LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
2 S
% Dekomposisi COD : 65%....................................(Sompong dkk., 2007) COD input :
2 S = 0,000085 % H
85 ppm H
2
38,9915 % CO
2
Komposisi Biohidrogen, % Volume (Sompong dkk., 2007) 61 % H
COD terkonversi : 23.523,2877kg/hari
: 23.523,2877 kg/hari COD output : COD input
hari .L . 835 6164 , 443 L
mg
53000 xKarakteristik POME : COD input : 53000 mg/L .......................(Senafati, 2010).
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
/hari = 443.835,6164 L/hari
3
= 443,8356164 ton/hari = 443,8356164 m
162 000 .
365 hari tahun 1 x tahun ton
= 162.000 ton/tahun Jumlah kebutuhan POME =
20 jam ton 27 x x
300 hari jam
= 27 ton/jam = tahun hari
Basis perhitungan : 1 hari operasi Kapasitas TBS : 45 ton/jam Konversi TBS ke POME : 60 %(Novaviro Technology, 2010) Maka, jumlah produksi POME = 60 % x 45 ton/jam
- – 0,65 x COD input : 23.523,2877kg/hari
- – 0,65 x 23.523,2877kg/hari : 8.233,1507 kg/hari
- – 8.233,1507kg/hari : 15.290,1370 kg/hari
3 H = 0,0811 kg/m
2
3 CO = 1,7780 kg/m
2
3 H S = 1,3790 kg/m
2 Densitas campuran biohidrogen
= (%. + (%. + (%. S ρ campuran ρ)H
2 ρ)CO 2 ρ) H
2
= (0,61.0,0811) + (0,389915 . 1,7780) + (0,000085. 1,3790)
3
= 0,7429 kg/m
A.1 Tangki Pre-treatment (M-103)
Fungsi: sebagai tempat menon-aktifkan bakteri yang memproduksi gas metana, sehingga produksi gas hidrogen yang dihasilkan lebih besar. 2 L-104
C-105 1 M-103 TC 3 J-106 FC 3 LCPKS memiliki komposisi 46,1% karbohidrat (C H O ) , 11,2% protein
5
10 5 900
dan 27,9% lipid (Yoshimasa, 2010). Namun pada rancangan ini perhitungan neraca massa LCPKS hanya dihitung sebagai komponen yang terbesar dalam LCPKS yaitu karbohidrat yang akan dihidrolisis menjadi glukosa dan dikonversikan menjadi biohidrogen. NaOH yang diperlukan pada pre-treatment adalah 10% NaOH 1 M (Syafawati dkk.,2012)
Neraca massa komponen:
1
LCPKS : F = 204.608,2192 kg/hari
(C5H10O5)900
1 F = 239.227,3972 kg/hari H2O
1 F = 443.835,6164 kg/hari
L gr kg
2
NaOH : F = 10 % x 443 . 835 , 6164 x ,
1 Mx 40 x
NaOH
hari mol 1000gr
= 1.775,3425 kg/hari Neraca massa total:
1
2
3 F = F + F
3 F = 443.835,6164 kg/hari
- – 1.775,3425 kg/hari
3 F = 445.610,9589 kg/hari A.2 Tangki Pencampur (M-107)
Fungsi: sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi. 4 5 FC 3 6 FC J 106 - TC J 112 -
- M 107
Karakteristik LCPKS Rambutan (Yoshimasa,2010) : Fe yang terkandung dalam LCPKS = 70 mg/L
mg L 1 kg 70 x 443 . 835 , 6164 x L hari 1000000mg
31 , 0685 kg/hari
C : N : P = 350 : 5,4 : 0,4 Nutrisi yang diperlukan dalam fermentasi biohidrogen (Sompong dkk., 2007) :
2+
Fe = 257 mg/L C : N = 74 C : P = 559 Neraca massa komponen:
: FeCl
2 mg .L 1 kg
4 F = x x FeCl2 187 443 . 835 , 6164
82 , 9973 kg/hari L hari 1000000 mg
Na HPO .2H O :
2
4
2
mg .L 1 kg
5 F 34,24 443 . 835 , 6164
x x
Na2HPO4.2H2O
L hari 1000000 mg 15,1969 kg/hari
Neraca Massa total :
3
4
5
6 F + F + F = F
6
445.610,9589 kg/hari +
82 , 9973 kg/hari 15,1969 kg/hari = F +
6 F = 445.709,1531 kg/hari
A.3 Bioreaktor Hidrogen (R-201)
Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri termofilik. 7 FC LI 6 TC J-202 FC 8 J-112 R-201 Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi:
(C H O ) + H O 750 C H O (Barnali dkk.,2008)
5
10 5 900
2
6
12
6
750C H
- O + 500H O + H S 2000H (g) + 500C H O
6
12
6 2 (l) 2 (l)
2
2 4 2(l)
500C H O + 1500CO + H S
4 8 2(l) 2(g) 2 (g)
(Sompong dkk., 2009) Neraca Massa Total :
6
7
8 F = F + F
7 F = COD terkonversi = 15.290,1370 kg/hari
8
6
7 F = F
- – F = 445.709,1531 kg/hari - 15.290,1370 kg/hari = 430.419,0161 kg/hari Neraca Komponen :
Alur 6
6 F = 445.709,1531 kg/hari
6 F = 204.608,2192 kg/hari (C5H10O5)900
6 F = 239.227,3972 kg/hari H2O
6 F = 1.775,3425 kg/hari NaOH
6 F = 82 , 9973 kg/hari FeCl2
6 F = 15,1969 kg/hari Na2HPO4.2H2O
Alur 7
7 F = 15.290,1370 kg/hari
3
= 15.290,1370 kg/hari / 0,7429 kg/m
3
= 20.582,5403 m /hari
7
3 F = 0,61 x 20.582,5403 m /hari H2
3
= 12.555,3496 m /hari = 1.018,4900 kg/hari
7
3 F = 0,389915 x 20.582,5403 m /hari CO2
3
= 8.025,4412 m /hari = 14.269,2344 kg/hari
7
3 F = 0,000085 x 20.582,5403 m /hari H2S
3
= 1,7495 m /hari = 2,4126 kg/hari
Alur 8
8 F = 430.419,0161 kg/hari
8 F = 193.050 kg/hari (C5H10O5)900
8 F = 18.256,0374 kg/hari C6H12O6
8 F = 217.239,4421 kg/hari H2O
8 F = 1.775,3425 kg/hari NaOH
8 F = 82 , 9973 kg/hari
FeCl2
8 Na2HPO4.2H2O
(C
)
F
=
15,1969 kg/hari A.4 Bioreaktor Biogas (R-203)
Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri termofilik.
8 R-203 LI FC BK-205 9 10 J-204
Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi:
- H
- 500H
- H
5 H
- 500C
- 1500CO
- H
= 4.430,4986 kg/hari F
= 8.233,1507 kg/hari % Dekomposisi COD : 84,9%....................................(Senafati, 2010)
F
9
= 0,849 x 8.233,1507 kg/hari = 6.989,9449 kg/hari
F
9 CH4
= 2.525,5175 kg/hari F
9 CO2
9 H2O
= 430.419,0161 kg/hari F
= 33,0001 kg/hari F
9 H2S
= 0,9287 kg/hari Neraca Massa Total :
F
8
= F
9
10
430.419,0161 kg/hari = 6.989,9449 kg/hari + F
10
8 COD
(Sompong dkk., 2009) F
8
10 O
5
900
2 O 750 C
6 H
12 O
6
(Barnali dkk.,2008) 750C
6 H
12 O
6
2 O (l)
2 S
(l)
2000H
2
(g) + 500C
2 H
4 H
8 O 2(l)
2(g)
2 S (g)
4 O 2(l)
- F
10 F = 430.419,0161 kg/hari - 6.989,9449 kg/hari
10 F = 423.429,0712 kg/hari A.5 Biodesulfurisasi
Fungsi : untuk menyerap gas H S yang terkandung dalam biohidrogen, gas
2 H S terserap sempurna.
2 15 PC 14 16 LI TC
19 17 12 T-301 R-303 13 F-306 18 Diketahui dibutuhkan inokulum + medium fermentasi 4,7 L/jam untuk umpan
gas 300 L/jam. Inokulum sebanyak 1 L. Sedangkan, medium terdiri dari 0,66 mol/L
Na dan 1,34 mol/L K sebagai karbonat. Selanjutnya, médium mengandung (dalam g/ 1 L dari air demineralisasi) : 1 K HPO ; 0,83 NaNO ; 6 NaCl ; 0,2 MgCl .6H O
2
4
3
2
2 (Van den Bosch dkk., 2007).
3
1 L 1000 dm 1 hari
12
3 Gas yang masuk = F = 20.582,5403 m /hari x x x
3
3
1 dm m 24 jam = 857.605,8458 L/jam
Jadi, medium fermentasi yang dibutuhkan : 3 ,
7 L/jam x 300 L/jam 857.605,84
58 L/jam x = 10.577,1388 L/jam Diketahui : Masing-masing densitas medium :
3 HPO = 2,44 g/ cm
K
2
4
3
NaNO = 2,257 g/ cm
3
3
NaCl = 2,165 g/ cm
3
MgCl .6H O = 1,569 g/ cm
2
2
3
NaOH = 2,1 g/ cm
3
KOH = 2,044 g/ cm (Wikipedia,2012)
- 3
Air demineralisasi = a L/jam atau 1000a x 10 Liter/jam
a gram 3 -3
K HPO = 1 gr/L x a L = = 0,4098a cm = 0,4098a x 10 L/jam
2
4
3
2,44 g/cm
a gram
,
83
3 -3
NaNO = 0,83 gr/L x a L = = 0,3677a cm = 0,3677a x 10 L/jam
3
3
2,257 g/cm 6 gram
a 3 -3
NaCl = 6 gr/L x a L = = 2,7714a cm = 2,7714a x 10 L/jam
3
2,165 g/cm , 2 a gram
3 -3
MgCl .6H O = 0,2 gr/L x a L = = 0,1275a cm = 0,1275a x 10 L/jam
2
2
3
1,569 g/cm
3 NaOH = (0,66 mol/L x10.577,1388 L/jam x 40 g/mol)/(2,1 gr/cm x1000) =
132,9697 L/jam
3 KOH = (1,34 mol/L x 10.577,1388 L/jam x 56 g/mol/)(2,044 gr/cm x1000) =
388,3114 L/jam Medium fermentasi = air demineralisasi + K HPO + NaNO + NaCl + MgCl .6H O
2
4
3
2
2
- NaOH + KOH
- 3
- 10.577,1388 L/jam = (1000a + 0,4098a + 0,3677a + 2,7714a + 0,1275a) x 10 132,9697+388,3114 L/jam 10.055,8577L/jam = 1,0036986a L/jam a = 10.018,802 Air demineralisasi = 10.018,802L/jam x 1 kg/L = 10.018,802kg/jam K HPO = 1 gr/L x 10.018,802 L/jam = 10.018,802gr/jam = 10,0188 kg/jam
2
4 NaNO = 0,83 gr/L x 10.018,802 L/jam = 8.315,6 gr/jam = 8,3156 kg/jam
3 NaCl = 6 gr/L x 10.018,802 L/jam = 60.112,8 gr/jam = 60,1128 kg/jam
MgCl .6H O = 0,2 gr/L x 10.018,802 L/jam = 2.003,8 gr/jam = 2,0038 kg/jam
2
2 NaOH = 0,66 mol/L x10.577,1388 L/jam x 40 g/mol = 279.236,5 gr/jam = 279,2365 kg/jam
KOH = 1,34 mol/L x 10.577,1388 L/jam x 56 g/mol = 793.708,5 gr/jam = 793,7086 kg/jam
Jadi total medium fermentasi dalam kg/jam yaitu : Medium fermentasi = 10.0818,801 kg/jam + 10,0818 kg/jam + 8,3156 kg/jam +
60,1128 kg/jam + 2,0038 kg/jam + 279,2365 kg/jam + 793,7086 kg/jam
= 101.972,2601 kg/jam x 24 jam/hari = 268.132,7519 kg/hari
A.5.1 Absorber (T-301) 15 PC 14 12 T-301
16
Alur 12
12 F = 15.290,1370 kg/hari
12 F = 1.018,4900 kg/hari H2
12 F = 14.269,2344 kg/hari CO2
12 F = 2,4126 kg/hari H2S
Alur 14
14 F = Medium fermentasi = 268.132,7519 kg/hari
Alur 15
15 F = 15.287,7244 kg/hari
15 F = 1.018,4900 kg/hari H2
15 F = 14.269,2344 kg/hari CO2
Alur 16
16 F = 268.135,1645 kg/hari
16 F = 268.132,7519 kg/hari medium
16 F = 2,4126 kg/hari H2S
Neraca Massa Total :
12
14
15
16 F + F = F + F
(15.290,1370 +268.132,7519) kg/hari=(15.287,7244+268.135,1645) kg/hari
283.422,8889 kg/hari = 283.422,8889 kg/hari A.5.2 Bioreaktor Desulfurisasi (R-303) 14 16 LI TC 17
19 R-303
13
2412 , 6 g/hari H S = 2,4126 kg/hari = =70,9588 mol/hari
2
34 g/mol H S + ½O S + H O (Konversi 84%)
2
2
2
mikrobaAwal 70,9588 mol 0,5 x 70,9588
29,80271 mol 0,84 x 70,9588 29,80271 mol 59,6054 mol 59,6054 mol
Reaksi
59,6054 mol
Sisa 11,3534 mol - 59,6054 mol 59,6054 mol
So = 59,6054 mol/hari x 32 g/mol = 1.907,3731 g/hari = 1,9074 kg/hari O = 29,80271 mol/hari x 32 g/mol = 953,6867 g/hari = 0,9537 kg/hari
2 H O = 59,6054 mol/hari x 17 g/mol = 1.013,2920 g/hari = 1,0133 kg/hari
2 H S = 11,3534 mol/hari x 33 g/mol = 374,6622 g/hari = 0,3747 kg/hari
2
Alur 16
16 F = 268.135,1645 kg/hari
16 H2S
19 H2S
(268.135,1645 +268.132,7519+0,9537)kg/hari=(268.132,7519+268.136,1182)kg/hari
= 0,9537 kg/hari Neraca Massa Total :
F
16
19
13
= F
14
17
536.268,7991 kg/hari = 536.268,7991 kg/hari A.5.3 Settler (TK-304)
= O
17 19 18 F-306
Alur 17 F
17
= 268.136,1182 kg/hari F
17 medium
= 268.133,8248 kg/hari F
17 H2S
= 0,386 kg/hari
2
13
F
14
16 medium
= 268.132,7519 kg/hari F
= 2,4126 kg/hari Alur 19 F
19
= 268.132,7519 kg/hari F
19 medium
= 268.132,3659 kg/hari F
= 0,386 kg/hari Alur 14
F
= Medium fermentasi = 268.132,7519 kg/hari Alur 17
F
F
17
= 268.136,1182 kg/hari F
17 medium
= 268.133,8248 kg/hari F
17 H2S
= 0,386 kg/hari F
17 So
= 1,9074 kg/hari Alur 13
- F
- F
- F
17 F = 1,9074 kg/hari So
Alur 19
19 F = 268.132,7519 kg/hari
19 F = 268.132,3659 kg/hari medium
19 F = 0,386 kg/hari H2S
Alur 18
18 F = 3,3663 kg/hari
18 F = 1,4589 kg/hari medium
18 F = 1,9074 kg/hari So
Neraca Massa Total :
17
18
19 F = F + F
268.136,1182 kg/hari = 3,3663 kg/hari +268.132,7519 kg/hari
268.136,0472 kg/hari = 268.136,0472 kg/hari A.6 Kolom Absorpsi-Stripping
Fungsi : untuk menyerap CO yang terkandung dalam biogas dan melepaskan CO
2 2.
Jumlah CO yang dikeluarkan dari sistem 99% (Twigg, 1989) dari alur 18.
2 Larutan Benfield (K CO ) (BM= 138 kg/kmol). K CO yang digunakan adalah
2
3
2
3 K CO 30 %, temperatur K CO masuk absorber adalah 50 C.
2
3
2
3 Reaksi pengikatan CO :
2 K CO + CO + H O
2
3
2 2 ↔ 2KHCO 3 ………………….. (1)
Reaksi pelepasan CO :
2
2KHCO + H O + K CO
3 ↔ CO
2
2
2 3 …………………(2)
21 24 JC-403 PC 27
20 E-311 26 T-308 15 22 PC TC 23 T-313 J-309 E-310 FC 25 J-312
Dimana semua CO yang terserap dilepaskan pada kolom stripper. Jumlah CO yang
2
2
terabsorpsi 99% dari jumlah CO umpan, maka :
2
24
15 F = 99 % x F CO2
= 0,99 x 14.269,2344 kg/hari = 14.126,5421 kg/hari
Maka mol CO yang terbentuk dari reaksi (2) :
2
24 F CO
24 N =
BM CO
2 14.126,542
1
=
44
= 321,0587 kmol/hari Jumlah CO yang terbentuk = 321,0587 kmol/hari
2 Jumlah KHCO yang bereaksi = 642,1156 kmol/hari
3
Neraca Massa Total:
15
21
24 F = F +F
21
15.287,7244 = F + 14.126,5421 kg/hari
21 F = 1.161,1823 kg/hari
Alur 21
21
15 F = F H2 H2
= 1.018,4900 kg/hari
21
21
15
F CO = F = 142,6923 kg/hari 2 – F H2 Alur 22
22 N = 642,1156 kmol/hari KHCO3
22
22 F = N x BM KHCO KHCO3 KHCO3
3
= 642,1156 kmol/hari x 100 kg/kmol = 64.211,56 kg/hari
22 F = 97.601,5636 kg/hari H2O
Alur 20 Jumlah K CO bereaksi = 321,0587 kmol/hari
2
3
= 321,0587 kmol/hari x 138 kg/kmol = 44.305,9730 kg/hari
K CO yang digunakan 30% berat, maka
2
3 Total umpan (F20) = 44.305,9730 kg/hari x 100/30
= 147.686,5765 kg/hari Jumlah H O = 70 % x 147.868,5765 kg/hari
2
= 103.380,6036 kg/hari Jumlah H O bereaksi = 321,0587 kmol/hari
2
= 321,0587 x 18 kg/kmol = 5.770,0400 kg/hari
Jumlah H O tidak bereaksi = 103.380,6036 kg/hari
2
- –5.770,0400 kg/hari = 97.601,5636 kg/hari
F20 = 147.868,5765 kg/hari
20 F = 44.305,9730 kg/hari K2CO3
20 F = 103.380,6036 kg/hari H2O
Kolom Stripper
= 97.601,5636 kg/hari
25 H2O
F
23 H2O
= 64.211,56 kg/hari F
23 KHCO3
= 161.813,1186 kg/hari F
22
= F
23
= 103.380,6036 kg/hari F
= 44.305,9730 kg/hari F
32
25 K2CO3
= 147.686,5765 kg/hari F
20
= F
25
= 14.126,5421 kg/hari F
24 CO2
= 14.126,5421 kg/hari F
24
A.7 Pressure swing adsorbtion (T-316) PC PC T-316 31
30 Aliran gas yang diubah harus berisi paling sedikit 70% mol hidrogen sebelum
dapat diproses dan untuk dibersihkan didalam unit PSA (Mann, 1995). Kemurnian hidrogen yang dapat dihasilkan melalui unit PSA adalah sebesar 99,99% mol dan metana (inert) 0,1 % mol (Monereau, dkk., 2006).
= 3,2430 kmol/hari Jumlah H
32 H2
31 H2
= N
30 H2
yang dihasilkan 99,9 % mol, maka : N
2
30 CO2
F
= 509,2450 kmol/hari N
30 H2
N
= 142,6923 kg/hari Maka dalam mol :
30 CO2
= 1.018,4900 kg/hari F
30 H2
- N
30
32
= 99,9% N + N
H2 H2
32
30 N = (100-99,9)% N H2 H2
= 0,5092 kmol/hari
31 N = 508,7357 kmol/hari H2
31 F = 1017,4715 kg/hari H2
32 F = 1,0185 kg/hari H2
32 N = 3,2430 kmol/hari CO2
32 F = 142,6923 kg/hari CO2
Maka jumlah gas yang terserap :
total
F = 143,7108 kg/hari
terserap
LAMPIRAN B
PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi : kJ/hari Temperatur basis : 25
o
C Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:
Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas Q
i
= H
i
= (Van Ness, 1975)
Cp dT n
1 T
VL
Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom.
V = N ΔH
Unsur Atom Δ E
C 10,89 H 7,56 O 13,42
Fe 29,08 Cl 24,69
Na 26,19 K 28,78
S 12,36 P 26,63
Sumber : Perry, 1999 Rumus Metode Hurst dan Harrison:
n i
Ei i pS N C
1
T 298
Perhitungan panas penguapan Q
Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom
Dimana : Cps = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K ( J/mol.K ) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa N
.6H
3
108,71 KHCO
3
87,49 K
4
145,43 NaNO
3
85,19 NaCl 50,88
MgCl
2
KOH 49,76 Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :
i
3
2 Cp dT cT bT a .................................................................................... (1)
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :
CT dT dT bT a CpdT T T T T
) (
3
2 2 1 2 1
.................................................................. (2)
12,36 K
182,21 S
2 O
.2H
= Jumlah unsur atom I dalam senyawa Δ
Ei
= Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1 Menghitung Cp glukosa: Cp = 6.
Δ EC + 12.
Δ EH + 6.
Δ EO = 6 (10,89) + 12 (7,56) + 6(13,42) = 236,58 J/mol.K
Tabel LB.2 Kapasitas panas beberapa senyawa pada 298,25 K (J/mol.K)
Komponen Cp (C
5 H
10 O
5
)
900
177.435 C
6 H
12 O
6
236,58 NaOH 47,17
FeCl
2
78,46 Na
2 HPO
4
2 CO
2 HPO
2 O 243,31
21,8238 0,774223 -4,20204E-03 7,38677E-06 Sumber: Reklaitis, 1983
Senyawa a b c d H
2(g)
19,0223 0,0796291 -7,37067E-05 3,74572E-08 -8,13304E-12 H
2(g)
17,6386 0,0670055 -1,31485E-04 1,05883E-07 -2,91803E-11 H
2 S (g)
34,5234 -0,0176481 6,76664E-05 -5,32454E-08 1,40690E-11 O
2(g)
29,8832 -0,0113842 4,33779E-05 -3,70062E-08 1,01006E-11 H
2 O (g)
34,0471 -0,00965064 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 Sumber: Reklaitis, 1983
Data Cp untuk fasa cair:
Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)
2 O (l)
4(g)
1,82964.10
1
0,472118 -1,33878.10
1,31424.10
CH
4(l)
CO
2(l)
1
1,02562 1,15955
1,55019.10
H
2 S (l)
38,387 -0,0736639 0,000290981 -2,63849E-07 8,00679E-11 CO
Komponen a b C d e CH
) (
2
4 ) (
3 ) (
2 ) (
4
1
4
2
3
1
3
2
2
1
2
Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)
1
2 2 1 T T d
T T
c T T b T T a CpdT T T
...................... (3) Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :
2 2 1 T 1 T T v T T T Vl l b b
Cp dT H dT Cp CpdT ................................................................... (4)
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi :
2 1 2 T 1 T T out T R out
CpdT N CpdT N H r dt dQ
.............................................................. (5) Data Cp untuk fasa gas:
- 3
- 6 >35
- 5,70709 1,10417.10 >1,6656>1,9750>35>7,23130.10
- – 44.426.913,9935 =17.350.106,9295 kJ
- –632,1] q = 2.113,3 kJ/kg Jumlah steam yang diperlukan :
- O + H S 2000H (g) + 500C H O + 500C H O
- – (-158,4273-57,8) = -155.745,9227 kkal/mol = -651.640.940,6 kJ/kmol
- 1500. H CO ] C H O +500. H H O ]
- [H H S -.H H S]
- – [750x -208,15 + (500x -57,8)] + [4,463 – 0,568] = -64.888,605 kkal/mol = -271.493.923,3 kJ/kmol
- – 69.999.653,6446 = -1.066.209.670,5773 kJ
- – (-158,4273-57,8) = -155.745,9227 kkal/mol = -651.640.940,6 kJ/kmol
- [H H S - H H S] + [H H O - H H O ]
- – (750x -208,15) + (4,463 - 0,568) + (9,729
- – 1,436) kkal/mol = -95.470,312 kkal/mol = -399.447.785,4 kJ/kmol
- N CpdT
Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kkal/mol)
Komponen ΔHf
CH -17,89
4(g)
CO -94,05
2(g)
H S -4,82
2 H O -57,8 2 (l)
H
2 CH COOH -103,93
3 CH CH CH COOH -113,73
3
2
2 Sumber: Reklaitis, 1983
Perhitungan (kkal/mol) dengan menggunakan metode Benson et al, dimana ΔHf kontribusi gugusnya adalah:
Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al
Sumber : Perry, 1999 Rumus metode Benson et al:
o
= 68,29 + Ni x
ΔHf 298 Δhi
o
Dimana : = entalpi pembentukkan pada 298 K (kJ/mol) ΔHf 298
Ni = jumlah group atom i di dalam molekul = nilai dari kontribusi gugus atom pada tabel LB.6
Δhi
o
= 68,29 + Ni x
ΔHf 298 Δhi = 68,29 + 5(-OH-) + 1(COH) + 4. (CH) + 1. (-CH2-) = 68,29 + 5.(-208,04) + 1.(2,09) + 4.(29,89) + 1.(-20,64)
= -870,9 kJ/mol = -208,15 kkal/mol
LB.1 Tangki Pre-Treatment (M-103)
Fungsi: sebagai tempat menon-aktifkan bakteri yang memproduksi gas metana, sehingga produksi gas hidrogen yang dihasilkan lebih besar.
NaOH
o
30 C 2 1
2 LCPKS
LCPKS
o NaOH
70 C
o M-103
80 C
333 333 303
1
1
2 Energi masuk = N CpdT + N CpdT + N CpdT
(C5H10O5)900 H2O NaOH
298 298 298 Tabel LB.7 Perhitungan Energi yang masuk kedalam Tangki Pre-Treatment
F N N x ∫CpdT (kJ)
Alur Komponen ∫Cp dT
(kg/ hari) (kmol/ hari) (C H O ) 204.608,2192 1,5156 6.210.225 9.412.319,0969
5
10 5 900
1 Air 239.227,3972 13.290,4109 2.633,7882 35.004.127,0334
2 NaOH 1.775,3425 44,3835625 235,85 10.467,8632 44.426.913,9935
Q in (kJ/ hari)
Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan NaOH dalam air = -44,51 kkal/mol = -186.354,468 kJ/kmol N . = 44,3835625 x -186.354,468
H = -8.271.075,178 kJ
o
Temperatur pada alur keluar, T = 80 C = 353 K
out 353 353 353
3
3
3 Energi keluar = N CpdT + N CpdT + N CpdT
(C5H10O5)900 H2O NaOH
298 298 298
Tabel LB.8 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki Pre-Treatment
F N N x ∫CpdT (kJ)
Alur Komponen ∫Cp dT
(kg/ hari) (kmol/ hari) (C H O ) 204.608,2192 1,5156 9.758.925
14.790.787,1523
5
10 5 900
Air 239.227,3972 13.290,4109
3 4.149,0186 55.142.162,4529
NaOH 1.775,3425 44,3835625 2.594,3500 115.146,4954
Q (kJ/ hari) 70.048.096,1006 out dQ .
N H Q Q pelaru out in tan dt
= -8.271.075,178 + 70.048.096,1006
6
= 17,35 x 10 kJ
o
Steam yang digunakan adalah saturated pada suhu (150
C), tekanan 1 atm dan
o
keluar sebagai liquid pada suhu 150
C, tekanan 1 atm. Dari steam tabel (Smith, 2001) diperoleh : Saturated steam pada 1 atm, 150
C, Hv(150
C) = 2745,4 kJ/kg Saturated liquid pada 1 atm, 150
C, Hl(150
C) = 632,1 kJ/kg
o o
q = [H (150
C) (150 C)]
v – H l
q = [2745,4
dQ dT
m =
q
17.350.106 ,9295 kJ/hari m 2 . 113 , 3 kJ/kg
8.209,9593 kg/hari
LB.2 Tangki Pencampur ( M-107)
Fungsi : sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi.
Na HPO .2H O
2
4
2 FeCl
2 o o
30 C 4 5
30 C LCPKS LCPKS NaOH 3 6 NaOH FeCl
2 o
80 C Na HPO .2H O
2
4
2 o
79,971 C
M-107
Panas masuk alur 3 sama dengan panas keluar tangki Pre-treatment yaitu 70.048.096,1006 kJ/hari.
353 353 353
3
3
3 Energi masuk = N CpdT + N CpdT + N CpdT + (C5H10O5)900 H2O NaOH
298 298 298 303 303
4
5 N CpdT + N CpdT FeCl2 Na2HPO4.2H2O
298 298 Tabel LB.9 Perhitungan Energi yang Masuk ke dalam Tangki Pencampur
F N N x ∫CpdT (kJ)
Alur Komponen ∫Cp dT
(kg/ hari) (kmol/ hari) (C H O ) 204.608,2192 1,5156 9.758.925
14.790.787,1523
5
10 5 900
Air 239.227,3972 13.290,4109 4.149,0186 55.142.162,4529
3 NaOH 1.775,3425 44,3835625 2.594,3500 115.146,4954
4 FeCl 82,9973 0,654811045 392,3000 256,8823731
2
5 Na HPO .2H O 15,1969 0,085399831 986,6500 84,25974366
2
4
2
70.048.437,2427
Q in (kJ/ hari)
Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan FeCl dalam air = +17,9 kkal/mol = 74.943,72 kJ/kmol
2 panas pelarutan Na HPO .2H O dalam air = -0,82 kkal/mol = -3.400,376 kJ/kmol
2
4
2 N . = (0,654811045 x 74.943,72) + (0,085399831 x -3.400,376)
H = 48.783,5841 kJ
Untuk mengetahui suhu keluaran dari M-107, maka dilakukan trial error, sehingga
o
didapatkan suhu 79,96
C,
Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar dari Tangki Pencampur (M-107)
F N N x
∫CpdT (kJ) Alur Komponen
∫Cp dT (kg/ hari) (kmol/ hari)
(C H O ) 204.608,2192 1,5156
5
10 5 900 9.751.691,63 14.779.824,14
Air 239.227,3972 13.290,4109 4.145,922858 55.101.018,58
NaOH 1.775,3425 44,3835625 2.592,427 115.061,1481
6 FeCl 82,9973 0,654811045 4.312,1014 2.823,6117
2 Na HPO .2H O 15,1969 0,085399831 10.845,1056 926,1702
2
4
2 Q (kJ/ hari) 69.999.653,6446
out LB.3 Bioreaktor Hidrogen ( R-201 )
Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri thermofilik.
H
2 CO
2 H S
2 o 7
30 C LCPKS LCPKS NaOH
NaOH LI FeCl 6 8
2 FeCl
Na HPO .2H O
2
2
4
2 o
Na HPO .2H O
60 C
2
4
2 TC o
79,971 C R-201 o
Temperatur basis = 25 C Reaksi : (C H O ) + H O 750 C H O (Barnali dkk.,2008) ( Hr )
5
10 5 900
2
6
12
6
1
750C H O + 500H
6
12
6 2 (l) 2 (l)
2
2 4 2(l)
4 8 2(l)
1500CO + H S (Sompong dkk., 2009) ( Hr )
2(g) 2 (g)
2 H S yang terbentuk dari hasil pembusukan oleh mikroorganisme pada fasa cair
2
terionisasi menjadi fasa gas (Speece, R.E., 1996) H H S = 568 kal/ mol
l
2 H H S = 4.463 kal/ mol v
2
(Perry,1999)
o o o
Hr =750. H C H O - ( H C H O + H H O )
1 f
6 12 6(s) f
5 10 5(s) f 2 (l)
= (750 x -208,15)
F karbohidra t awal F karbohidra t sisa -
r =
1 BM karbohidra t
204.608,21 92 193 . 185
= 135 . 000
= 0,085 kmol/hari o o o
Hr = [ 2000. H H + 500. H C H O + 500. H C H O
2 f 2(g) f
2 4 2(l) f
4 8 2(l) o o o
f 2(g) – [750. H f
6
12 6(s) f 2 (l)v 2 l
2
= [(2000x0) + (500x -103,93) + (500x -113,73) + (1500x -94,05)]
F glukosa awal F - glukosa sisa r =
2 BM glukosa
18.907,397 26 18 . 256 , 03743
=
180 = 3,618666 kmol/hari
r. Hr = (r . Hr ) + (r . Hr ) = (-55.389.479,95) + (-982.536.508,4951)
1
1
2
2
= - 1.037.925.988,4441 kJ/hari Panas masuk reaktor (R-201) = panas keluar tangki pencampur (M-107)
= 69.999.653,6446 kJ
303 303 303
8
8
8 Entalpi biohidrogen = N CpdT + N CpdT + N CpdT H2 CO2 H2S
298 298 298 Tabel LB.11 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-201)
F N N x ∫CpdT (kJ)
Alur Komponen ∫Cp dT
(kg/ hari) (kmol/ hari) 142,678676
H 1.018,49 509,245 72.658,40263
2
5
7 CO 14.269,2344 324,3007818 186,2256 60.393,09207
2
170,001951 H S 2.4126 0,70813032 12,03835361
2
2 Q (kJ/ hari) 133.063,5331
out 333 333 333
8
8
8 Energi keluar = N CpdT +N CpdT + N CpdT + (C5H10O5)900 C6H12O6 H2O
298 298 298 333 333 333
8
8
8 N CpdT + N CpdT + N CpdT NaOH FeCl2 Na2HPO4.2H2O
298 298 298 Tabel LB.12 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-201)
F N N x ∫CpdT (kJ)
Alur Komponen ∫Cp dT
(kg/ hari) (kmol/ hari) (C H O ) 193.050 1,43 6.210.225 8.880.621,75
5
10 5 900
C H O 18.256,03743 101,4224 8.280,3 839.808,1484
6
12
6 Air 217.239,4421 12.068,858 2.633,7882 31.786.815,04
8 NaOH 1.775,3425 44,3836 1.650,95 73.275,04251 FeCl 82,9973 0,65481 2.746,1 1.798,176612
2 Na HPO .2H O 15,1969 0,0853998 6.906,55 589,8182056
2
4
2 Q (kJ/ hari) 41.582.907,9783 out
dQ Qout r Hr Qin dT
= (41.582.907,9783+133.063,5331) + (- 1.037.925.988,4441)
8
= -10,66 x 10 kJ
o
Air pendingin yang digunakan pada suhu 30 C dan keluar sebagai air pendingin
o
bekas pada suhu 60 C.
o
H (60
C) = 251,1
o
H (30
C) = 125,7 Jumlah air pendingin yang diperlukan :
dQ dT
m =
H
8 10,66 x - 10 kJ/hari m
( 125 , 7 251 , 1 ) kJ/kg 8.502.469, 462 kg/hari
LB.4 Bioreaktor Biogas ( R-203 )
Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri termofilik.
CH
4 CO
2 H S
2 H O
2 o 9
30 C LCPKS LCPKS NaOH
NaOH LI FeCl2
FeCl2 8 10 Na2HPO4.2H2O Na2HPO4.2H2O TC o
o
55 C
60 C R-203
o
Temperatur basis = 25 C
Reaksi : (C H O ) + H O 750C H O (Barnali dkk.,2008) ( Hr )
5
10 5 900
2
6
12
6
1
750C H O +750H O +H S +2250CO +750H O + H S 2250CH
6 12 6 (S) 2 (l) 2 (l) 4(g) 2(g) 2 (g) 2 (g)
(Sompong dkk., 2009) ( Hr )
2 H S yang terbentuk dari hasil pembusukan oleh mikroorganisme pada fasa cair
2
terionisasi menjadi fasa gas (Speece, R.E., 1996) H H S = 568 kal/ mol
l
2 H H S = 4.463 kal/ mol v
2 H H O = 1.436 kal/ mol l
2 H H O= 9.729 kal/ mol v
2
(Perry,1999)
o o o
Hr =750. H C H O - ( H C H O + H H O )
1 f
6 12 6(s) f
5 10 5(s) f 2 (l)
= (750 x -208,15)
F karbohidra t awal F karbohidra t sisa -
r =
1 BM karbohidra t
193 . 185 183 . 735
=
135 . 000 = 0,07 kmol/hari
= [ 2250. ° CH + 2250. ° CO ] ° C H O ] ΔH r
2 ΔH 4(g) ΔH 2(g) – [750.ΔH
6 12 6 (S) f f f
v 2 l 2 v 2 (g) l 2 (l)
= [(2250x -17,89) + (2250x -94,05)]
F glukosa awal F - glukosa sisa r =
2 BM glukosa
18.256,037 43 17 . 958 , 2657
=
180
1,654287 kmol/hari
= r. Hr = (r . Hr ) + (r . Hr ) = (-45.614.865,84) + (-660.801.271,9)
1
1
2
2
= - 706.416.137,8 kJ/hari Panas masuk bioreaktor penghasil biogas (R-201) = panas keluar bioreaktor penghasil hidrogen (R-203) pada alur 8 = 41.582.907,9783 kJ
303 303 303
9
9
9 Entalpi biogas = N CpdT + N CpdT + N CpdT CH4 CO2 H2O
298 298 298
3039
H2S
298
Tabel LB.13 Perhitungan Temperatur Keluar dari Bioreaktor (R-203)
F N N x ∫CpdT (kJ)
Alur Komponen ∫Cp dT
(kg/ hari) (kmol/ hari) CH 2.525,5175 157,8448 180,1007 28.427,96575
4 CO 4.430,4986 100,69315 186,2256 18.751,63743
2
9 H O 33,0001 1.83333 168,0356 308,0662752
2 H S 0,9287 0,02726 170,0020 4,634012683
2 Q (kJ/ hari) 47.492,3035 out
328 328 328