LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

  LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

  Basis perhitungan : 1 hari operasi Kapasitas TBS : 60 ton/jam Konversi TBS ke POME : 60 % (Novaviro Technology, 2010) Maka, jumlah produksi POME = 60 % x 60 ton/jam

  = 36 ton/jam ton jam hari = 36 x 20 x 365 jam hari tahun = 262.800 ton/tahun ton

  1 tahun 262.800 x

  Jumlah kebutuhan POME = tahun 365 hari = 720 ton/hari

  3

  = 720 m /hari = 720.000 L/hari

  Karakteristik POME : COD input : 53.000 mg/L .......................(Senafati, 2010).

  % Dekomposisi COD : 84,9%....................................(Senafati, 2010). mg .L

  COD input : 53.000 x 720 . 000 L hari

  : 38.160 kg/hari COD output : COD input

• – 0,849 x COD input : 38.160 kg/hari
• – 0,849 x 38.160 kg/hari : 5.762,16 kg/hari

  COD terkonversi : 38.160 kg/hari

• –5.762,16 kg/hari : 32.397.84 kg/hari

  CH4 yang diproduksi kgCH

  4  (Novaviro Technology, 2010) ,

  25 kgCOD

  COD yang terkonver si

  Maka,

  = 8.099,46 kg/hari

3 Densitas CH (30

  C) = 0,6 kg/m

  4

  8.099,46 kg/hari Volume CH =

  4

  3

  0,6 kg/m

  3

  = 13.499,1 m /hari Komposisi Biogas, % Volume (Novaviro Technology, 2010)  62,5 % CH

  4

   37 % CO

  2

   0,49 % H O

  2

   0,01 % H S

2 Jumlah CH4 yang diproduksi

  Maka jumlah biogas

   % CH4 dalam biogas

  3

  13.499,1 m /hari =

  0,625

  3

  = 21.598,56 m /hari

  10+11

  3 F = 21.598,56 m /hari 10+11

  F = 8.099,46 kg/hari

  CH4 10+11

  11 F = 0,37 x F CO2

  3

  = 0,37 x 21.598,56 m /hari

  3

  = 7.991,4672 m /hari

  3

  3

  = 7.991,4672 m /hari x 2,814 kg/m = 22.487,9887 kg/hari

  10+11

  11 F = 0,0001 x F H2S

  3

  = 0,0001 x 21.598,56 m /hari

  3

  3

  = 2,1599 m /hari x 1,45 kg/m = 3,1318 kg/hari

  10+11

  11 F = 0,0049 x F H2O

  3

  = 0,0049 x 21.598,56 m /hari

  3

  3

  = 105,8329 m /hari x 0,724 kg/m = 76,6231 kg/hari

  10+11

  F = 30.667,2036 kg/hari

  A.1.1 Komposisi Senyawa Tambahan

  : F

  1 10 300

  6 

  = 2,4408 kg/hari

  A.2 Perhitungan Neraca Massa A.2.1 Bak Neutraliser (M-01)

  Fungsi: sebagai tempat pencampur POME dengan padatan NaHCO

  3

  , dan Nutrisi M-01 ^{2 5 6 3 4} ₁ Neraca massa komponen:

   POME : F

  1 POME

  = 720.000 kg/hari  NiCl

  2

  2 NiCl2

  720.000 1 : 100 13 ,

  = 0,864 kg/hari  CoCl

  2

  : F

  3 CoCl2

  = 2,4408 kg/hari  FeCl

  2

  : F

  4 FeCl2

  = 64,584 kg/hari  NaHCO

  3

  : F

  5 NaHCO3

  1

  L x

  Massa NaHCO

  29

  3

  =

  L kg hari kg x POME L gr

  720.000 1 :

  1 5 ,

  2

  = 1.800 kg/hari Massa FeCL

  2

  =

  L kg hari kg ml gr x POME L

  L x

  720.0000 1 : 100 9 ,

  1 10 300

  L kg hari kg

ml

gr x POME L

  6 

  = 64,584 kg/hari Massa NiCL

  2

  =

  L kg hari kg

ml

gr

x POME L

  L x

  720.000 1 : 100 4 ,

  1 10 300

  6 

  = 0,864 kg/hari Massa CoCl

  2

  =

  = 1.800 kg/hari

  6

  Neraca massa total: F

  6

  = 721.867,8888 kg/hari

  A.2.1 Tangki Pencampur

  Fungsi: sebagai tempat mencampur POME dari Neutraliser dengan Nutrisi dan umpan recyle.

  M-02 ^{6 21 7} Neraca Massa total : F

  7

21 F

  = F

• F
• CO
• H

  7

  )

• H

  POME Biogas     _mikroba

  2 O

  2 S (g)

  2(g)

  4(g)

  CH

  n

  10 O

  5

  = 721.867,8888 kg/hari + F

  6 H

  Reaksi: (C

  21 ^{10+11 22} Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi :

  6 _{7 19+20}

  A.2.2 Reaktor Tangki Berpengaduk (R-01)

  ……………………(a)

  21

  Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri thermofilik.

• F
• 30.667,2036 kg/hari F

22 F

• F

  = F

  6

  7

  = 721.867,8888 kg/hari + 230.400,2284 kg/hari F

  7

  = 952.268,1172 kg/hari Karakteristik keluaran POME (Senafati, 2010):

  POME ,

  VS = 0,0426 kg/L Maka VS POME = 0,0426 kg/L x F POME

  = 0,0426 kg/L x 720.000 L/hari = 30.672kg/hari

  Digester,

  VS : 0,0325 kg/L Discharge

  F

  VS : 0,0125 kg/L  Alur 22

  22

  = 691.200,6852 kg/hari = 691.200,6852 L/hari

  VS = 0,0125 kg/L F

  22 VS

  = 8.640,0086 kg/hari F

  22 NaHCO3

  = F

  5 NaHCO3

  = 1.800 kg/hari

  22

  4

  7

  = 230.400,2284 kg/hari F

  21

  F

  720.000 kg/hari Neraca Massa Total :

  F

  6

  = F

  22

  11

  721.867,8888 kg/hari = F

  22

  22

  = 691.200,6852 kg/hari Dari data diketahui bahwa jumlah limbah yang di recycle 25%, maka

  22

  = 921.600,9136 kg/hari - 691.200,6852 kg/hari F

  = 0,75 F

  19+20

  691.200,6852 kg/hari = 0,75 F

  19+20

  F

  19+20

  = 921.600,9136 kg/hari F

  21

  = F

  19+20

  21

21 F

• F

  22

  2 F = F = 0,864 kg/hari NiCl2 NiCl2

  22

  3 F = F = 2,4408 kg/hari CoCl2 CoCl2

  22

  22

  22

  22

  22

  22

• F = F + F + F + F

  Air – (F

  VS NaHCO3 FeCl2 NiCl2

  22 F ) CoCl2

  = 691.200,6852 kg/hari

• – (8.640,0086 kg/hari + 1.800 kg/hari + 64,584 kg/hari + 0,864 kg/hari + 2,4408 kg/hari) = 680.692,7878 kg/hari.

   Alur 19+20

  19+20

  F = 921.600,9136 kg/hari

  VS = 0,0325 kg/L

  19+20

  F = 29.952,0297 kg/hari

  VS 19+20

  22 F = F / 0,75 = 2.400 kg/hari NaHCO3 NaHCO3 19+20

  22 F = F / 0,75 = 86,112 kg/hari FeCl2 FeCl2 19+20

  22 F = F / 0,75 = 1,152 kg/hari NiCl2 NiCl2 19+20

  22 F = F / 0,75 = 3,2544 kg/hari CoCl2 CoCl2 19+20 19+20 19+20 19+20 19+20 19+20

  F = F + F + F + F

• Air
• – (F

  VS NaHCO3 FeCl2 NiCl2 19+20

  F )

  CoCl2

  = 921.600,9136 kg/hari

• – (29.952,0297 kg/hari + 2.400 kg/hari + 86,112 kg/hari + 1,152 kg/hari + 3,2544 kg/hari) = 889.158,3655 kg/hari.

   Alur 21

  21 F = 230.400,2284 kg/hari 21 19+20

22 F = F - F

  VS

  VS

  VS

  = 29.952,0297 kg/hari - 8.640,0086 kg/hari = 21.312,0211 kg/hari

  21 19+20

  F = F / 4 = 600 kg/hari

  NaHCO3 NaHCO3 21 19+20

  F = F / 4 = 21,528 kg/hari

  FeCl2 FeCl2 21 19+20

  F = F / 4 = 0,288 kg/hari

  NiCl2 NiCl2 21 19+20

  F = F / 4 = 0,8136 kg/hari

  CoCl2 CoCl

  21

  21

  21

  21

  21

  21 F = F + F + F + F Air

• 21

  VS NaHCO3 FeCl2 NiCl2

• – (F

  F )

  CoCl2

  = 230.400,2284 kg/hari

• – (21.312,0211 kg/hari + 600 kg/hari + 21,528 kg/hari + 0,288 kg/hari + 0,8136 kg/hari) = 208.465,5777 kg/hari.

   Alur 10+11

  10+11

  3 F = 21.598,56 m /hari 10+11

  F = 8.099,46 kg/hari

  CH4 10+11

  11 F = 0,37 x F CO2

  3

  = 0,37 x 21.598,56 m /hari

  3

  = 7.991,4672 m /hari

  3

  3

  = 7.991,4672 m /hari x 2,814 kg/m = 22.487,9887 kg/hari

  10+11

  11 F = 0,0001 x F H2S

  3

  = 0,0001 x 21.598,56 m /hari

  3

  

3

  = 2,1599 m /hari x 1,45 kg/m = 3,1318 kg/hari

  10+11

  11 F = 0,0049 x F H2O

  3

  = 0,0049 x 21.598,56 m /hari

  3

  3

  = 105,8329 m /hari x 0,724 kg/m = 76,6231 kg/hari

  10+11

  F = 30.667,2036 kg/hari

  A.2.4 Water Trap

  Fungsi : Memisahkan air yang terkandung didalam biogas, dimana air terpisahkan 100 % ₁₃

  10+11 ₂₅

  12 F

  10+11

  Fungsi : untuk menyerap gas H

  = 8.436,4203 kg/hari F

  13 CO2

  = 23.423,4423 kg/hari F

  13 H2S

  = 3,2622 kg/hari  Alur 12

  F

  = 79,8108 kg/hari

  A.2.4 Desulfurisasi

  2 S terserap

  = 30.667,2036 kg/hari F

  sempurna

  13

¹⁵

CH

  4 H

  2 S = 0,01%

  CO

  2 CH

  4 CO

  2

  13 CH4

  = 31.863,1248 kg/hari F

  13

  F

  10+11 CH4

  = 8.099,46 kg/hari F

  10+11 CO2

  = 22.487,9887 kg/hari F

  10+11 H2S

  = 3,1318 kg/hari F

  10+11 H2O

  = 76,6231 kg/hari  Alur 25 F

  25

  = 1.275,842 kg/hari F

  25 CH4

  = 336,9603 kg/hari F

  25 CO2

  = 935,5636 kg/hari F

  25 H2S

  = 0,1304 kg/hari F

  25 H2O

  = 3,1877 kg/hari  Alur 13

12 H2O

2 S yang terkandung dalam biogas, gas H

  Neraca Massa Total :  Alur 13

  13 F = 31.863,1248 kg/hari

  13 F = 8.436,4203 kg/hari CH4

  13 F = 23.423,4423 kg/hari CO2

  13 F = 3,2622 kg/hari H2S

   Alur 15

  15 F = 8.436,4203 kg/hari CH4

  15 F = 23.423,4423 kg/hari CO2

  15 F = 31.859,8626 kg/hari A.2.5 Generator

  16 udara

  17

15 Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam generator

  Reaksi : CH (g) + 2O (g) CO (g)+ 2H O(g)

  4

  2

  2

  2

  3 H O yang dihasilkan dalam bentuk steam. Dari literatur, di dapat bahwa 1 m biogas

  2

  dapat menghasilkan 6 KWh listrik. (Anonim, Tanpa Tahun) Dalam hal ini berarti gas metana mengalami reaksi dengan oksigen yang menghasilkan energi listrik, sehingga dapat disimpulkan bahwa dari 60% gas metana dalam biogas dapat menghasilkan 6 KWh listrik.

  15 F = 8.436,4203 kg/hari = 527,2762 kmol/jam CH4

  15 F = 23.423,4423 kg/hari = 532,3509 kmol/jam CO2

  Neraca Massa Komponen: Kesetimbangan reaksi II :

  CH + 2O CO + 2H O

  4

  2

  2

  2

• Mula-mula : 527,2762 1.054,5524 Bereaksi : 527,2762 1.054,5524 527,2762 1.054,5524 Sisa : 527,2762 1.054,5524

  17

  15 CH : F CH = F CH

  4

  4 4 – (527,2762 kmol/hari x 16 kg/kmol)

  = 8.436,4203 kg/hari

• – 8.436,4203 kg/hari = 0 kg/hari

  17

  15 CO : F CO = F CO + (527,2762 kmol/hari x 44 kg/kmol)

  2

  2

  2

  = 23.423,4423 kg/hari + 23.200,1528 kg/hari = 46.623,5951 kg/hari

  17

  16 O :F O = F O

  2

  2

  2

• – (1.054,5524 kmol/hari x 32 kg/kmol) = 33.745,6758 kg/hari
• – 33.745,6758 kg/hari = 0 kg/hari

  17

16 N : F N = 79/21 x F O

  2

  2

  2

  = 79/21 x 33.745,6758 = 126.948,0222 kg/hari

17 H O : F H O = 1.054,5524 kmol/hari x 18 kg/kmol

  2

  2

  = 18.981,9432 kg/hari Neraca Komponen Total

  17

  15

  15

  16 F = F + F + F H2O CO2 N2

  = 18.981,9432 kg/hari + 46.623,5951 kg/hari + 126.948,0222 kg/hari = 192.553,5605 kg/hari

  A.2.6 Tangki Fermentor 2

  ₂₃

  25 _{24 27}

  26

  23

  22 F = F = 691.200,6852 kg/hari

  = 691.200,6852 L/hari

  VS = 0,0125 kg/L

  23 F = 8.640,0086 kg/hari

  VS

  23

  22 F = F = 1.800 kg/hari NaHCO3 NaHCO3

  23

  22 F = F = 64,584 kg/hari FeCl2 FeCl2

  23

  22 F = F = 0,864 kg/hari NiCl2 NiCl2

  23

  22 F = F = 2,4408 kg/hari CoCl2 CoCl2

  23

  22 F = F = 680.692,7878 kg/hari. Air Air

  23

  22 F = F = (1-0,849) x 53.000 mg/l COD COD

  = 8.003 mg/l

  25 F =

  9 (Literatur)

  C/N

  COD masuk = 7.950 mg/l COD keluar = 6.000 mg/l C/N = 9 6000/N = 9 N = 666,67 mg/l Bakteri = 666,67 x 100/14

  = 4.761,904 unit/L Bakteri yang mati = 50% dari total bakteri Jumlah bakteri = 4.761,904 x 100/50

  = 9.523,8095 unit/L

  23 Jumlah total keluaran bakteri = 9523,8095 unit/L x F

  = 9523,8095 unit/L x 691.200,6852 L/hari = 6.582.863.652 unit/hari

  VS masuk = 0,0125 kg/L COD terkonversi pada tangki anaerob I = 84,9% COD terkonversi pada tangki anaerob II = 25%

  VS terakumulasi pada tangki anaerob I = 61,5% Dengan rumus perbandingan, VS terakumulasi pada tangki anaerob II = 18,1% Sehingga VS keluar = 0,002625 kg/L  Alur 25

• 6

  COD terkonversi = (7950-6000) mg/L x 691.200,6852 kg/hari x 10 = 1.347,8413 kg/hari

  kgCH CH4 yang diproduksi

  

4

 ,

  25 kgCOD

  COD yang terkonver si

  CH yang diproduksi = 0,25 x 1.347,8413 kg/hari = 336,9603 kg/hari

  4

  3 Volume CH = 336,9603 / 0,6 = 561,6006 m /hari

4 Komposisi Biogas, % Volume (Novaviro Technology, 2010)

   62,5 % CH

  4

   37 % CO

  2

   0,49 % H O

  2

   0,01 % H S

2 Jumlah CH4 yang diproduksi

  Maka jumlah biogas 

  

% CH4 dalam biogas

  3 561,6006 m /hari 

  0,625

  3 898 , 5609 m /hari 

  25

  3 F = 898,5609 m /hari

  25

  3 F CH = 561,6006 m /hari = 336,9603 kg/hari

  4

  25

  25 F CO = 0,37 x F

  2

  3

  = 0,37 x 898,5609 m /hari

  3

  3

  = 332,4675 m /hari x 2,814 kg/m = 935,5636 kg/hari

  25

25 F H S = 0,0001 x F

  2

  3

  3

  3

  = 0,0899 m /hari x 1,45 kg/m = 0,1304 kg/hari

  25

25 F H O = 0,0049 x F

  2

  3

  = 0,0049 x 898,5609 m / hari

  3

  3

  = 4,4029 m /hari x 0,724 kg/m = 3,1877 kg/hari

25 F = 1.275,842 kg/hari

  Neraca Massa Total :

  23

  25

  27 F = F + F

  27

  691.200,6852 kg/hari = 1.275,842 kg/hari + F

27 F = 689.924,8432 kg/hari

  Dari data diketahui bahwa jumlah limbah yang di recycle 25%, maka

  27

24 F = 0,75 F

  24

  689.924,8432 kg/hari = 0,75 F

24 F = 919.899,7909 kg/hari

  VS masuk = 0,0125 kg/L

  VS keluar = 0,002625 kg/L  Alur 24

  24 F = 919.899,7909 kg/hari

  VS = 0,002625 kg/L

  24 F = 2.414,737 kg/hari

  VS

  24

  23 F = F /0,75 = 2.400 kg/hari NaHCO3 NaHCO3

  24

  23 F = F /0,75 = 86,112 kg/hari FeCl2 FeCl2

  24

  23 F = F /0,75 = 1,152 kg/hari NiCl2 NiCl2

  24

  23 F = F /0,75 = 3,2544 kg/hari CoCl2 CoCl2

  24

  24

  24

  24

  24

  24

  24 F = F + F + F + F + F ) Air – (F

  VS NaHCO3 FeCl2 NiCl2 CoCl2

  = 919.899,7909 kg/hari

• – (2.414,737 kg/hari + 2.400 kg/hari + 86,112 kg/hari
• 1,152 kg/hari + 3,2544 kg/hari) = 914.994,5355 kg/hari

   Alur 26

  26

24 F = 0,25 x F

  = 0,25 x 919.899,7909 = 229.974,9477 kg/hari = 229.974,9477 L/hari

  26

  24

27 F vs = F

  VS – F

  VS

  = 2.414,737 kg/hari

• – 928,745 kg/hari = 1.485,992 kg/hari

  26

  24 F = F /4 = 600 kg/hari NaHCO3 NaHCO3

  26

  24 F = F /4 = 21,528 kg/hari FeCl2 FeCl2

  26

  24 F = F /4 = 0,288 kg/hari NiCl2 NiCl2

  26

  24 F = F /4 = 0,8136 kg/hari CoCl2 CoCl2

  26

  26

  26

  26

  26

  26

  26 F = F + F + F + F + F ) Air – (F

  VS NaHCO3 FeCl2 NiCl2 CoCl2

  = 229.974,9477 kg/hari

• – (1.485,992 kg/hari + 600 kg/hari + 21,528 kg/hari + 0,288 kg/hari + 0,8136 kg/hari) = 227.866,3261 kg/hari

   Alur 27

  27

24 F = F x 0,75

  = 919.899,7909 x 0,75 = 689.924,8432 kg/hari = 689.924,8432 L/hari

27 F vs = 928,745 kg/hari

  27

  24 F = F * 0,75 = 1800 kg/hari NaHCO3 NaHCO3

  27

  24 F = F * 0,75 = 64,584 kg/hari FeCl2 NaHCO3

  27

  24 F = F * 0,75 = 0,864 kg/hari NiCl2 NiCl2

  27

  24 F = F * 0,75 = 2,4408 kg/hari CoCl2 CoCl2

  22

  22

  22

  22

  22

  22

  22 F = F + F + F + F + F ) Air – (F

  VS NaHCO3 FeCl2 NiCl2 CoCl2

  = 689.924,8432 kg/hari

• – (928,745 kg/hari + 1800 kg/hari + 64,584 kg/hari + 0,864 kg/hari + 2,4408 kg/hari) = 687.128,2094 kg/hari

  A.2.7 Tangki Pencampur Nutrisi III

  28

  27 ²⁹

  27 F = 689.924,8432 kg/hari = 689.924,8432 L/hari

  28 F = nutrisi

  Al = 0,1 mg/l Cu = 0,01 mg/l Mn = 3,29 mg/l B = 20 mg/l

  28 F = (0,1 + 0,01 + 3,29 + 20) x 689.924,8432 L/hari : 1000 mg/kg

  = 16.144,2413 kg/hari

  29

  27

28 F = F + F

  = 689.924,8432 kg/hari + 16.144,2413 kg/hari = 706.069,0845 kg/hari

  

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

  Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi : kJ/jam

  o

  Temperatur basis : 25 C Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:

   Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas _T n Cp dT Q = H = (Smith, 2001)

  i i 

  T 1  298

   Perhitungan panas penguapan Q

  V VL

  = N ΔH  Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom.

  Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom Unsur Atom

  E

  Δ C 10,89

  H 7,56 O 13,42

  Fe 29,08 Cl 14,69 Ni 25,46

  Co 25,71 Ca 26,19

  K 28,78 Sumber : Perry, 1999

  Rumus Metode Hurst dan Harrison:

  n  N   i Ei pS

   C i 

1 Dimana :

  Cps = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K ( J/mol.K ) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa N = Jumlah unsur atom I dalam senyawa

  i

  = Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1 Δ Ei

  Menghitung Cp glukosa: Cp = 6. + 12. + 6.

EC EH EO

  Δ Δ Δ = 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 H O 236,58

  6

  12

  6 NaHCO 84,9

  3 FeCl 58,46

  2 NiCl 54,84

  2 CoCl 55,09

  2 K CO 108,71

  2

  3 KHCO 87,49

  3 Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

  2

  3

  ................................................................................... (1)

  Cp  a  bT  cT  dT

  Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : _{T T 2 2}

  2

  3

  .................................................................. (2)

  CpdT  ( a  bT  CT  dT ) dT _{T T T}   _{2 1 1} b c d

  2

  2

  

3

  3

  4

  4 ( ) ( ) ( ) ( ) ...................... (3)

  CpdT  a T  T  T  T  T  T  T  T

  2

  1

  2

  1

  

2

  1

  2

  1  _{T 1}

  2

  3

  4 Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah :

  T T T _{2 b 2}

  ................................................................... (4)

  CpdT  Cp dT   H  Cp dT _{l Vl v T T T}    _{1 1 b}

  Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : _{T T 2 2}

  dQ

  .............................................................. (5)

   r  H  N CpdT  N CpdT _{R out out}   dt _{T T 1 1}

   Data Cp untuk fasa gas:

  Tabel LB.3 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)

  Komponen a b c d e Air 34,047 -9,65E-03 3,299E-05 -2,044E-08 4,302E-12

  Methan 38,387 -2,36E-02 2,9E-04 -2,638E-07 8,007E-11 Karbonmonoksida 29,006 2,49E-03 -1,8E-05 4,798E-08 -2,873E-11

  Karbondioksida 19,022 7,96E-02 -7,37E-05 3,745E-08 -8,133E-12 Hidrogen 17,638 6,7E-02 -1,314E-4 1,058E-07 -2,918E-11

  H S 34,52 -1,76E-02 6,77E-05 -5,32E-08 1,41E-11

2 Sumber: Reklaitis, 1983

   Data Cp untuk fasa cair:

  Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K)

  Senyawa A b c d

  1 -1 -3 -6

  H O 1,82964.10 4,7211.10 -1,3387.10 1,3142.10

  2 (l)

• 3 -5

  CH -5,70709 1,02562 -1,6656.10 -1,9750.10

  4(l) 1 -3 -5

  CO 1,1041.10 1,1595 -7,2313.10 1,55019.10

  2(l)

  Sumber: Reklaitis, 1983

  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)

• 0,1945 H

  = nilai dari kontribusi gugus atom pada tabel LB.6 ΔHf

  2

  dan CoCl

  2

  , NiCl

  2

  , FeCl

  3

  Fungsi: Melarutkan NaHCO

  B.1 Tangki Neutraliser (M-01)

  = 68,29 + 6.(-OH-) + 1(COH) + 4. (CH) + 1. (-CH2-) = 68,29 + 6.(-208,04) + 1.(2,09) + 4.(29,89) + 1.(-20,64) = -1.078,94 kJ/mol

  = 68,29 + Ni x Δhi

  o 298

  = entalpi pembentukkan pada 298 K (kJ/mol) Ni = jumlah group atom i di dalam molekul Δhi

  H

  o 298

  ΔHf

  Δhi Dimana :

  = 68,29 + Ni x

  o 298

  Sumber : Perry, 1999 Rumus metode Benson et al: ΔHf

  

Tabel LB.6 Tabel Kontribusi Gugus dengan Metode Benson et al

  ΔHf (kkal/mol) dengan menggunakan metode Benson et al, dimana kontribusi gugusnya adalah:

  Sumber: Reklaitis, 1983 Perhitungan

  2 CO -26,42

  4

  2 SO

  dengan POME Alur 1 (30

  o

  NaHCO

  CpdT + N

  5 CoCl2 

  303 298

  CpdT

  Tabel LB.7 Perhitungan Energi yang masuk ke dalam Tangki Neutraliser Komponen Laju (kg/hari)

N

(kmol/hari)

  CpdT (kJ/kmol) N.Cp dT (kJ/hari)

  Glukosa 30.672,00 170,4000 1.182,9000 201.566,1600 Air 689.328,00 38.296,0000 374,7055 14.349.721,1579

  3

  4 NiCl2 

  1.800,00 21,4286 554,4000 11.880,0000 FeCl

  2

  64,58 0,5092 392,3000 199,7501 NiCl

  2

  0,86 0,0067 374,2000 2,5063 CoCl

  2

  2,44 0,0188 375,4500 7,0530

  Q (kJ/hari) 14.563.376,6273 Tabel LB.8 Perhitungan Energi yang Keluar dari Tangki Neutraliser Komponen F (kg/hari) N(kmol/hari) ∫CpdT N x ∫CpdT

  303 298 15 ,

  CpdT + N

  C, 1 atm) Alur 2 (30

  1 C6H12O6 

  o

  C, 1 atm) Alur 3 (30

  o

  C, 1 atm) Alur 4 (30

  o

  C, 1 atm) Alur 5 (30

  o

  C, 1 atm) Energi masuk = N

  303 298

  303 298

  CpdT + N

  1 H2O 

  303 298

  CpdT + N

  2 NaHCO3 

  303 298

  CpdT + N

  3 FeCl2 

  Glukosa 30.672,00 170,4000 7.097,4000 1.209.396,9600 ^{M-112 3 2 4 5 1 6}

  Air 689.328,00 38.296,0000 2.256,1763 86.402.527,5470 NaHCO3 1.800,00 21,4286 3.326,4000 71.280,0000

  FeCl2 64,58 0,5092 2.353,8000 1.198,5006 NiCl2 0,86 0,0067 2.245,2000 15,0376

  CoCl2 2,44 0,0188 2.252,7000 42,3181 87.684.460,3633

  Q (kJ/hari)

  Dari data termodinamika Perry, 1999 :

  3

  panas pelarutan NaHCO dalam air = -4,1 kkal/mol = -17,166 x10 kJ/kmol

  3

  3

  panas pelarutan NiCl dalam air = +19,23 kkal/mol = 80,516 x10 kJ/kmol

  2

  3

  panas pelarutan FeCl dalam air = +17,9 kkal/mol = 74,947 x 10 kJ/kmol

  2

  3

  panas pelarutan CoCl dalam air = +18,5 kkal/mol = 77,459 x10 kJ/mol

2 N . = (13.209 x -17,166 + 0.3139 x 80,516 + 0.0041 x 74,947

  H

  3

• 0.0116 x 77,459 ) x10 = -200.284,9047 kJ

  dQ N . H Q Q

      _{pelaru out in}

  tan dt

  = -200.284,9047 kJ + 87.684.460,3633 kJ

• – 14.563.376,6273 kJ dQ/dt = 72.920.798,8313 kJ

  Digunakan steam dengan masukkan pada suhu T = 100

  C. Keluaran kondensat = 80 C. dQ = dHr/dT

  (2.676-2.308) m = 72.920.798,8313 kJ/hari m = 198.154,34 kg/hari

  B.2 Tangki Pencampur (M-02)

  Fungsi : Mencampur umpan POME dari bak Neutraliser dengan POME dari Alur Reycle

  6 ⁷ Panas masuk alur 6 sama dengan panas keluar tangki Neutraliser yaitu 87.684.460,3633 kJ/hari . Temperatur aliran reycle adalah 55

  C, sehingga dapat dihitung panas dari alur Recycle

  

Tabel LB.9 Perhitungan Energi Alur Reycle dari Tangki Sedimentasi

Komponen F(kg/hari) N (kmol) ∫CpdT Nx ∫CpdT

  Glukosa 21.312,02 118,4001 7.097,4000 840.332,9920 Air 208.465,58 11.581,4210 2.256,1763 26.129.727,5315

  NaHCO3 600 7,1429 3.326,4000 23.760,0000 FeCl2 21,528 0,1697 2.353,8000 399,5002 NiCl2 0,288 0,0022 2.245,2000 5,0125

  CoCl2 0,8136 0,0063 2.252,7000 14,1060 26.994.239,1422

  Q (kJ/hari)

  Sehingga total panas keluar M-02 : Q = 87.684.460,3633 kJ/hari. + 26.994.239,1422 kJ/hari.

  total

  = 114.678.699,51 kJ/hari Untuk mengetahui suhu keluaran dari M-02, maka dilakukan trial error, sehingga didapatkan suhu 55

  C.

  

Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar M-02

BM N Komponen F (kg/hari) ∫ Cp dT N x ∫Cp dT (kg/kmol) (kmol/hari)

  Glukosa 51.984,02 180 288,800 7.097,40 2.049.729,95 Air 897.793,58 18 49.877,421 2.256,18 112.532.255,08

  NaHCO3 2.400,00 84 28,571 3.326,40 95.040,00 FeCl2 86,11 126,84 0,679 2.353,80 1.598,00 NiCl2 1,15 129 0,009 2.245,20 20,05

  CoCl2 3,25 129,93 0,025 2.252,70 56,42 114.678.699,51

  Q (kJ/hari) B.3 Reaktor Fermentasi (R-01) / (R-02)

  Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas _o

  CH4 T=55 C CO2

  Alur 7 (1 atm, 55 ºC)

  H S _{2 10+11} H O ₂ Glukosa Glukosa Air

  Air NaHCO ³ Reaktor Fermentasi ₃ NaHCO FeCl ² ₁₉₊₂₀

  7 ₂ FeCl ² NiCl _o T=55 C NiCl ² CoCl ₂ CoCl ₂ Temperatur basis = 25ºC

  Reaksi: C H O + H SO  2CH + 4CO + 2H O + H S

  6

  12

  6

  2

  4

  

4

  2

  2

  2

  2 (g) ΔH 2 (g)

• 2.ΔH
• ° CH + 4. ° CO ° H O ° H S ] ΔHr = [ 2.ΔH ΔH

  f 4 (g) f 2 (g) f f

  ° C H O °H SO ]

• – [ΔH

  2

  4

• ΔH

  f

  6 12 6 (s) f

  = (2x-17,89 + 4x -94,05 + 2 x -57,8 + -4,82 )

• – (-257,866 + -0,194) kkal/mol = -1.147.861,1 kJ/ kmol
• Fglukosa awal Fglukosa sisa r  BM Glukosa 51.984,02 22.952,03 -  180 161,2888 kmol/hari

  

  8

  r Kj/ hari ΔHr = -1,8513 x 10

  Panas masuk reaktor (R-01) = panas keluar tangki pencampur (M-02) = 114.678.699,51 kJ/hari

  T T T _{o u t o u t o u t}

19+20 19+20 19+20

  Energi keluar = N CpdT + N CpdT + N CpdT +

  C6H12O6 H2O NaHCO3   

  298 , 15 298 , 15 298 ,

  15 T o u y T o u y T o u y 19+20 19+20 19+20

  N CpdT + N CpdT + N CpdT

  FeCl2 NiCl2 CoCl2   

  298 , 15 298 , 15 298 ,

  15 Tabel LB.11 Entalpi POME yang keluar dari Fermentor N Komponen F (kg/hari) N x Cp dT ∫ Cp dT (kmol/hari)

  Glukosa 29.952,03 166,400 7.097,400 1.181.008,531 Air 889.158,37 49.397,687 2.256,176 111.449.890,573

  NaHCO3 2.400 28,571 3.326,400 95.040,000 FeCl2 86,112 0,679 2.353,800 1.598,001 NiCl2 1,152 0,009 2.245,200 20,050

  CoCl2 3,2544 0,025 2.252,700 56,424 112.727.613,579

  Q (kJ/hari) T T T _{o u t o u t o u t}

  10+11 10+11 10+11

  Entalpi biogas = N CpdT + N CpdT + N CpdT

CH4 CO2 H2S

     298 , 15 298 , 15 298 ,

  15 T _{o u t} 10+11

• N CpdT

H2O

   298 ,

  15 Tabel LB.12 Entalpi Biogas yang keluar dari Fermentor

N

∫Cp dT

  Komponen F (kg/hari) N x ∫Cp dT (kmol/hari) (kJ/kmol)

  CH (g)

  4 8.099,46 506,21625 1095,84 554.731,139

  CO (g)

  2 22.487,99 511,0906523 874,70 447.050,529

  H S

  2 3,1318 0,092111765 10359708,34 954.251,017

  H O(v)

  2 76,6231 4,256838889 1010,27 4.300,551

  1.960.333,236

  Q (kJ/hari)

  Qin Hr r Qout dT dQ

      = 1.960.333,236 kJ/hari + 112.727.613,579 kJ/hari + -1,8513 x 10

  8

  kJ/hari - 114.678.699,51 kJ/hari = -185.146.424,909 kJ/hari

  Digunakan air pendingin pada suhu T = 25

  C. Keluaran air pendingin = 40 C Qin air pendingin = m.Cp.(LMTD)

  = m . 4,1818 . ((40-25)/ln(40/25)) = m. 4,1818 . (31,9147) = 133,4609 m dQ = dHr/dT

  133,4609 m = 185.146.424,909 kJ/hari m = 1.387.078,558 kg/hari = 57.794,9399 kg/jam

  Sehingga total kebutuhan steam untuk masing-masing reaktor adalah = 28.897,46995 kg/jam.

  B.4 Reaktor Fermentasi (R-03)

  Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas

  Reaktor Fermentasi ₂₆ Glukosa Air NaHCO ³ FeCl ² NiCl ² CoCl ² CH4 CO2 H ₂ S H ₂ O

  

24

²⁵ Glukosa Air NaHCO ³ FeCl ² NiCl ² CoCl ₂ T=55 ^o C

  T=55 ^o C Glukosa Air NaHCO ³ FeCl ² NiCl ² CoCl ₂ ²³ T=55 ^o C

  T=55 ^o C

Tabel LB.13 Perhitungan Energi yang masuk ke dalam Reaktor Fermentasi

Komponen

  Laju (kg/hari) N (kmol/hari) CpdT (kJ/kmol) N.Cp dT (kJ/hari) Glukosa 8.640,01 48,000 7.097,4000 340.675,59 Air 680.692,79 37.816,266 2.256,1763 85.320.163,04

  NaHCO 1.800 21,429 3.326,4000 71.280,00

  3 FeCl 64,584 0,509 2.353,8000 1.198,50

  2 NiCl 0,864 0,007 2.245,2000 15,04

  2 CoCl 2,4408 0,019 2.252,7000 42,32

  2

  85.733.374,49

  Q (kJ/hari) Tabel LB.14 Perhitungan Energi Alur Recycle yang masuk ke dalam Reaktor Fermentasi Laju N CpdT N.Cp dT Komponen (kg/hari) (kmol/hari) (kJ/kmol) (kJ/hari)

  Glukosa 1.485,99 8,256 7.097,4000 58.592,66 Air 227.866,33 12.659,240 2.256,1763 28.561.478,02

  NaHCO 600 7,143 3.326,4000 23.760,00

  3 FeCl 21,528 0,170 2.353,8000 399,50

  2 NiCl 0,288 0,002 2.245,2000 5,01

  2 CoCl 0,8136 0,006 2.252,7000 14,11

  2 Q (kJ/hari) 28.644.249,30

  Temperatur basis = 25ºC Reaksi: C H O + H SO + 4CO + 2H O + H S

  6

  12

  6

  2 4  2CH

  4

  2

  2

  2

  ° CH + 4. ° CO ° H O ° H S ] ΔHr = [ 2.ΔH ΔH

• 2 (g) ΔH

  2 (g)

• 2.ΔH

  f 4 (g) f 2 (g) f f

  ° C H O °H SO ]

  2

  4

• – [ΔH

  = (2x-17,89 + 4x -94,05 + 2 x -57,8 + -4,82 )

• – (-257,866 + -0,194) kkal/mol = -1.147.861,1 kJ/ kmol

  Fglukosa - awal Fglukosa sisa r  BM Glukosa

  8.640,01 - 2.414,74  180 34,585 kmol/hari

  

  7

  r kJ/ hari ΔHr = -3,9699 x 10

  Panas masuk reaktor (R-03) = panas masuk + alur recycle = 85.733.374,49 kJ/hari + 28.644.249,30 kJ/hari

  = 114.417.623,8 kJ/hari T T T _{o u t o u t o u t}

  24

  24

  24

  24 Energi keluar = N CpdT + N CpdT + N CpdT + N C6H12O6 H2O NaHCO3 FeCl2   

  298 , 15 298 , 15 298 ,

  15 T o u y T o u y T o u y

  24

  24 CpdT + N CpdT + N CpdT

NiCl2 CoCl2

  

  298 , 15 298 , 15 298 ,

  15 Tabel LB.15 Entalpi POME yang keluar dari Fermentor N

  

Komponen F (kg/hari) N x Cp dT

∫ Cp dT (kmol/hari)

  Glukosa 2.414,74 13,415 7.097,4000 95.213,080 Air 914.994,54 50.833,030 2.256,1763 114.688.276,929

  NaHCO3 2.400 28,571 3.326,4000 95.040,000 FeCl2 86,112 0,679 2.353,8000 1.598,001 NiCl2 1,152 0,009 2.245,2000 20,050

  CoCl2 3,2544 0,025 2.252,7000 56,424 114.880.204,484

  Q (kJ/hari) T T T

_{o u t o u t o u t}

  25

  25

  25 Entalpi biogas = N CpdT + N CpdT + N CpdT CH4 CO2 H2S

  

  298 , 15 298 , 15 298 ,

  15

  T _{o u t}

  25

• N CpdT

H2O

   298 ,

  15 Tabel LB.16 Entalpi Biogas yang keluar dari Fermentor

N

∫Cp dT

  Komponen F (kg/hari) N x ∫Cp dT (kmol/hari) (kJ/kmol)

  CH (g)

  4 336,9603 21,06001875 1095,84 23.078,374

  CO (g)

  2 935,5636 21,26280909 874,70 18.598,560

  H S

  2 0,1304 0,003835294 10.359.708,34 39.732,528

  H O(v)

  2 3,1877 0,177094444 1010,27 178,913 Q (kJ/hari) 81.588,376 dQ

   Qout  r  Hr  Qin

  dT

  7

  = 81.588,376 kJ/hari + 114.880.204,484 kJ/hari + -3,9699 x 10 kJ/hari - 114.417.623,8 kJ/hari = -39.114.607,16 kJ/hari

  Digunakan air pendingin pada suhu T = 25

  C. Keluaran air pendingin = 40 C Qin air pendingin = m.Cp.(LMTD)

  = m . 4,1818 . ((40-25)/ln(40/25)) = m. 4,1818 . (31,9147) = 133,4609 m dQ = dHr/dT

  133,4609 m = 39.114.607,16 kJ/hari m = 293.378,8635 kg/hari = 12.224,1193 kg/jam

  LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC.1 Bak Umpan POME (BP-01)

  Fungsi : Menampung POME Bentuk : Bak Silinder vertikal dengan alas datar Bahan konstruksi : Beton Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : P = 1 atm T = 30 C Waktu tinggal ( τ ) : 7 hari Laju alir massa (F) = 720.000 kg/hari

3 Densitas ( ) = 1.000 kg/m

  Viskositas ( ) = 0,824 cP Faktor kelonggaran = 20 % (Perry, 1999)

  Menghitung volume tangki :

  kg hari

  720.000 /

  3 Laju alir volumetrik (Q) = = 720 m /hari

  3

  1.000 kg/m

  3

  3 Volume larutan /hari = 5.040 m

  = τ x Q = 7 hari x 720 m

  3 Volume tangki, V = ( 1+ 0,2 ) x 5.040 m T

  3

  = 6.048 m Perhitungan ukuran bangunan

  Ukuran bak : Panjang bak (p) = 2 x lebar bak (l) maka p = 2l Tinggi bak (t) = ½ x lebar bak (l) maka t = ½ l Maka : Volume bak (V) = p x l x t

  3

  6.048 m = 2l x l x ½ l Lebar bak (l) = 18,2195 m Dengan demikian,

  Panjang bak (p) = 36,4391 m Tinggi bak (t) = 9,1098 m Lebar bak (l) = 18,2195 m

  5.040 x 9,1098 m Tinggi larutan dalam bak = = 7,5915 m

  6.048

  LC.2 Pompa Umpan POME (P-01)

  Fungsi : Memompa POME ke Bak Neutralisasi Jenis : Pompa screw pump Bahan konstruksi : Commercial Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan = 1 atm

  o

  Temperatur = 30 C Laju alir massa (F) = 720.000 kg/hari = 18,3717 lbm/sec

  3

  3 Densitas ( = 1000 kg/m = 62,4296 lbm/ft

  ) Viskositas ( = 0,8 cP = 0,000538 lbm/ft.s

  ) F 18,3717 lb /sec

  m

  3 Laju alir volumetrik, Q 0,2943 ft /sec

    

  

3

  62,4296 lb / ft ρ

  m

  Desain pompa : Asumsi aliran turbulen

  0,45 0,13

  Di = 3,9 (Q) ( (Walas,1988) )

  ,opt 0,45 0,13

  = 3,9 (0,2943) (62,4296) = 3,8495 in