Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Gas Metana Dari Kotoran Ayam Dengan Kapasitas 8.228 Ton/Tahun

  

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

  Kapasitas produksi gas metana : 8.228 ton gas metana/tahun Basis perhitungan : 1 jam operasi Waktu operasi pabrik : 330 hari/tahun Kemurnian produk : 97,88 %

  1 tahun 1 hari 1000 kg ton

  Produksi gas metana =

  8228 x x x tahun 330 hari 24jam 1 ton

  = 1038,889 kg/jam

  A.1 Penentuan Komposisi Bahan Baku A.1.1 Kapasitas Bahan Baku

  Ayam di Kabupaten Lima Puluh Kota Provinsi Sumatera Barat pada tahun 2013 adalah sebanyak 4.734.589 ekor (Dinas Peternakan Kab. Lima Puluh Kota, 2013). Adapun kotoran ayam yang dihasilkan setiap hari adalah 0,063 kg/hari (American Society of Agricultural Engineers, since

  ). Sehingga kotoran ayam yang dihasilkan adalah :

  1992

  Kotoran ayam = 4.734.589 ekor x 0,063 kg/hari = 28279,107 kg/hari = 12428,296 kg/jam

  Kotoran yang diolah adalah 44,25 % dari jumlah kotoran seluruhnya. Maka, jumlah kotoran ayam yang diolah sebagai bahan baku pembuatan gas metana adalah : = 12428,296 kg/jam x 44,25 % = 5500 kg/jam

  A.1.2 Komposisi Kotoran Ayam

  Dalam perhitungan neraca massa ini, digunakan neraca unsur dari unsur-unsur penyusun senyawa. Komposisi kotoran ayam adalah sebagai berikut:

  

Tabel LA.1 Komposisi kotoran ayam berdasarkan unsur

Kandungan

Unsur Berat (kg)

(%)

  Karbon 47,200% 2596,000 Hidrogen 6,500% 357,500

  Nitrogen 6,700% 368,500

  Sulfur 0,003% 0,165 Air 5,247% 288,585

  Abu 14,100% 775,500

  Total 100,000% 5500,000

  (Sumber: Shanique Grant, 2008) Komposisi senyawa tambahan: Massa kotoran = 5500 kg/jam Massa NaHCO = 0,25 % x 5500 kg/jam

  3

  = 13,750 kg/jam Massa Bakteri = 1 % x 5500 kg/jam

  = 55,000 kg/jam Massa Air : Massa kotoran = 2 : 1 Massa air = 2/1 x 5500 kg/jam

  = 11000 kg/jam Unit peralatan yang menghasilkan adanya perubahan massa pada proses produksi gas metana dari kotoran ayam dengan kapasitas 6359,1918 kg/hari, adalah sebagai berikut :

   Tangki Netralisasi (TK-101)  Fermentor (R-101)  Kolom Absorpsi (AB-101)  Filter Press (FP-101)

  A.2 Perhitungan Neraca Massa

  A.2.1 Tangki Netralisasi (TK-01) Digunakan sebagai tempat menetralkan pH limbah sebelum memasuki reaktor fermentasi setelah ditambahkan NaHCO3(s) sebagai penetral pH. Pada tangki ini juga ditambahkan bakteri dan air.

  Air

  4 NaHCO ³

  3 Bakteri

  2 Kandungan Kotoran Ayam NaHCO ³

  5 Bakteri Kotoran Ayam H ^{2 S}

  1 C ^{6 H 12 O 6} Neraca Massa Total :

  1

  2

  3

  4 F + F + F = F

  Neraca massa komponen:

  1

  = = 5500 kg/jam  Kotoran ayam :

  F F

  kotoran ayam kotoran ayam

  1

  1. C : = = 2596,000 kg/jam F F

  C C

  1

  2. H : = = 357,500 kg/jam F H F H

  1

  3. N : = = 368,500 kg/jam F F

  N N

  1

  4. O : = = 1113,750 kg/jam F F

  O O

  1

  5. S : = = 0,165 kg/jam F F

  S S

  1

  6. H O : = = 288,585 kg/jam

  2 F F H O H O

  2

  2

  1

  7. Abu : = = 775,500 kg/jam F F

  Abu Abu

  2

  : = = 13,750 kg/jam  NaHCO

  3 NaHCO

  3

  3 F F NaHCO

  3

   Bakteri : = = 55,000 kg/jam F F

  Bakteri Bakteri

  : = = 11000,000 kg/jam  Air Proses F F

  Air Air

  Neraca massa total:

  1

  2

  3

  4

  5 F + F + F + F = F

  5500 + 13,750 + 55,000 + 11000 = 16568,750 kg/jam

  5 F = 16568,750 kg/jam Tabel LA.2 Neraca Massa Pada Tangki Netralisasi (TK-01) Keluar Masuk (kg/jam) (kg/jam) Komponen Alur 1 Alur 2 Alur 3 Alur 4 Alur 6

  Karbon 2596,000 2596,000 Hidrogen 357,500

  357,500 Nitrogen 368,500

  368,500 Oksigen 1113,750 1113,750

  Sulfur 0,165 0,165

  Air 288,585 11000,000 11288,585 Abu 775,500

  775,500 NaHCO3 13,750 13,750

  Bakteri 55,000 55,000 Sub total 5500,000 13,750 55,000 11000,000 16568,750

  

Total 16568,750 16568,750

A.2.2 Fermentor (R-01)

  Digunakan sebagai tempat berlangsungnya reaksi-reaksi pembentukan gas metana. _{NaHCO Bakteri Abu H O H S CO N C H O 2 2 CH 2 6 12 6 3 5 6 H S} N _{2 2 4 2 11 Bakteri NaHCO Abu N} C H O _{H O 6 2 2 12 6 3} Reaksi yang terjadi saat proses fermentasi : C H O (g) + 3CO (g)

  6 12 6(s)

  4

  2

  ↔ 3CH Asumsi unsur N 3 % dianggap gas.

2 Neraca Massa Total :

  5

  6

10 F = F + F

  Neraca massa komponen: Alur 5 Komposisi H S:

2 Komposisi BM Fraksi

  H

  1

  0.03 S

  32

  0.97 S = = (0,03 x ) + (0,97 x )  H

  2

  2 F F F H S H S

• F
• F
• F
• – 368,500 – 288,585 – 775,500
• – 10,885 = 4056,530 kg/jam

  N

  H

  F

  = 55,000 kg/jam  Air =

  Bakteri

  F

  = 13,750 kg/jam  Bakteri =

  3

  NaHCO

  = F

  3

   NaHCO

  F Abu = 775,500 kg/jam

  = 368,500 kg/jam  Abu =

  = F

  = 10,885 kg/jam  C

  2

   N

  = 5500,000

  2 S

  H

  2 O - F Abu

  H

  N

  kotoran ayam

  = F

  12 O

  12 O 6 = F C H

  6 H

  = 11288,585 kg/jam Alur 6  N

2 O

  = F

  4

  = 22,536 kmol r = (N C

  6 H

  12 O

  6

  ) x (X C

  6 H

  12 O

  6

  ) = 22,536 x 0,95 = 21,409

   CH

  = F

  =

  CH

  = BM CH

  4

  x 3 x r = 16 x 3 x 21,409 = 1027,654 kg/jam

   CO

  2

  = F CO

  2

  = BM CO

  2

  x 3 x r = 44 x 3 x 21,409 = 2826,049 kg/jam

  0 30 kg 1 0 kg/kmol

  6

  N

  12 O 6(s) ↔ 3CH

  2

  = 3 % x F

  N

  = 3 % x 368,500 kg/jam = 11,055 kg/jam

   H

  2 S =

  F

  H Alur 10

  2 S

  2

  6 H

  4

  12 O

  (g) + 3CO

  2

  (g) F

  C H

  12 O

  = 4056,530 kg BM C

  6 H

  12 O

  6

  = 180 kg/kmol N C

  6 H

  = 10,885 kg/jam Reaksi : C

  10

   C H O = = + (BM C H O x -1 x r)

  6

  12

6 F F

  6

  12

  12

  12

  6 C H O C H O

  = 4056,530 + (180 x -1 x 21,409) = 202,826 kg/jam

  10

  = =  N -

  2

  2

  2

  2 F F F N N N

  = 368,500

• – 11,055 = 357,445 kg/jam

  10

  = = = 775,500 kg/jam  Abu F F

  Abu Abu

  10

  = = = 13,750 kg/jam  NaHCO

  

3 F NaHCO

  3

  3 F NaHCO

  10

  = = = 55,000 kg/jam  Bakteri F F

  Bakteri Bakteri

  10

  = = = 11288,585 kg/jam  Air F H O F H O

  2

  2 Tabel LA. 3 Neraca Massa Pada Fermentor (R-01) Masuk Keluar (kg/jam) (kg/jam) Komponen

  Alur 5 Alur 6 Alur 10 C H O 4056,530 202,826

  6

  12

  6 N 368,500 11,055 357,445

  2 H S 10,885 10,885

  2 Abu 775,500 775,500

  NaHCO 13,750 13,750

3 Bakteri 55,000 55,000

  CH 1027,654

  4 CO 2826,049

  2 H O 11288,585 11288,585

  2 Subtotal 16568,750 3875,644 12693,106 Total 16568,750 16568,750 A.2.3 Kolom Absorpsi CO 2 (AB-01) Digunakan untuk menyerap CO (g) yang terkandung di dalam gas metana.

  2 Kondisi operasi : o

  Temperatur, T = 40 C = 313 K Tekanan, P = 1 bar = 1,085616 atm V = 3875,644 kg

  1 y = fraksi CO dalam gas

  1

  2

  = kg CO / Total kg gas

  y

  1

  2

  = 2826,049/3875,644 = 0,7292 = 3875,644 x (1-0,7292)

  V’ = 1049,594 kg

  CO terabsorpsi 99%

2 V = 1049,594 kg + (1% x 2826,049)

  2

  = 1077,855 kg

  1 2 2 0

  y =

  2

  10 = 0,026 x 2 = 0 (tidak ada CO pada liquid input)

  2 x

  2

  =

  X

  2 1  x

2 X = 0

  2 o

  Pada T = 40 C , P T = 1 bar Harga p (vapor Pressure ) ditentukan dengan persamaan Antoinne :

  B

  lnP = A ………………………………(from JM. Smith page 1 )

• T C 

  Senyawa A B C

  CO 15,3768 1956,25 -2,1117

2 Didapat harga p

  1956,25

• Ln P = 15,3768

  (40 273) (-2,1117)  

  = 2,207 bar

  P y* = mx

  …………………………………………( pers .2 Treybal)

  P 2,207

  = = = 2,207

  m PT

  1

  x max = y /m = 0,7292/2,207 = 0,330

  1

  1

  y y

  2

  1

  1

2 L

  V L

  V 1 1 y 1 1 y

  2

  1

  1

  2

  0 2 2 0 330 0 02 L L

  min

  10 min

  10 1 0 1 0 2 2 1 0 330 1 0 02 0 2 2 0 2 2 0 L min

  = 5668,505 kg L’ min L

  min

  ’ = 1, L’ = 1,5 x 8502,758 kg = 8502,758 kg

1 CO masuk =

  2 L 1-

  1

  1

  2 2 0 02

  1

  1 X = 0,249

  1 L

  02 L 1 11321,915 kg 1-0 2 1-

  1 L merupakan jumlah air dan CO yang terserap. Sehingga jumlah air yang diperlukan adalah:

  1

  2 Jumlah air, L = L terserap

  2 1 – CO

  2

  = 11321,915

• – (99 % x 2826,049) = 8524,126 kg

  Neraca Massa Total :

  6

  7

  8

9 F + F = F + F

  Neraca massa komponen: Alur 6

  = = 1027,654 kg/jam  CH

  4 F CH

  = = 2826,049 kg/jam  CO

  2

  2 F CO

  = = 11,055 kg/jam  N

  2 S = = 10,885 kg/jam

  2 F N

   H

  2 Alur 7

  2 F H S

   H O = = L = 8524,126 kg/jam

  2 F

  2 H O

  2 Alur 8

  = = = 1027,654 kg  CH

  4 F F CH CH

  = = 1% x  CO

  2

  2

  2 F F CO CO

  = 1% x 2826,049 = 0,283 kg/jam

  = = = 11,055 kg/jam  N

  2

  2 S = = = 10,885 kg/jam

  2 F F N N

   H

  2

  2 Alur 9

  2 F F H S H S

  Asumsi CO terabsorpsi 99%

  2

  = = 99% x  CO

  2

  2

  2 F F CO CO

  = 99% x 2826,049 = 2825,767 kg/jam

   H O = = = 8524,126 kg/jam

  2

  2 F F H O H O

  2 Tabel LA. 3 Neraca Massa Kolom Absorpsi CO (AB-01)

  

2

Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen Alur 6 Alur 7 Alur 8 Alur 9

  CH 1.027,654 1.027,654

  4 CO 2826,049 0,283 2825,767

  2 N 11,055 11,055

  2 H S 10,885 10,885

  2 H O 8524,126 8524,126

  2 Subtotal 3875,644 8524,1260 1049,876909 11349,893 Total 12399,76952 12399,76952 A.2.4 Kolom Absorpsi H

2 S (AB-02)

  Digunakan untuk menyerap H S (g) yang terkandung di dalam gas metana dengan

  2 menggunakan absorben air.

  Neraca Massa Total :

  8

  10

  11

12 F + F = F + F

  Neraca massa komponen: Alur 8  CH = = 1027,654 kg

  4 F CH

   CO = = 0,283 kg/jam

  2 F CO

  2

   N = = 11,055 kg/jam

  2 F N

  2

   H S = = 10,885 kg/jam

  2 F H S

2 Alur 10

   Fe = F Fe

  = 209,975 kg/jam

  2 S

  12

  = 80% x F

  H

  2 S

  = 8,708 kg/jam  Fe =

  F

  Fe

  12

  = F

  Fe

  10

  Tabel LA.4 Neraca Massa Kolom Absorpsi H

  F

  2 S (AB-02) Komponen

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

Alur 8 Alur 10 Alur 11 Alur 12

  CH

  4

  1.027,654 1.027,654

  CO

  2

  0,283 0,283

  N

  2

  11,055 11,055 H

  Fe 209,975 209,975 Subtotal 1049,877 209,975 1040,080 219,772

  Total 1259,852

  1259,852

  H

  2 S =

  10

  = 0,283 kg/jam  N

  = F x 20 % = 209,975 kg/jam

  Alur 11  CH

  4

  = F

  CH

  11

  = 1027,654 kg  CO

  2

  = F

  CO

  2

  11

  2

  = 2,177 kg/jam Alur 12  H

  = F

  N

  2

  11

  = 11,055 kg/jam  H

  2 S =

  F

  H

  2 S

  11

  = 20% x F

  H

  2 S

2 S 10,885 1,089 9,797

  6

  T : Temperatur senyawa,

  2

  N

  44,000 19,050 0,206 H

  2

  180,000 0,224 Abu 852,290 0,321 CO

  16,000 5,340 H

  12 O

  6 H

  C

  Tabel LB.1 Data karakteristik zat Komponen Berat Molekul Cp (kKal/kmol) Padat Cair Gas

  o C.

  o C.

  4

  : Temperatur referensi, 25

  o

  n : Mol senyawa, kmol. T

  p : Kapasitas panas, kkal/kmol.K.

  C

  (Van Ness, 1975) dengan : ΔT = T - T o Q : Panas sensibel yang dihasilkan/dikeluarkan, kkal.

  T Ti 2 K

  Q = n CpdT

  Basis perhitungan = 1 jam operasi Satuan operasi = kKal/jam Temperatur Basis = 25ºC Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:  Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas

  LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI

2 O 18,000 1,000 0,451

  28,000 0,224 0,243 CH

2 S 34,000 7,200

  NaHCO

  3

  84,009 84,9 Sumber : Perry, 1997

  Tabel LB.2 Panas Reaksi Pembentukan (kKal/kmol)

Komponen

ΔH o f(298)

  C

• 120,6 CO

  6 H

  

12

O

  6

• 94,05 CH

  

2

• 17,89

  

4

• – 94,05) + 120,6 = -215,22 kKal/kmol r

  6 H

  C H

  10 O

  C H

  10 O

  = 0.95 x 22,536/1 = 21,409 kmol/jam r

  ΔHr - 4607,745 kKal/kmol

  Tabel LB.3 Panas masuk ke dalam Fermentor untuk setiap komponen Komponen F5 (kg) N5 (kmol) ∫Cp dT (kkal/ kmol) ∑H= n∫Cp dT (kkal)

  C

  12 O

  N

  6

  4056,530 22,536 67,872 1529,582 N

  2

  368,500 13,161 1,120 14,740 H

  Abu 775,500 0,910 1,605 1,460 NaHCO

  3

  13,750 0,164 424,500 69,479 H O 11288,585 627,144 5,000 3135,718

  Steam

  T = 120,2 ^o C Kondensat

  in

  in

  B.1 Fermentor (R-01) C ^{6 H 12 O 6} N ² H ^{2 S} Abu

  (s) ↔ 3CH

  NaHCO ³ Bakteri H ^{2 O} T = 30 C

  6 N2 H2S CH4 CO2 T= 55 C C ^{6 H 12 O 6} N ² Abu NaHCO ³ Bakteri H ^{2 O} T= 55 C

  10

  5 Digunakan sebagai tempat berlangsungnya reaksi-reaksi pembentukan gas metana.

  Adapun kondisi reaktan pada alur 5 saat masuk ke dalam fermentor adalah T = 273 K T ref = 298 K Reaksi: C

  6 H

  12 O

  6

  4

  (s) ] = 3 (-17,89

  (g) + 3CO

  2

  (g) ΔHr [ 3.ΔHf° CH

  4 (g) 3.ΔHf° CO

  2

  (g) - ΔHf° C

  6 H

  10 O

  5

2 S 10,885 0,320 36,000 11,525

  4762,505 ΔH in Dianggap tidak ada panas masuk pada bakteri.

  Kondisi keluar : T = 313 K T ref = 298 K

  

Tabel LB.3 Panas keluar dari Fermentor untuk setiap komponen

∫Cp dT ∑H= n∫Cp dT Alur Komponen F (kg) N (kmol) (kkal/ kmol) (kkal)

  N 11,055 0,395 3,645 1,439

2 H S 10,885 0,320 108,000 34,576

  2

  6 CH 1027,654 64,228 80,100 5144,694

  4 CO 2826,049 64,228 3,083 197,984

  2 C H O 202,826 1,127 3,360 3,786

  6

  12

  6 N 357,445 12,766 3,360 42,893

  2

  10 Abu 775,500 0,910 1,605 1,460 NaHCO 13,750 0,164 1273,500 208,437

  3 H O 11288,585 627,144 15,000 9407,154

  2 15042,425 ΔHout=

  Panas yang diberikan steam, Qs : Qs =

  ΔHout - ΔH in = 15042,425 - 4762,505 = 10279,920 kkal

  o

  Sebagai media pemanas digunakan saturated steam dengan temperatur 120,2

  C. Dari tabel

  o

  steam, untuk saturated steam pada T = 120,2 C diperoleh data: = 504,7 kJ/kg = 120,626 kkal/kg

   Entalpi liquid jenuh, H

  L

   Entalpi uap jenuh, H = 2706,3 kJ/kg = 646,821 kkal/kg

  V

   = 2201,6 kJ/kg = 526,195 kkal/kg Panas laten λ

  a. Jumlah steam yang dibutuhkan :

  Q _s m 

   10279,920

  m 

  526,195 = 19,536 kg

  b. Panas yang dibawa oleh steam masuk (Q )

  s-in Q = m x H

  s-in

  V

  = 19,536 x 646,821 = 12636,509 kkal

  c. Panas yang dibawa oleh steam keluar (Q )

  s-out

  Q = m x H

  s-out L

  = 19,536 x 120,626 = 2356,589 kkal

  Tabel LB.4 Neraca Panas Fermentor (R-101) Masuk Keluar Komponen (kkal/jam) (kkal/jam)

  Umpan 4762,505 Produk 15042,425

  12636,509 2356,589

  Steam Total 17399,014 17399,014 B.2 Kolom Absorpsi (AB-01)

  7 Absorpsi CH ₄ H O ₂ CO ₂

  8 N ₂ H S ₂ T = 30 C CH ₄ CO ₂ N ₂

  

6

H S ₂ H ^{2 O}

  9 CO ² H ^{2 S} T = 30 C

  Digunakan untuk menyerap CO (g) yang terkandung di dalam gas metana.

  2

  a. Panas gas masuk kolom absorpsi T = 313 K T ref = 298 K

  Tabel LB.5 Panas masuk ke dalam kolom absorpsi untuk setiap komponen Komponen F6 (kg) N6 (kmol) ∫Cp dT (kkal/ kmol) ∑H= n∫Cp dT (kkal)

  CH

  4

  1027,654 64,228 80,100 5144,694 CO

  2

  2826,049 64,228 3,083 197,984 N

  2

  11,055 0,395 1,120 0,442 H

2 S 10,885 0,320 108,000 34,576

  ΔH in 12481,135

  b. Panas solvent (air) masuk kolom absorpsi T = 303 K T ref = 308,5 K

  Tabel LB.6 Panas solvent masuk ke dalam kolom absorpsi Komponen F7 (kg) N7 (kmol) ∫Cp dT (kkal/ kmol) ∑H= n∫Cp dT (kkal)

  H

2 O 8524,126 473,563 5,000 4833,134

  9 CO

  2

  c. Panas keluar kolom absorpsi T = 303 K T ref = 298 K

  Total 10211,8274 10211,8274

  Air 4833,134

  Umpan 5378,6933 Produk 10211,8274

  2 S 10,885 0,320149 36,000 11,525 ΔH out 10211,827 Tabel LB.8 Neraca Panas Kolom Absorpsi (AB-01) Komponen Masuk (kkal/jam) Keluar (kkal/jam)

  11,055 0,395 1,120 0,442 H

  0,283 0,006 1,028 0,007 N

  Tabel LB.7 Panas keluar kolom absorpsi untuk setiap komponen Alur Komponen F (kg) N (kmol) ∫Cp dT (kkal/ kmol) ∑H= n∫Cp dT (kkal)

  2

  1027,654 64,228 26,700 1714,898 CO

  4

  8 CH

  2 O 8524,126 473,563 5,000 2367,813

  2825,767 64,222 95,250 6117,142 H

  2

  PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN C.1. Gudang Kotoran Ayam (GD-01)

  Fungsi : Tempat penyimpanan kotoran ayam Bentuk : Segi empat beraturan Bahan konstruksi : Beton kedap air Kondisi penyimpanan: Temperatur = 30 C Tekanan = 1 atm Kebutuhan perancangan = 1 hari

  3 Densitas kotoran ayam ρ = 1034,4626 kg/m

  Laju alir massa = 13.200 kg/hari

  13.200 kg

  Laju alir volumetrik =

  3 103 2 kg/m

  3

  = 127,602 m /hari Perhitungan ukuran bangunan: Faktor kelonggaran = 20% (Perry dan Green, 1999)

  3 Volume gudang = (1+0,2) x 127,602 m /hari

  

3

  = 153,123 m

  kg 13.200 1 hari hari

  Volume kotoran ayam, V1 =

  

3

103 2 kg/m

  

3

  = 127,602 m Ukuran gudang : Panjang gudang (p) = 2 x lebar gudang(l), maka p = 2l Tinggi gudang (t) = ½ x lebar gudang (l) maka t = ½ l Maka : Volume gudang (V) = p x l x t

  3

  167,043 m = 2l x l x ½ l l = 5,35 m Dengan demikian : Panjang gudang (p) = 10,7 m Tinggi gudang (t) = 2,7 m Lebar gudang (l) = 5,35 m

  C.2. Conveyor (C-01)

  Fungsi : Mengangkut kotoran ayam dari gudang ke bucket elevator yang selanjutnya masuk kedalam tangki netralisasi Jenis : Flatt on continuous flow Bahan kontruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Tekanan = 1 atm
• Temperatur = 30 C - Laju alir massa = 6500 kg/jam = 1,528 kg/s

  Untuk belt conveyor kapasitas < 10 ton/jam, spesifikasi (Perry & Green, 1999):

• Tinggi conveyor = 25 ft = 7,62 m
• Ukuran conveyor = (6 x 4 x 4¼) in
• Jarak antar conveyor = 12 in = 0,305 m
• Kecepatan conveyor = 225 ft/mnt = 1,143 m/s
• Kecepatan putaran = 43 rpm
• Lebar belt = 7 in = 0,1778 m =17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

  0,63

  P = 0,07m ∆Z (Peters et.al., 2004) dimana:

  P = daya (hp) m = laju alir massa (kg/s) ∆Z = tinggi elevator (m) Maka :

  0,63

  P = 0,07 x 1,528 x 7,62 m = 0,70 HP Maka dipilih conveyor dengan daya = 1 HP

  C.3. Bucket Elevator (BE-01)

  Fungsi : Mengangkut kotoran ayam dari conveyor ke bucket yang selanjutnya masuk kedalam tangki

   elevator

  netralisasi Jenis : Flatt on continuous flow Bahan kontruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit Laju bahan yang diangkut : 5500 kg/jam Faktor keamanan : 20 % Kapasitas = 5500 kg/jam x (1 + 0,2)

  = 6600 kg/jam Dari tabel 21.8 Perry 1997, karena kapasitas lebih kecil 14 ton/jam, maka bucket elevator dipilih dengan spesifikasi :

  Ukuran bucket = (6 x 4 x 4 ½) in - Jarak tiap bucket = 12 in - Elevator center = 25 ft - Kecepatan putar = 43 rpm - Kecepatan bucket = 225 ft/menit - Daya head shaft = 1 Hp - Diameter tail shaft = 1 11/16 in - Diameter head shaft = 1 15/16 in - Pully tail = 14 in - Pully tail = 20 in - Lebar head = 7 in -

• Effesiensi motor = 80%

  Daya tambahan = 0,02 Hp/ft - Daya, P = (Elevator center x daya tambahan) + daya head shaft ............(Perry, 1997)

  = 25 x (0,02) + 1 = 1,5 Hp

  C.4 Tangki Penyimpanan Bakteri (TK-01)

  Fungsi : Untuk menyimpan bakteri fermentasi sebelum ditransfer ke tangki netralisasi Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar

  Bahan konstruksi : Plate steel SA-167, tipe 304 Kondisi penyimpanan :

  o

  Temperatur = 30 C Tekanan = 1 atm Kebutuhan perancangan = 30 hari Laju alir massa = 1320 kg/hari

  3 Densitas = 2532 kg/m 1320 kg/hari

  Laju alir volumetrik, Q =

  3 23 2 kg/m

  3

  = 0,521 m /hari Faktor kelonggaran = 20 % Ukuran tangki :

3 Volume bahan = 30 hari x 0,521 m /hari

  3

  = 15,640 m

3 Volume tangki = (1 + 0,2) x 15,640 m

  3

  = 18,768 m Direncanakan perbandingan tinggi silinder tangki dengan diameter tangki, Hs : Dt = 3 : 2.

  1

2 V D H

  1

  3

  2

  3

  1 m D D

  2

  3

  3

  3

  1 m D Dt = 2,517 m

3 Hs 2 1 m

  2 = 3,775 m olume bahan Tinggi bakteri dalam tangki tinggi silinder olume tangki

  3 1 0 m

  =

  3 3 m 1 m

  = 3,146 m Tekanan desain: Tekanan hidrostatik, P

  ρ g tinggi bakteri dalan tangki

  3

  2

  = 2352 kg/m x 9,8 m/det x 3,146 m

  = 78057,936 Pa = 78,057 kPa

  Tekanan desain, Pdesain = (1 + 0,2) x (78,057 kPa) = 215,260 kPa = 2,124 atm = 31,221 Psia

  Tebal dinding tangki : Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304. Dari Brownell & Young, Item 4, Appendix D, diperoleh data:

• Allowble working stress (S) = 18.750 Psia - Effesiensi sambungan (E) = 0,8
• Umur alat = 10 tahun Tebal dinding silinder tangki:

  Faktor korosi 1/ in …………………..(Timmerhaus 1 0)

  PD t CA

2 SE 1 2 P

  31 221 Psia 22 12

  1

  t = in 10 tahun

  2 1 . 0 Psia 0 - (1 2 31 221 Psia)

  t = 1,536 in tebal standar yang digunakan adalah 2 in.

  C.5. Screw Conveyor (C-01)

  Fungsi : Mengangkut bakteri dari gudang ke bulk Elevator yang selanjutnya masuk kedalam tangki netralisasi Jenis : Flatt on continuous flow Bahan kontruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Tekanan = 1 atm
• Temperatur = 30 C - Laju alir massa = 55 kg/jam = 0,015 kg/s

  Untuk belt conveyor kapasitas < 10 ton/jam, spesifikasi (Perry & Green, 1999):

• Tinggi conveyor = 25 ft = 7,62 m
• Ukuran conveyor = (6 x 4 x 4¼) in
• Jarak antar conveyor = 12 in = 0,305 m
• Kecepatan conveyor = 225 ft/mnt = 1,143 m/s
• Kecepatan putaran = 43 rpm
• Lebar belt = 7 in = 0,1778 m =17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

  0,63

  P = 0,07m ∆Z (Peters et.al., 2004) dimana:

  P = daya (hp) m = laju alir massa (kg/s) ∆Z = tinggi elevator (m) Maka :

  0,63

  P = 0,07 x 0,015 x 7,62 m = 0,038 HP Maka dipilih conveyor dengan daya = 0,25 HP

  C.6. Tangki Penyimpanan NaHCO 3 (TK-02)

  Fungsi : Untuk menyimpan NaHCO sebelum ditransfer ke

  3

  tangki Netralisasi Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup datar Bahan konstruksi : Plate steel SA-167, tipe 304 Kondisi penyimpanan :

  o

  Temperatur = 30 C Tekanan = 1 atm Kebutuhan perancangan = 30 hari Laju alir massa = 330 kg/hari

  3 Densitas = 2200 kg/m 330 kg/hari

  Laju alir volumetrik, Q =

  

3

2200 kg/m

  

3

  = 0,150 m /hari Faktor kelonggaran = 20 % Ukuran tangki :

3 Volume bahan = 30 hari x 0,150 m /hari

  3

  = 4,500 m

3 Volume tangki = (1 + 0,2) x 4,500 m

  3

  = 5,400 m Direncanakan perbandingan tinggi silinder tangki dengan diameter tangki, Hs : Dt = 3 : 2.

  1

2 V D H

  1

  3

  2

  3

  00 m D D

  2

  3

  3

  3

  00 m D Dt = 1,66 m

3 Hs 1 m

  2 = 2,50 m olume bahan Tinggi NaHCO dalam tangki tinggi silinder

  3

  olume tangki

  3 00 m

  3 00 m

  = 2 0 m

  = 2,08 m Tekanan desain: Tekanan hidrostatik, P dalan tangki

  ρ g tinggi NaHCO

  3

  3

  2

  = 2200 kg/m x 9,8 m/det x 2,08 m = 44775,081 Pa = 44,775 kPa

  Tekanan desain, Pdesain = (1 + 0,2) x (44,775 kPa) = 175,320 kPa = 1,730 atm = 25,428 Psia

  Tebal dinding tangki : Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304. Dari Brownell & Young, Item 4, Appendix D, diperoleh data:

• Allowble working stress (S) = 18.750 Psia - Effesiensi sambungan (E) = 0,8

  Faktor korosi 1/ in …………………..(Timmerhaus 1 0)

• Umur alat = 10 tahun Tebal dinding silinder tangki:

  PD t CA

2 SE 1 2 P

  2 2 Psia 22 12

  1

  t = in 10 tahun

  2 1 . 0 Psia 0 - (1 2 2 2 Psia)

  t = 1,483 in tebal standar yang digunakan adalah 2 in.

  C.7. Screw Conveyor (C-02)

  Fungsi : Mengangkut NaHCO dari gudang ke bulk Elevator yang

  3

  selanjutnya masuk kedalam tangki netralisasi Jenis : Flatt on continuous flow Bahan kontruksi : Carbon Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

• Tekanan = 1 atm
• Temperatur = 30 C - Laju alir massa = 13,75 kg/jam = 0,0038 kg/s

  Untuk belt conveyor kapasitas < 10 ton/jam, spesifikasi (Perry & Green, 1999):

• Tinggi conveyor = 25 ft = 7,62 m
• Ukuran conveyor = (6 x 4 x 4¼) in
• Jarak antar conveyor = 12 in = 0,305 m
• Kecepatan conveyor = 225 ft/mnt = 1,143 m/s
• Kecepatan putaran = 43 rpm
• Lebar belt = 7 in = 0,1778 m =17,78 cm Perhitungan daya yang dibutuhkan (P):

  0,63

  P = 0,07m ∆Z (Peters et.al., 2004) dimana:

  P = daya (hp) m = laju alir massa (kg/s) ∆Z = tinggi elevator (m) Maka :

  0,63

  P = 0,07 x 0,0038 x 7,62 m = 0,016 HP Maka dipilih conveyor dengan daya = 0,25 HP

  C.8. Tangki Netralisasi (TK-03)

  Fungsi : Melarutkan bakteri dan NaHCO3 dalam kotoran ayam Tipe : Tangki berpengaduk Bentuk : Tangki silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan : Commercial steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

  o

  Temperatur = 30 C Tekanan = 1 atm Laju alir massa = 16568,750 kg/jam

3 Densitas campuran = 1017,521 kg/m

  = 0,824 cP = 0,000824 Viskositas μ

  1 0 kg/jam

  Laju alir volumetrik, Q =

  3 101 21 kg/m

  3

  = 16,283 m /jam Faktor kelonggaran = 20 % Kebutuhan perancangan = 1 jam Ukuran tangki :

3 Volume bahan = 1 x 16,283 m /jam

  3

  = 16,283 m

3 Volume tangki = (1 + 0,2) x 16,283 m

  3

  = 19,540 m Direncanakan perbandingan tinggi silinder tangki dengan diameter tangki, Hs : Dt = 3 : 2.

  1

  2 Vs D H

  1

  3

  2 Vs D D

  2

  3

3 Vs D

  Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio 1 : 1, sehingga:

2 Volume tutup (Vh) ellipsoidal x Hh

  / Dt

  2

  x 1/6 Dt / Dt

  3

  /2 Dt Vt = Vs + Vh

  3

  3 Vt = 3/8

  Dt /2 Dt

  3 Vt 10 /2 Dt

  Dt = 2,463 m Tinggi silinder (Hs) = 3/2 Dt = 3,694 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/6 Dt = 0,410 m Tinggi tangki (HT) = Hs + Hh = 3,694 m + 0,410 m = 4,104 m olume bahan Tinggi bahan dalam tangki tinggi tangki olume tangki

  

3

1 2 3 m

  

3

1 0 m

  = 10 m

  = 3,420 m Tekanan desain: Tekanan hidrostatik, P

  ρ g tinggi bahan dalam tangki

  3

  2

  = 1017,521 kg/m x 9,8 m/det x 3,420 m = 34106,730 Pa = 34,106 kPa

  Tekanan desain, Pdesain = (1 + 0,2) x (34,106 kPa) = 162,518 kPa = 1,604 atm = 23,571 Psia

  Tebal dinding tangki : Direncanakan menggunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, tipe 304. Dari Brownell & Young, Item 4, Appendix D, diperoleh data:

• Allowble working stress (S) = 18.750 Psia - Effesiensi sambungan (E) = 0,8
• Umur alat = 10 tahun Tebal dinding silinder tangki:

  Faktor korosi 1/ in …………………..(Timmerhaus 1 0)

  PD t CA

2 SE 1 2 P

  23 1 Psia 22 12

  1

  t = in 10 tahun

  2 1 . 0 Psia 0 - (1 2 23 1 Psia)

  t = 1,466 in Tebal standar yang digunakan adalah 1,5 in. Perancangan sistem pengaduk: Jenis : flat 6 blade turbin impeller

  : 4 buah

  Baffle

  Kecepatan putaran (N) : 0,5 rps (Geankoplis, 1997) Efisiensi motor : 80% Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut: (Mc Cabe, 1994) Da : Dt = 1 : 3 J : Dt = 1 : 12 W : Da = 1 : 5 L : Da = 1 : 4 E : Da = 1 : 1 Jadi:  Diameter impeller (Da) = 1/3 Dt = 0,821 m  Lebar baffle (J) = 1/12 Dt = 0,205 m  Lebar daun impeller = 1/5 Da = 0,164 m  Panjang daun impeller = ¼ Da = 0,205 m  Tinggi pengaduk dari dasar (E) = Da = 0,821 m Daya untuk pengaduk:

2 N Da ρ

  Bilangan Reynold (NRe)

  μ

  = = 416054,121

  Dari gambar 3.4-5 (Geankoplis, 1997) diperoleh Np = 3

  5

  (Mc Cabe, 1994) P Np ρ N Da

  5

  = 3 x 1017,521 x 0,5 rps x 0,821 m

  = 142,228 watt = 0,191 HP Efisiensi motor : 80% Daya motor = 0,191 HP/80 % = 0,238 HP Maka digunakan daya 0,25 HP.

  C.9. Pompa Fermentor (P-01)

  Fungsi : Memompa bahan dari Tangki Netralisasi (TK-01) menuju fermentor Bentuk : Pompa sentrifugal Bahan konstruksi : Commercial steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi:

  o

  Temperatur = 30 C Tekanan = 1 atm Laju alir massa = 16568,750 kg/jam = 10,147 lbm/s

  3

  3 Densitas = 1017,521 kg/m = 63,522 lbm/ft

  = 0,824 cP = 0,001 lbm/ft.s Viskositas μ

  10 1 lbm/s

  Laju alir volumetrik, Q =

  3 22 lbm/ft

  3

  = 0,160 ft /s Faktor kelonggaran = 20 % Perencanaan diameter pipa pompa: Untuk aliran turbulen (Nre >2100),

  0,45 0,13

  De = 3,9 × Q (Walas, 1988) × ρ

  Untuk aliran laminar,

  0,36 0,18

  De = 3,0 × Q (Walas, 1988) × μ dengan :

  D = diameter optimum (in)

  3

  ) ρ densitas (lbm/ft

3 Q = laju volumetrik (ft /s)

  μ iskositas (cP

  Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa :

  0,45 0,13

  Di,opt = 3,9 (Q) (ρ)

  0,45 0,13

  = 3,9 x 0,160 x 65,522 = 2,931 in

  Dari Appendiks A.5 Geankoplis,1997, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 3 in

  : 40

  Schedule number

  Diameter Dalam (ID) : 3,068 in = 0,256 ft Diameter Luar (OD) : 3,500 in = 0,292 ft

2 Inside sectional area : 0,0513 ft

  Kecepatan linear, v = Q/A

  3

  2

  = 0,160 ft /s / 0,0513 ft = 3,114 ft/s

  ρ ID

  Bilangan Reynold : NRe =

  μ 3 22 3 11 0 2

  =

  0 001

  = 91326,961 (turbulen) Untuk pipa commercial steel dengan D = 3 in, (fig 2.10-

  3 Geankoplis 1 ) diperoleh harga ε

• 5

• -5

  10 ; pada NRe = 91326,961 dan .

  ε/D 1,533 x10

  ε

• 5

  Kekerasan Relatif = = = 1,499 x 10

  ID

  Dari (fig 2.10-3 geankoplis, 1983) diperoleh f = 0,012

  Kehilangan karena gesekan (friction loss): A2

  V2

  1 sharp edge entrance (hi) = 0,55 1-

  A1 2gc

  2 0 2

  = 0,55 1-0

  2 32 1 1

  = 4,116 ft 3 elbow 90 C (hf) = n . kf.

  = 7,670 ft 1 check valve (hf) = n . kf.

  = 2,557 ft Pipa lurus 30 ft (Ft) = 30 ft

  A2

  V2

  1 sharp edge exit (he) = 1-

  A1 2gc

  = 16,451 ft

  Total friction loss (Σf)

  Total friction loss (Σf) = L1 + L2 + L3 + L4+ L5

  = 4,116 ft + 7,670 ft + 2,557 ft + 30ft + 16,451 ft = 60,794 ft Faktor gesekan,

  2

  2 f 0 012 3 11 L

  F 0,430

  2 g

  ID 2 32 1 3 0 c

  Efisiensi pompa η = 80 %

  1 P P -

  2

  1

  2

  2

  2

  1

  g

  2

  1 2 ρ

• Wf

  Wf = 0,4 ft.lbf/lbm

  m Wf

  Daya pompa : Ws

  = 0,5 hp Maka digunakan daya standart 0,5 hp.

  C.10. Fermentor (R-01)

  Fungsi : Tempat terjadinya fermentasi kotoran ayam dengan bantuan bakteri dan NaHCO sebagai penetral pH

3 Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal

  Bahan konstruksi : Plate steel SA-167, tipe 304 Jumlah : 6 unit Kondisi operasi:

  o

  Temperatur = 40 C Tekanan = 1 atm Laju alir massa = 397650 kg/hari

3 Densitas campuran = 1017,521 kg/m

  = 0,824 cP = 0,000824 Viskositas μ

  3 0 kg/hari

  Laju alir volumetrik, Q =

  3 101 21 kg/m

  3

  = 390,803 m /hari Faktor kelonggaran = 20 % Kebutuhan perancangan = 1 hari Ukuran tangki :

3 Volume bahan = 1 x 390,803 m /hari

  3

  = 390,803 m

3 Volume tangki = (1 + 0,2) x 390,803 m

  3

  = 468,963 m Direncanakan perbandingan tinggi silinder tangki dengan diameter tangki, Hs : Dt = 3 : 2.

  1

  2 Vs D H

  1

  3

  2 Vs D D

  2

  3

3 Vs D

  Tutup tangki berbentuk ellipsoidal dengan rasio 1 : 1, sehingga:

2 Volume tutup (Vh) ellipsoidal x Hh

  / Dt

  2

  x 1/6 Dt / Dt

  3

  /12 x Dt Vt = Vs + Vh

  3

  3 Vt 3/ Dt /12 Dt

  3 Vt = 11

  /2 Dt Dt = 6,881 m Tinggi silinder (Hs) = 3/2 Dt = 10,322 m Tinggi tutup ellipsoidal (Hh) = 1/3 Dt = 2,294 m Tinggi tangki (HT) = Hs + Hh = 10,322 m + 2,294 m = 12,616 m olume bahan Tinggi bahan dalam tangki tinggi tangki olume tangki

  3 3 0 03 m

  =

  

3 10 322 m

3 m

  = 9,557 m Tekanan desain: Tekanan hidrostatik, P

  ρ g tinggi bahan dalam tangki

  3

  2

  = 1017,521 kg/m x 9,8 m/det x 9,557 m

  = 95304,397 Pa = 95,3043 kPa

  Tekanan desain, Pdesain = (1 + 0,2) x (95,3043 kPa) = 114,365 kPa = 1,129 atm = 16,587 Psia