36,03 6 Abu 806,09 806,09 Thresher 1 2 Dedaunan 32 Makanan 16,2 Kertas 17,5 Kayu 4,5 Dedaunan 32 Makanan 16,2 Kertas 17,5 Kayu 4,5 III-3 Universitas Sumatera Utara 7 H 2 7077,5 O 7077,5 Total 23750 23750

2. Tangki penampungan umpan TK-01

Tabel 3.8 Neraca massa pada Tangki Penampungan TK-01 No Unsur Masuk kgjam Keluar kgjam Alur 2 Alur 3 1. Carbon C 77818,7 77818,7 2. Hidrogen H 1018,76 1018,76 3. Oksigen O 6619,87 6619,87 4. Nitrogen N 373,05 373,05 5. Sulfur S 36,03 36,03 6. Abu 806,09 806,09 7. H 2 7077,5 O 7077,5 Total 23750 23750

3. fermentor FR-01

Tangki penampungan C H O N S Abu C H O N S Abu 2 3 Fermentor 3 4 5 6 C 6 H 12 O 6 H 2 O N 2 H 2 S Abu CH 4 CO 2 N 2 H 2 S H 2 Lumpur N 2 Air Bakteri Bakteri anaerob III-4 Universitas Sumatera Utara • Lipida dirubah menjadi Asam lemak rantai panjang dan Gliserin Lipida • Protei dirubah menjadi Asam amino III-5 Universitas Sumatera Utara Protein Asam amino • Asam nukleat dirubah menjadi Purin dan Pirimidin Asam nukleat Pirimidin Purin Asam phospat • Polisakarida dirubah menjadi monosakarida. Polisakarida terbagi atas : - Pati - Glikogen - Selulosa D-Glukopinarosa Glukosa III-6 Universitas Sumatera Utara α1-4 Glikogen Glukosa

2. Tahap Asidogenesis

Tahap asidogenesis merupakan tahap penguraian monomer-monomer dari Asam lemak rantai panjang, Gliserin, Asam amino, Glukosa, Purin dan Pyrimidin. Monomer tersebut diuraikan hingga menjadi Asam lemak volatil, alkohol, H 2 S, CO 2 , N 2 , H 2 • Asam lemak rantai panjang diuraikan menjadi Asam lemak volatil. . Asam lemak rantai panjang terdiri atas : - Asam lemak stearat Universitas Sumatera Utara - Asam lemak palmitat - Asam lemak oleat Asam lemak stearat Asam butirat Metana Asam lemak palmitat Asam propionat Hidrogen • Gliserin dirubah menjadi Asam propionat Gliserin Asam propionat Hidrogen • Asam amino diurai menjadi asam akrilat Asam amino Asam akrilat Nitrogen Hidrogen • Glukosa diurai menjadi akohol etanol Glukosa Etanol III-7 Universitas Sumatera Utara • Purin diurai menjadi asam propionat Purin Asam propionate phospat • Pirimidim diurai menjadi asam butirat Pirimidin Asam butirat 1.Reaksi pada asam lemak rantai panjang + gliserin Asam lemak stearat Asam butirat Asam lemak palmitat Asam propionat Gliserin Asam propionat CH 3 CH 2 CH 2 COOH + ½N 2 + H 2 3CH 3 -CH 2 -COOH + H 2 + 2H 3 PO 4 + III-8 Universitas Sumatera Utara 2. Reaksi pada Asam nukleat Asam nukleat Pirimidin purin Purin Asam propionate phospat Pirimidin Asam butirat 5OH-C-C 3 H 7 + 9CH 3 -CH 2 -COOH + CH 3 -CHOH-COOH + 7CO 2 + 10H 2 + 4CH 4 Asam butirat asam propionate asam laktat 3CH 3 -CH 2 -COOH + H 2 + 2H 3 PO 4 CH 3 CH 2 CH 2 COOH + ½N 2 + H 2 + III-9 Universitas Sumatera Utara Asam nukleat 3. Reaksi pada keseluruhan Asam lemak rantai panjang + gliserin, Asam amino, Asam nukleat. 5OH-C-C 3 H 7 + 9CH 3 -CH 2 -COOH + CH 3 -CHOH-COOH + 7CO 2 + 10H 2 + 4CH Asam butirat asam propionate asam laktat 4 Asam nukleat CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 3CH 3 CH 2 COOH + Asam propionate Asam butirat ½N 2 + 2H 2 + 2H 3 PO 4 CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 3CH 3 CH 2 COOH + Asam propionate Asam butirat ½N 2 + 2H 2 + 2H 3 PO 4 III-10 Universitas Sumatera Utara Asam amino Asam akrilat + Asam amino Asam nukleat 6CH 3 CH 2 COOH + 12CH 3 CH 2 CH 2 COOH + CH 3 -CHOH-COOH + CH 2 Asam butirat Asam propionat Asam laktat Asam akrilat =CH- COOH + 7CO 2 2 27 + H 2 + 4CH 4 + N 2 + H 3 PO 4

3. Tahap Asetogenesis

2CH 3 CH 2 OH + 2CO 2 2CH 3 COOH + 2H 2 ……… pers 1 12CH 3 CH 2 COOH + 2H 2 O 12CH 3 COOH + 24H 2 6CH …………..pers.2 3 CH 2 CH 2 COOH + 12H 2 O 12CH 3 COOH + 12H 2 …………..pers.3 2CH 3 CH 2 OH + 12CH 3 CH 2 COOH + 6CH 3 CH 2 CH 2 COOH + 2CO 2 + 36H 2 40H 2 + 26CH 3

4. Tahap Metagenesis

COOH C 6 H 12 O 6 + 2H 2 O 2C 2 H 4 O 2 + 2CO 2 + 4H 2C 2 2 H 4 O 2 2CH 4 + 2CO 2 CO 2 + 4H 2 CH 4 + 2H 2 C O 6 H 12 O 6 3CH 4 + 3CO 2 + + + Bakteri Bakteri III-11 Universitas Sumatera Utara Tabel 3.9 Neraca Massa Pada Fermentor FR-01 No Komponen Masuk kgjam Keluar kgjam Alur 3 Alur 4 Alur 5 Alur 6 1. C 6 H 12 O 6 15455,031 - - 1545,711 2. H 2 7077,5 O - - 7077,5 3. N 373,05 2 - 111,915 261,135 4. H 2 38,329 S - 38,329 - 5. Abu 806,09 - - 806,09 6. Bakteri - 3562,5 - 3562,5 7. CH - 4 - 3709,152 - 8. CO - 2 - 10200,168 - Total 23750 3562,5 14059,564 13253,932 27312,5 27312,5

4. Absorbsi AB-01

Tabel 3.10 Neraca massa pada Absorbsi AB-01 No Komponen Masuk kgjam Keluar kgjam Alur 7 Alur 10 Alur 9 Alur 8 Absorbsi 7 8 9 10 H 2 O CH 4 CO 2 N 2 H 2 S CH 4 CO 2 N 2 H 2 S CO 2 H 2 O III-12 Universitas Sumatera Utara 1. CH 3709,152 4 - 3709,152 - 2. CO 10200,168 2 - 3060,051 10200,168 3. N 111,915 2 - 111,915 - 4. H 2 38,329 S - 38,329 - 5. H 2 - O 4217,117 - 4217,117 Total 14059,564 4217,117 6919,447 11357,234 18276,681 18276,681

11. Absorbsi AB-02

Tabel 3.11 Neraca massa pada Absorbsi AB-02 No Komponen Masuk kgjam Keluar kgjam 9 11 10 12 1. CH 3709,152 4 - - 3709,152 2. CO 3060,051 2 - - 3060,051 3. N 111,915 2 - - 111,915 4. H 2 38,329 S - 30,663 7,666 5. Fe - 1383,89 1383,89 - Total 6919,447 1383,89 1414,553 6888,784 8303,337 8303,337 Absorbsi Fe 9 10 11 12 CH 4 CO 2 N 2 H 2 S FeS CH 4 CO 2 N 2 H 2 S Fe III-13 Universitas Sumatera Utara Universitas Sumatera Utara LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA PANAS Satuan perhitungan : kkaljam Basis temperatur : 25 o C 298 K Tabel LB.1 Data karakteristik zat Komponen Berat Molekul Cp kkalkmol Padat Cair Gas C 6 H 12 O 180 6 0,224 - - Abu 852,29 0,321 - - CO 44 2 - 19,05 0,2055 H 2 18 O - 1,0 0,4512 N 28 2 0,224 - 0,243 CH 16 4 - - 5,34 H 2 34 S - - 7,2 menggunakan metode Hurst and Harrison sumber : Perry, 1997 Tabel LB.2 Data Entalpi panas Permbentukan ∆H o Komponen f298 ∆H o f298 kkalkmol C 6 H 12 O -120,26 6 CO -94,05 2 CH -17,89 4 sumber ; Reklaitis, 1983 Universitas Sumatera Utara

1. Fermentor FR-01

Reaksi yang terjadi : C 6 H 12 O 6 3CH 4 + 3CO 2 Persamaan energi : Panas masuk = panas keluar + Akumulasi Asumsi akumulasi = 0 Sehingga neraca akan menjadi : Panas masuk = panas keluar Panas bahan masuk + panas steam = panas bahan keluar + panas reaksi ∆H r 298 = 3. ∆H f 298CH4 + 3. ∆H f 298 – ∆H f 298 C 6 H 12 O 6 = 3. -17,89 + 3. -94,05 – -120,26 = - 53,67 + - 282,15 + 120,26 = - 215,56 kkal gmol = - 215560 kkal kmol r. ∆H r 298 = -215560 x 81,315 = -17528261 kkal kmol P = 1,14 atm T = 65 o C 3 4 5 6 C 6 H 12 O 6 H 2 O N 2 H 2 S Abu 30 o C 65 o C 65 o C CH 4 CO 2 N 2 H 2 H 2 S Bakteri anaerob Lumpur N 2 Air Bakteri anaerob Universitas Sumatera Utara Tabel LB-3. Perhitungan Panas Bahan Masuk Fermentor alur 3 Komponen F s 3 kg N s 3 kmol dt Cp 303 298 l ∫ kkal kmol N s 3 dt Cp 303 298 l ∫ . kkal C 6 H 12 O H 6 2 N O H 2 2 Abu S 15455,031 7077,5 373,05 38,329 806,09 85,86 413,88 13,323 1,127 1 1,12 5,0 1,12 36 1,605 96,1632 2069,45 14,92176 40,572 1,605 ∆H 2222,711 in , alur 3 Dianggap tidak ada panas masuk pada bakteri Tabel LB-4. perhitungan Panas Bahan Keluar Fermentor alur 5 Komponen F s 5 kg N s 5 kmol dt Cp 303 298 l ∫ kkal kmol N s 5 dt Cp 303 298 l ∫ . kkal CH CO 4 N 2 H 2 g 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 213,6 8,22 9,72 288 49517,179 1905,576 38,841 324,576 ∆H 51786,172 out , alur 5 Tabel LB-5. Perhitungan Panas Bahan Keluar Fermentor alur 6 Universitas Sumatera Utara Komponen F s 6 kg N s 6 kmol dt Cp 303 298 l ∫ kkal kmol N s 6 dt Cp 303 298 l ∫ . kkal Abu N H 2 2 806,09 O 261,135 7077,5 1 9,326 413,88 12,84 8,96 40 12,84 83,560 16555,2 ∆H 16651,6 out , alur 6 Total ∆H out = ∆H 5 out + ∆H 6 = 51786,172 + 16651,6 out = 68437,772 kkal Panas yang diberikan oleh steam Qs : dT dQs = ∆H out total + r. ∆Hr -∆H = 68,347,772 + 17528261,4 – 2222,711 in = 17594476,46 kkal Reaktor menggunakan steam uap panas sebagai media pemanas yang masuk pada suhu 120 o C dan tekanan 1 atm, kemudian keluar sebagai pada suhu 100 o ∆H C dan tekanan 1 atm. steam Maka, massa steam m = 2716 - 419,1 = 2296,9 kj kg = 548,97 kkalkg …………Reklaitis, 1983 s m adalah : s = = ∆ ∆ kkalkg 97 , 548 kkal 46 , 17594476 steam H Qs = 32049,978 kg

2. Kondensor C-01

Kondensor 65 o C 30 o C Air pendingin 25 o C CH 4 CO 2 N 2 H 2 S CH 4 CO 2 N 2 H 2 S Universitas Sumatera Utara Tabel LB-6. Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor alur 5 Komponen F s 5 kg N s 5 kmol dt Cp 303 298 l ∫ kkal kmol N s 5 dt Cp 303 298 l ∫ . kkal CH CO 4 N 2 H 2 g 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 213,6 8,22 9,72 288 49517,179 1905,576 38,841 324,576 ∆H 51786,172 in , alur 5 Tabel LB-7. Perhitungan Panas Bahan Masuk Kondensor alur 7 Komponen F s 5 kg N s 5 kmol dt Cp 303 298 l ∫ kkal kmol N s 5 dt Cp 303 298 l ∫ . kkal CH CO 4 N 2 H 2 g 2 3709,152 S 10200,168 111,915 38,329 231,822 231,822 3,996 1,127 26,7 1,0275 1,215 36 6189,647 238,197 4,855 40,572 5 7 Air sisa 60 o C Universitas Sumatera Utara ∆H 6473,271 out , alur 5 Karena tidak terjadi ∆Ep dan ∆Ek pada kondensor, maka perubahan panas steam sama dengan perubahan entalpinya ∆H. dT dQs = ∆H out total + r. ∆Hr -∆H in, tot = 6473,271 – 51786,172 = -45312,901 kkal tanda negatif berrti melepas panas Kondensor dilengkapi dengan jacket yang berisi air pendingin yang masuk pada suhu 25 o C dan air sisa keluar pada suhu 60 o dt Cp 303 298 l ∫ C. = kg kmol x kmol kJ 18 1 5 , 2638 = kJkg …………………..Reklaitis, 1983 = 146,583 kJkg = 35,034 kkalkg Maka masa air m a M yang digunakan adalah : a dT Q K K ∫ ∆ 303 298 l Cp = = kg kkal kkal 034 , 35 901 , 45312 = 1293,397 kg. Universitas Sumatera Utara

BAB IV NERACA ENERGI