Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Selulosa Asetat dari Kulit Buah Kakao Kapasitas 1.000 Ton/Tahun

  

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

  Kapasitas Produk : 1000 ton/tahun Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kg/jam Waktu kerja per tahun : 330 hari Kemurnian produk : 96 % Dengan melakukan perhitungan mundur sehingga didapat kapasitas bahan baku : 203.5978319 kg/jam. Rumus molekul dan berat molekul komponen yang terlibat serta komposisi kandungan utama kulit buah kakao dapat dilihat pada Tabel A.1 dan A.2. Tabel LA.1 Kandungan Kimia Dalam Kulit Buah Kakao

  No. Komponen Kandungan (%)

  1. Selulosa

  45

  2. Lignin

  15

  3. Pektin 9,6

  4. Air 30,4 Sumber : Hutomo, G.S, 2012

  Tabel LA.2 Rumus Molekul dan Berat Molekul Komponen

  Nama Rumus Molekul BeratMolekul(kg/kmol)

  Selulosa C H O (OH) 162

  6

  7

  2

  3 Selulosa C H O ((OCOCH ) ) 288

  6

  7

  2

  

3

  3

  triasetat Selulosa asetat C

  6 H

  7 O

  2 OH((OCOCH 3 ) 2 ) 246

  Asetat anhidrat (CH CO) O 102

  3

  2 Asam asetat CH COOH

  60

  3 Air H O

  18

  2 Asam sulfat H

  2 SO

  4

  98 Sumber : Wikipedia, 2013 Pada perhitungan neraca massa total berlaku hukum konservasi (Reklaitis, 1983).

  Untuk sistem tanpa reaksi =

  Neraca massa total :

  = =

  Neraca massa komponen : =

  = =

  = Untuk sistem dengan reaksi :

• =1

  ∑

  LA.1 TANGKIEKSTRAKSI ( T – 103 )

  Fungsi : Untuk mengekstraksi lignin dari kulit buah kakao dan tahap awal untuk proses bleaching

  H ^{2 O} NaOH ₂₇ H ^{2 O} _{2 1}

  3 Selulosa Selulosa Lignin

  Lignin Pektin Pektin H ^{2 O} H ^{2 O} NaOH

  T-(103)

  Neraca Massa Total :

  1

  2

  27

  3

• = Neraca Massa Komponen : Alur 1

  1

  = 205,8586 /

  45

  1 F = × 205,8586 kg/jam = 92,6364 kg/jam selulosa

  100

  15

  1 F = × 205,8586 kg/jam = 30,8788 kg/jam lignin

  100 9,6

  1 F = × 20,8586 kg/jam = 19,7624 kg/jam pektin

  100

  30.4

  1 F = × 205,8586 kg/jam = 62,5810 kg/jam H O ₂

  100 Alur 2 Untuk tahap ekstraksi, larutan NaOH 10% yang diperlukan adalah 10% dari jumlah bahan baku kulit buah kakao.

  10

2 F = × 205.8586 kg/jam = 20.5859 kg/jam

  100

  15

  2 F = × 20.35978319 kg/jam = 3.08788 kg/jam NaOH

  100

  2 F = ( 20.35978319 H O − 3.053967479 )kg/jam = 17.4980 kg/jam ₂ Konsistensi air yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10%.

  143,2776 kg/jam × 100% = − 143,2776kg/jam 10 %

  3 F = 1289,4983 kg/jam H O ₂ Alur 27

  27 F = (1289,4983 H O − 62.5810 − 17.4980)kg/jam ₂

  = 1209.4193 kg/jam Alur 3

  3 F = 92.6364 kg/jam selulosa

  3 F = 30.8788 kg/jam lignin

  3 F = 19.7624 kg/jam pektin

  3 F = 1289.4983 kg/jam H ^{2 O}

  3 F = 3.0879 kg/jam NaOH

  3 F = 1435.8638 kg/jam total

  Tabel LA.3 Neraca Massa pada Tangki Ekstraksi (kg/jam)

  Keluar Masuk (kg/jam) Komponen (kg/jam) Alur 1 Alur 2 Alur 27 Alur 3

• Selulosa 92.6364 92.6364
• Lignin 30.8788 30.8788 Pektin
• 19.7624 19.7624 H O 62.581 17.4980 1209.4193 1289.4983

  2

• NaOH 3.0879 3.0879 - Sub total 205.8586 20.5859 1209.4193 1435.8638

  

Total 1435.8638 1435.8638

  LA. 2 ROTARY WASHER I (kg/jam) (RW 1 -101)

  Fungsi : Untuk memisahkan lignin yang tereduksi pada tangki ekstraksi dan komponen pengekstrak yang terlarut dalam air dari pulp

  Selulosa Lignin Pektin Selulosa H

^{2 O Lignin}

NaOH Pektin ₃ H ^{2 O} NaOH ₄ H ₂₅ ^{2 O}

  5 RW-1 -101 Selulosa Lignin

  Pektin H O ₂ Neraca Massa Total :

  3

  25

  4

  5

• = Neraca Massa Komponen : Alur 25 Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)

  3

  25

  = 2,5 × F = 2,5 × 1435.8638kg/jam = 3589.6594kg/jam

  H O total ₂ Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang

  masuk ke dalam washer

  5 F = 0,02 × (1289.4983 + 3589.6594)kg/jam H O ₂

  = 97.5831 kg/jam Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)

  5 F = 0.98 × 92.6364 kg/jam = 90.7836 kg/jam selulosa

  Sebanyak 61,53% lignin mampu tereduksi pada tangki ekstraksi yang akan terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer 61,53

  4 F = × 30.8788 = 18.9997 kg/jam lignin

  100 Alur 4

  4 F = ( 92.6364 selulosa − 90.7836) kg/jam = 1.8527 kg/jam

  4 F = 18.9997 kg/jam lignin

  4 F = ( 1289.4983 + 3589.6594 H O − 97.5831) ₂

  = 4781.5746 kg/jam 61,53

  4 F = × 19.7624 = 12.1598 kg/jam pektin

  100

  4 F = 3.0879 kg/jam NaOH

  4 F = 4817.6747 kg/jam total

  Alur 5

  5 F = 90,7836 kg/jam selulosa

5 F = 30,8788

  − 18,9997 = 11,8791 kg/jam

  lignin

  5 F = 19,7624 pektin − 12,1598 = 11,8791 kg/jam

  2

  5 F = x(1289,4983 + 3589,6594 = 97,5831 kg/jam H ^{2 O}

  100

  5 F = 207,8485 kg/jam total

  Tabel LA.4 Neraca Massa Pada Rotary Washer I (RW-101)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen Alur 3 Alur 25 Alur 4 Alur 5

  Selulosa - 92,6364 1,8527 90,7836

• Lignin 30,8788 18,9997 11,8791 Pektin 19,7624 12,1598 7,6026 - H

2 O 1289,4983 3589,6594 4781,5746 97,5831

• NaOH 0,0879
• 3.0879 Sub total 1425,8638 3589,6594 4817.6747 207,8485

  Total 5025,5232 5025,5232

  LA. 3 TANGKI BLEACHING ( T – 104 ) Fungsi :

  Untuk memisahkan lignin yang tersisa dan memberi warna putih padapulp yang dihasilkan

  Selulosa Lignin ₅ Pektin H ^{2 O} H ^{2 O} ₆ Selulosa NaOCl Lignin ₇ Pektin H O ₂ H ^{2 O 28 NaOCl}

  

T – 102

  Neraca Massa Total :

  5

  6

  28

  7

• = Neraca Massa Komponen : Alur 6 Untuk tahap bleaching, larutan NaOCl 1% yang diperlukan adalah 5% dari jumlah pulp yang masuk ke dalam tangki bleaching.

  5

  6

  = × 207.8485 / = 10.2885 kg/jam

  100

  1

  6 F = × 10.2885 kg/jam = 0.1039 kg/jam NaOCl

  100

  6 F = (10.2885 H O − 0.1039)kg/jam = 10.3924 kg/jam ₂ Konsistensi pulp yang diperlukan pada tahap ekstraksi adalah 10%.

  110.2653 / × 100%

  = − 110.2653 / 10 %

  7 F = 992.3879 kg/jam H O ₂ Alur 28

  6 F = (992.3879 H O − 97.5832 − 10.3924)kg/jam ₂

  = 884.5162kg/jam total

  = 0.1039 kg/jam F

  H ₂ O

  Komponen

Masuk (g/jam)

Keluar(kg/jam

  = 1102.7571 kg/jam Tabel LA.5 Neraca Massa pada Tangki Bleaching (kg/jam)

  7

  Alur 7 F

  7

  NaOCl

  = 992.3879 kg/jam F

  7

  = 7.6026 kg/jam F

  Selulosa 90,7836 - - 90,7836 Lignin 11,8791 - - 11,8791 Pektin 7,6026 - - 7,6026 H

  7

  pektin

  = 11.8791 kg/jam F

  7

  lignin

  = 90.7836 kg/jam F

  7

  selulosa

  ) Alur 5 Alur 6 Alur 28 Alur 7

2 O 97,5832 10,2885 884,5162 992,3879

  NaOCl - 0,1039 - 0,1039 Sub total 207,8485 10,3924 884,5162 1102,7571

  Total 1102,7571 1102,7571 LA. 4 ROTARY WASHER II (kg/jam) (RW-102) Fungsi : Untuk memisahkan NaOCl dan lignin yang tereduksi pada tangki

   Bleaching

  Neraca Massa Total :

  7

  =

  8

  H ^{2 O} NaOCl H ^{2 O}

  Selulosa Lignin Pektin H ^{2 O} NaOCl

  Selulosa Lignin Pektin H ^{2 O} RW -102 ^{8 9}

• 26
• 9
^{26 7} Selulosa Lignin Pektin Neraca Massa Komponen : Alur 26 Perbandingan air pencuci dengan bahan yang masuk ke dalam washer adalah 2,5 : 1 (Perry, 1997)

  H ^{2 O}

  9

  9

  = 10.3785 kg/jam F

  pektin

  9

  = 6.6422 kg/jam F

  H ^{2 O}

  9

  = (992.3879 + 2756.8928 − 74.9856)

  = 3674.2951 kg/jam F

  NaOCl

  = 0.1039 kg/jam F

  = 1.8157 kg/jam F

  total

  9

  = 3693.2355 kg/jam Alur 8 F

  selulosa

  8

  = 88.9680 kg/jam F

  lignin

  8

  = ( 11.8791 - 10.3785) kg/jam = 1.5006 kg/jam F

  pektin

  8

  lignin

  = (90.7836 − 88.9680) kg/jam

  26

  8

  = 2,5 × F

  total

  7

  = 2,5 × 1102,7571kg/jam = 2756.8928 /

  Air yang terkandung di dalam pulp keluaran washer adalah 2% dari total air yang masuk ke dalam washer F

  H ₂ O

  8

  = 0,02 × (1102,7571 + 2756.8928) kg/jam = 74.9856 kg/jam Efisiensi dari pencucian adalah 98% (Kirk & Othmer, 1978)

  F

  selulosa

  = 0.98 × 90.7836 kg/jam = 88.9680 kg/jam Sebanyak 87,368% lignin mampu tereduksi pada tangki bleaching yang akan terpisah dari pulp pada saat dicuci pada unit washer F

  9

  lignin

  9

  = 87,368

  100 × 11.8791 = 10.3785 kg/jam

  F

  pektin

  9

  = 87,368

  100 × 7.6026 = 6.6422 kg/jam

  Alur 9 F

  selulosa

  = (7.6026 − 6.6422) kg/jam

  = 0.9604 kg/jam

  8 F = 74.9856 kg/jam H ^{2 O}

  8 F = 166.4145 kg/jam total

  Tabel LA.6 Neraca Massa pada Rotary Washer II (kg/jam)

  Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Komponen Alur7 Alur 26 Alur9 Alu8

• Selulosa 90,7836 1,8157 88,9680 Lignin - 11,8791 10,3785 1,5006
• Pektin 7,6026 6,6422 0,9604 H2O 992,3879 2756,8928 3674,2951 74,9856 N
• 0,1039 0,1039 Sub total 1102,7571 2756,8928 3693,2355 166,4145

  Total 3859,6500 3859,6500 LA. 5 ROTARY DRYER (RD – 101) Fungsi :

  Untuk mengeringkan pulp

  Selulosa Selulosa Lignin

  Lignin Pektin _{8 11} Pektin H ^{2 O} ₁₀ H ^{2 O} H O ₂ Neraca Massa Total :

  8

  

10

  11

• = Neraca Massa Komponen : Alur 10

  Rotary dryer

  dapat menghilangkan air sebanyak 90% dari total air yang masuk (Perry, 1997)

  90

  10 F = × 74.9856 = 67.4871 kg/jam H O ₂

  100 Alur 11

  11 F = 88.9680 kg/jam selulosa

  11 F = 1.5006 kg/jam lignin

  11 F = 0.9604 kg/jam pektin

  11 F = (74.9856 H O − 67.4871) kg/jam ₂

  = 7.4986 kg/jam

  11 F = 98.9275 kg/jam total

  Tabel LA.7 Neraca Massa pada Rotary Dryer I (kg/jam)

  Masuk (kg/jam) Keluar(kg/jam) Komponen Alur8 Alur10 Alur11

• Selulosa 88,9680 88,9680 Lignin 1,5006 1,5006 -
• Pektin 0,9604 0,9604 H

2 O 74,9856 67,4871 7,4986

  Sub total 166,4145 67,4871 98,9275

  Total 166,4145 166,4145 LA.6 TANGKI AKTIVASI ( T – 205 )

  Fungsi :Untuk mengaktivasi gugus karbonil selulosa dalam proses pretreatment pada reaksi asetilasi.

  Selulosa Lignin ₁₁ Pektin CH COOH ₃ H ^{2 O} Selulosa Lignin

  CH ^{3 COOH} _{12 13 Pektin} H ^{2 O} CH ^{3 COOH} H ^{2 O}

T-205

  Neraca Massa Total :

  11

  

12

  13

• = Neraca Massa Komponen : Alur 12 Asam asetat 98% yang diperlukan untuk unit pretreatment adalah sebanyak 35% dari laju umpan selulosa (Yamashita et al, 1986)

  35

  12 F = × 88,9680 kg/jam = 31,1388 kg/jam total

  100

  98

  12 F = × 31,1388 kg/jam = 30,5160 kg/jam CH COOH ₃

  100

  12 F = (31,1388

  − 30,5160)kg/jam = 0,6228 kg/jam

  H ^{2 O}

  Alur 13

  13 F = 88,9680 kg/jam selulosa

  13 F = 1,5006 kg/jam lignin

  13 F = 0,9604 kg/jam pektin

  13 F = (7,4986

  − 0,6228)kg/jam

  H ^{2 O}

  = 8,1213 kg/jam

  13 F = 30,5160 kg/jam CH COOH ₃

  13 F = 130,0662 kg/jam total

  Tabel LA.8 Neraca Massa pada Tangki Aktivasi (kg/jam)

  Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam) Komponen Alur11 Alur 12 Alur13

  Selulosa 88,9680 - 88,9680

• Lignin 1,5006 1,5006 Pektin - 0,9604 0,9604 H

  2 O 7,4986 0,6228 8,1213

  CH - COOH 30,5160 30,5160

  3 Subtotal 98,9275 31,1388 130,0662

Total 130,0662 130,0662

LA.7 REAKTOR ASETILASI (R- 201)

  Fungsi : Untuk tempat terjadinya reaksi asetilasi menjadi selulosa triasetat dengan derajat asetilasi sebesar 3.

  Selulosa Lignin Pektin

  13 H O ₂ CH ^{3 COOH} Selulosa Triasetat H ^{2 O}

  15 Lignin CH ^{3 COOH} Pektin H ^{2 O}

  18 CH ^{3 COOH} H ^{2 O}

  17 (CH ^{3 CO) 2 O} (CH ^{3 CO) 2 O} H ^{2 SO 4} CH ^{3 COOH}

  16 (CH ^{3 CO) 2 O}

  R - 201 Pada reaktor asetilasi, seluruh selulosa berubah menjadi selulosa triasetat dan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut : OH OCOCH

  3 C

  6 H

  7 O

  2 OH + 3(CH

  3 CO)

  2 O C

  6 H

  7 O

  2 OCOCH 3 + 3CH

  3 COOH

  OH OCOCH

  3 Selulosa asetat anhidrat selulosa triasetat asam asetat

  Dimana ; BM selulosa = 162 kg/mol

  88,9680 . 1 = 0,5492

  = / 1 . 162 Neraca Massa Total :

  13

  15

  

16

  17

  18

  = + + + Neraca Massa Komponen : Alur 15 Asam asetat 70% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 438% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).

  430

  15

  = × 88.9680kg/jam = 389.6797 /

  100

  70

  15 F = × 389.6797 kg/jam = 272.7758 kg/jam CH COOH ₃

  100

  15 F = (389.6797 H O − 272.7758)kg/jam = 116.9039 kg/jam ₂ Alur 16

  Asetat anhidrat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 247% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986).

  247

  16 F = × 88.9680 kg/jam = 219.7509 kg/jam total

  100

  98

  16 F =

  � � × 219.7509 kg/jam = 215.3559 kg/jam

  (CH ^{3 CO ) 2 O}

  100

  16 F = (219.7509 CH COOH − 215.3559)kg/jam ₃

  = 4.3950 kg/jam Alur 17 Asam sulfat 98% yang dibutuhkan dalam reaktor adalah sebanyak 3,8% dari laju alir

• F _CH
_{3 COOH} ¹⁵ + F _{CH 3 COOH} ¹⁶ + r. BM _{CH 3 COOH} .

  18

  = 3,276781525kg/jam F

  lignin

  18

  = F

  lignin

  16

  = 3,3132 kg/jam F

  pektin

  18

  = F

  bahan ekstraktif

  16

  = 0,9604 kg/jam F

  H ₂ O

  = (8,1213 + 116,9039 + 0,0676) = 125,0929 kg/jam

  H ^{2 SO 4}

  

3 COOH 30,5160 272,7758 4,3950 - 406,5401

  4

  2 SO

  H

  2 O - - 215,3559 - 47,3053

  3 CO)

  (CH

  CH

  F

  2 O 8,1213 116,9039 - 0,0676 125,0929

  Selulosa Triasetat - - - - 158,1653 Selulosa 88,9680 - - - - Lignin 1,5006 - - - 1,5006 Pektin 0,9604 - - - 0,0000 H

  Komponen Masuk(kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur13 Alur15 Alur 16 Alur17 Alur 18

  = 742,8776 kg/jam Tabel LA.9 Neraca Massa pada Reaktor Asetilasi (kg/jam)

  18

  total

  16

  = F

  Total 742,8776 742,8776

  Alur 18 F

  umpan selulosa (Yamashita et al, 1986). F

  total

  17

  = 3,8

  100 × 88,9680kg/jam = 3.3808 kg/jam

  F

  H ₂ SO ₄

  17

  =

  98 100

  × 3.3808 kg/jam = 3.3132 kg/jam F

  H ^{2 O}

  16

  = (3.3808 − 3.3132)kg/jam = 0.0676 kg/jam

  selulosa triasetat

  18

  (CH ^{3 CO ) 2 O}

  H ^{2 SO 4}

  = 272,7758 + (0,5492 × 102 × 3) = 47,3053 kg/jam F

  σ

  F _{CH 3 COOH} ¹⁶ + r. BM _{(CH 3 CH) 2 O} .

  =

  18

  = 30,5160 + 272,7758 + 4,3950 + (0,5492 × 60 × 1) = 406,5401 kg/jam F

  18 = r . .

  σ

  = F _{CH 3 COOH} ¹³

  18

  CH ^{3 COOH}

  F

  σ = 0,5492 × 288 × 1 = 158.1653 kg/jam

• 3,3132 3,3132 Sub total 130,0662 389,6797 219,7509 3,3808 742,8776

  LA.8 REAKTOR HIDROLISA (R – 202) Fungsi : Untuk menghidrolisis selulosa triasetat menjadi selulosa asetat

  dengan diharapkan derajat asetilasi turun menjadi 2,4 serta menetralkan sisa reaktan asetat anhidrat.

  Selulosa Triasetat Lignin Pektin H ^{2 O} ₁₈ CH COOH ₃ (CH ^{3 CO) 2 O} Selulosa Asetat

  H ^{2 SO 4} Lignin Pektin H ^{2 O} _{28 19} CH ^{3 COOH} H ^{2 O (CH 3 CO) 2 O} H ^{2 SO 4} R - 202

  Pada tangki hidrolisasi, seluruh selulosa triasetat dihidrolisis oleh air menjadi selulosa asetat dan reaksi yang terjadi pada proses ini adalah sebagai berikut : OCOCH OH

3 C H O OCOCH + H O C H O OCOCH + CH COOH

  6

  7

  2

  3

  2

  6

  7

  2

  3

  3 OCOCH

3 OCOCH

  3 Selulosa triasetat air selulosa asetat asam asetat

  Dimana ; Ac = CH

3 CO

  BM selulosa triasetat = 288 kg/mol 158,1653 .1

  = 1 .288 = 0,5492

  / Reaksi yang juga terjadi pada unit hidrolisis adalah : (CH

  3 CO)

  2 O +H

  2 O CH

  

3 COOH

  Asetat anhidrat air asam asetat Konversi reaksi = 98% (Anita, 2010)

• 28

• r1. BM _CH
_{3 COOH} .

  19

  19

  = F

  H ₂ SO ₄

  18

  = 3.3132 kg/jam F

  lignin

  19

  = F

  lignin

  18

  = 1.5006 kg/jam F

  pektin

  = F

  = 0.9461 kg/jam F

  pektin

  18

  = 0.9604 kg/jam F

  H ^{2 O}

  19

  =

  F _{H 2 O} ¹⁸ + F _{H 2 O} ²⁸ − r1. BM _{H 2 O} .

  σ1−r2. BM ^{H 2 O} .

  σ2

  = 125.0929 + 63.1673 − (0.5492 x 18x 1) − (0.4545 x 18x 1)

  = 170.1938 kg/jam F

  total

  18

  H ₂ SO ₄

  

σ2

  2

  × 88.9680 kg/jam = 63.1673 kg/jam Alur 19 F

  = 47,3053 . 0,98 1 . 102

  ;

  (CH ^{3 CO ) 2 O}

  = 102 kg/mol = 0,4545

  / Neraca Massa Total :

  18

  =

  19 Neraca Massa Komponen :

  Alur 28 Air yang dibutuhkan untuk tahap hidrolisis sebesar 71% dari laju alir umpan selulosa (Yamashita et al, 1986) F

  H ₂ O

  28

  =

  71 100

  selulosa asetat

  − r. BM _{(CH 3 CH) 2 O} .

  19

  = r. BM _{selulosa asetat} .

  σ1

  = 0.5492 . 246 . 1 = 135.0995 kg/jam F

  CH ₃ COOH

  19

  = F _{CH 3 COOH} ¹⁸

  σ1+r2. BM ^CH ₃ ^COOH .

  σ2

  = 406.5401 + (0.5492 x 60 x 1) + (0.4545 x 60 x 2) = 494.0314 kg/jam F

  (CH ^{3 CO ) 2 O}

  19

  = F _{(CH 3 CO) 2 O} ¹⁸

  = 806.0449 kg/jam

  Pektin H ₂ O CH ^{3 COOH}

  2 SO

4 3,3132 - 3,3132

Sub total 742,8776 63,1673 806,0449 Total 806,0449 806,0449 LA.9 CENTRIFUGE (CF-201)

  CF - 201

  H ^{2 O} CH ^{3 COOH} (CH ^{3 CO) 2 O} H ^{2 SO 4} Tabel LA.10 Neraca Massa pada Reaktor Hidrolisasi (kg/jam) Komponen Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam) Alur18 Alur28 Alur19

  21

  = F

  20

  Efisiensi sentrifuge adalah 98% dimana cairan yang terkonversi ke padatan sebesar 2%. Neraca Massa Total : F

  Fungsi : Untuk memisahkan padatan selulosa asetat (selulosa asetat, lignin, air, asam asetat, magnesium sulfat) dari air dan zat pengotor lainnya

  H

  Lignin Pektin H ₂ O CH ^{3 COOH} (CH ^{3 CO) 2 O} H ^{2 SO 4} Selulosa Asetat Lignin

  2 O 47,3053 - 0,9461

  3 CO)

  (CH

  3 COOH 406,5401 - 494,0314

  CH

  2 O 125,0929 63,1673 170,1938

  Selulosa Triasetat 158,1653 - - Selulosa Asetat - - 135,0995 Lignin 1,5006 - 1,5006 Pektin 0,9604 - 0,9604 H

22 Neraca Massa Komponen :

• F

  98 100

  × 494.0314 kg/jam = 484.1508 kg/jam F

  (CH ^{3 CO ) 2 O}

  21

  = 0.9461kg/jam F

  H ₂ SO ₄

  21

  = 3.3132 kg/jam ^{20 21 22} Selulosa Asetat

  =

  21

  CH ₃ COOH

  Alur 21 F

  F

  = 150.8449 kg/jam Tabel LA.11 Neraca Massa pada Centrifuge (kg/jam)

  20

  = 1.5006kg/jam F

  pektin

  22

  = F

  pektin

  22

  = 0.9604kg/jam F

  total

  22

  Komponen Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam) Alur20 Alur21 Alur22

  = F

  Selulosa Asetat 135,0995 - 135,0995 Lignin 1,5006 - 1,5006 Pektin 0,9604 - 0,9604 H

  2 O 170,1938 166,7899 3,4039

  CH

  3 COOH 494,0314 484,1508 9,8806

  (CH

  3 CO)

  2 O 0,9461 0,9461 0,0000

  H

  2 SO

  4

  3,3132 3,3132 0,0000 Subtotal 806,0449 655,2000 150,8449

  lignin

  22

  H ₂ O

  = F _{2 O}

  21

  =

  98 100

  × 170.1938 kg/jam = 166.7899 kg/jam Alur 22 F

  selulosa aseta t

  22

  = F

  selulosa aseta t

  21

  = 135.0995 kg/jam F _{2 O}

  22

  20

  lignin

  − F _{2 O}

  21

  = 170.1938 − 166.7899

  = 3.382899359kg/jam F ₃

  22

  = F ₃

  20

  − F ₃

  21

  = 494.0314 − 484.1508

  = 9.8806 kg/jam F

  Total 806,0449 806,0449

  H ^{2 O} CH ^{3 COOH} LA.10 ROTARY DRYER (RD-201)

  Fungsi : Untuk mengurangi kadar air beserta asam asetat sampai memenuhi komposisi produk akhir

  Dryer dapat mengurangi kadar air sebesar 90% dari laju alir air masuk (Perry,1997) dan diharapkan komposisi asam asetat sebesar 0,01% dari berat selulosa asetat.

  Neraca Massa Total : F

  22

23 Neraca Massa Komponen :

  = F

  24

  H ^{2 O} CH ^{3 COOH}

  H ^{2 O} CH ^{3 COOH} Selulosa Asetat Lignin Pektin

  RD-201 ^{22 23 24} Selulosa Asetat Lignin Pektin

• F

  90 100

  23

  Alur 24 F

  H ^{2 O}

  24

  = 1.5006 kg/jam

  23

  lignin

  = 135.0995 kg/jam F

  23

  selulosa asetat

  = 0.3404 kg/jam F

  = 3.4039 − 3.0635

  H ^{2 O}

  × 3.4039 kg/jam = 3.0635 kg/jam F

  = 0.9881 kg/jam F

  = 9.8806 − 8.8926

  23

  CH ₃ COOH

  = 11.9561 kg/jam Alur 23 F

  =

  total

  × 9.8806 kg/jam = 8.8926 kg/jam F

  90 100

  =

  24

  CH ₃ COOH

  24

  23 F = 0.9881 kg/jam pektin

  23 F = 138.8889 kg/jam total

  Tabel LA.12 Neraca Massa Pada Rotary Dryer II(kg/jam)

  Masuk(kg/jam) Keluar(kg/jam) Komponen Alur22 Alur24 Alur23

• Selulosa Asetat 135,0995 135,0995
• Lignin 1,5006 1,5006 Pektin - 0,9604 0,9604 H O 3,4039 3,0635 0,3404

  2 CH

  3 COOH 9,8806 8,8926 0,9881

  Subtotal 150,8449 11,9561 138,8889

  Total 150,8449 150,8449

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

  Kapasitas Produk : 1000 ton/tahun Basis Perhitungan : 1 jam operasi Satuan Operasi : kj/jam Waktu kerja per tahun : 330 hari

  o o

  Suhu referensi : 25 C (298 K) Perhitungan neraca panas menggunakan data dan rumus sebagai berikut:

  

1. Rumus untuk perhitungan beban panas pada masing-masing alur masuk

dan keluar

  …………………..................(Smith, 1975) × ×

  = ∆ = ∫

  

Dan untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa, persamaan yang digunakan

adalah : _{2 2} ………… (Reklaitis,

  ∫ × = ∫ × × ∆ + ∫ × _{1 1} 1983)

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

  dQ

  ............................(Reklaitis,1983)

  = + r ∆ H T N CpdT − N CpdT _{r out out} ( ) ∫ ∫ dt _{T T 1 1}

2. Data untuk perhitungan kapasitas panas

  _pl Tabel LB.1 Menunjukkan nilai kapasitas panas liquid (C ) untuk gugus – gugus pada senyawa liquid. _pl

Tabel LB.1 Nilai Kapasitas Panas Liquid (C ) Metode Chuch dan Swanson

o

  Gugus Cpl (kal/g

  C) | 4,4

• CH (ring)
• OH 10,7
• C=O 12,66 | H -CH -

  

2 7,2

_pl (Perry, 1997) Perhitungan C (kal/g.

  C) dengan menggunakan metode Chuch dan Swanson dengan rumus :

  = � ∆

  =1

  Tabel LB.2 Menunjukkan nilai kapasitas panas solid (Cps) untuk gugus – gugus pada senyawa solid.

  Tabel LB.2 Kontribusi Unsur Atom dengan Metode Hurst dan Harrison Unsur Atom

  ∆ C

  10.89 H

  7.56 O

  13.42 N

  18.74 S

  12.36 K

  28.87 Cl

  24.69 Na

  26.19 P

  26.63 Mg

  22.69 Fe

  29.08 Ca

  28.25 Cr

  26.63 Co

  25.71 Ni

  25.46 Cu

  26.92 _ps (Perry, 1997)

  Perhitungan C padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison:

  = � ∆ _S =1

  Dimana : C p = Kapasitas panas padatan pada 298,15 K (J/mol.K) n = Jumlah unsur atom yang berbeda dalam senyawa N i = Jumlah unsur atom i dalam senyawa = Nilai dari kontribusi unsur atom i pada Tabel LB.2

  ∆

3. Data perhitungan panas pembentukan dan panas penguapan

  Tabel LB.3 Menunjukkan nilai panas pembentukan dengan gugus-gugus pada senyawa padatan [kJ/mol]. Tabel LB.3 Kontribusi Gugus Nilai Panas Pembentukan ( ) ∆

• 26,80 ̶ CH

  2 ̶

  │ 8,67

  ̶ CH ̶ │ │

  79,72 ̶ C ̶

  │ Oxygen Increments

• 208,04 ̶ OH (Alkohol)
• 221,65 ̶ OH (Phenol)
• 132,22 ̶ O ̶ (Nonring)
• 138,16 ̶ O ̶ (Ring)

  │

• 133,22 ̶ C = O (Nonring)

  │

• 164,50 ̶ C = O (Ring) Nonring Increments -76,45

  ̶ CH

  3 2 -20,64

  ̶ CH ̶ │

  29,89 ̶ CH ̶

  │ │

  82,23 ̶ C ̶

  │ = CH

  2 -9,63

  │ 37,97

  = CH = C

  ̶ 83,99

  │ Perhitungan (kJ/mol) dengan menggunakan metode Verma dan Doraiswamy

  ∆

  adalah :

  …………………………………

  (298,15 K) = 68,29 + (Perry, 1997)

  ∑ ∆ ∆

  Perhitungan untuk panas penguapan : Q = n. Hvl ……………………………………… (Smith dan Van Ness, 1975)

  ∆

4. Data untuk steam, air pendingin dan udara

• 1

• -1

• bt + ct
• dt

  7 O 2 (OH) 3 )

  6 H

  7 O

  2

  (OCOCH

  3

  )

  3

  ) Cps Selulosa triasetat =

  ΔE C (12) +

  ΔE H (16) +

  ΔE O (8)

  = 10,89(12) + 7,56(16) + 13,42(8) = 359 J/mol.K

  3. Selulosa (C

  Cps Selulosa = ΔE

  = 10,89(8) + 7,56(14) + 13,42(7) = 286,9 J/mol.K

  C (6) +

  ΔE

  H (10) +

  ΔE

  O (5)

  = 10,89(6) + 7,56(10) + 13,42(5) = 208,04 J/mol.K

  4. Magnesium asetat (Mg(CH

  

3 COO)

2 )

  Cps Magnesium asetat = ΔE Mg

  (1) + ΔE C

  (4) + ΔE O

  (4) + ΔE H

  (6)

  2. Selulosa triasetat (C

  ΔE O (7)

  Steam yang digunakan adalah superheated steam 130

  2 ) ( ⁴ ₁ ⁴ ₂ ³ ₁ ³ ₂ ² ₁ ² _{2 1 2} ² ₁ T T

d

T T c T T b T T a CpdT ^T _T

  o C pada tekanan 100 kPa.

  H

  vl

  (130

  o

  C) = 2.734,7 kJ/kg (Reklaitis, 1983) Air pendingin yang digunakan adalah air pada suhu 30 C dan keluar padasuhu

  40 C. Perhitungan estimasi Cp (J.mol

  .K

  ) dengan menggunakan persamaan Cp = a

  2

  3

  ,Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi :

  ) (

  

4

) ( 3 ) (

  − + − + − + − = ∫ dimana harga konstantanya disajikan pada tabel dibawah ini.

  ΔE H (14) +

  Tabel B.4 Data Cp Beberapa Senyawa(J/mol.K)

  Senyawa A B C D E

  Air (l) 18,2964 0,472118 -0,0013387 1,31424E-06 - Air (g) 34,0471 -0,00965064 3,29983E-05 -2,04467E-08 4,30228E-12 Nitrogen 29,4119 -0,00300681 5,45064E-06 5,13186E-09 -4,25308E-12 Oksigen 29,8832 -0,0113842 4,33779E-05 -3,70082E-08 1,01006E-11

  (Sumber : Reklaitis, 1983)

  5. Perhitungan nilai kapasitas panas (Cp) masing – masing komponen:

  1. Selulosa asetat (C

  6 H

  7 O

  2 OH(OCOCH

  3

  )

  2

  ) Cps Selulosa diasetat =

  ΔE C (8) +

6 H

  9. Asam sulfat (H ² SO ⁴ ) Cpl = 138,9 J/mol.K

11. Air (H

  ² O) Cpl = 75,2634 J/mol.K Tabel LB.5 Nilai Kapasitas Panas Masing-Masing Komponen

  = 22,69(1) + 10,89(4) + 13,42(4) + 7,56(6)

  = 169,25 J/mol.K

  5. Lignin Cps lignin = ΔE ^C (20) +

  

ΔE

^H (20) + ΔE ^O (8)

  = 10,89 (20) + 7,56 (20) + 13,42 (8) = 476,36 J/mol.K

  6. Pektin Cps pectin = ΔE C (6)+ΔE H (10)+ΔE O (7) = 10,89 (6) + 7,56 (10) + 13,42 (7) = 234,88 J/mol.K

  7. Asam asetat (CH ³ COOH) Cpl = 123,1 J/mol.K Cpg = 63,4 J/mol.K

  8. Asetat anhidrat ((CH ³ CO) ² O) Cpl = 186,252 J/mol.K

  Komponen Cpl (J/mol.K) Cps (J/mol.K) Cpg (J/mol.K) Selulosa asetat

  10. Natrium Hidroksida (NaOH) Cps = 28.23 J/mol.K

• 286,9 -

  Selulosa triasetat

• 359 -

  Selulosa

• 208,04 - Lignin - 476,36 - Pectin - 234,88 - Natrium hidroksida - 28,23 - Asam asetat 123,1 - 63,4 Asetat anhidrat 186,252 - -

  Asam sulfat 138,9 - - Air 75,2634 - 33,36

  f) dan panas penguapan (

6. Perhitungan nilai panas pembentukan ( ΔH

  ΔHvl)

• 2(-CH3) + (-CH2- ) + 2(-C-) + 2(-O-nonring) + 3(=O)

  o f 298 = -859,16 kJ/mol

  o f 298 Selulosa :

  | ΔH

  o f 298 = 68,29 + 3(-OH phenol) + 4(-CH) + (-CH2-)

  |

  o f 298 = 68,29+3(-221,65)+4(8,67)+(-26,68)+(-132,22)+(-138,16)

  ΔH

  ΔH

  o f 298 = -950,88 kJ/mol

  o f 298 Asam asetat = -483,5 kJ/mol

  ΔH

  o f 298 Asetat anhidrat = -391,17 kJ/mol

  ΔH

  o f 298 Asam sulfat = -810,9413 kJ/mol

  ΔH

  o f 298 Air = -241,9882 kJ/mol

  Menghitung ΔH

  (- 20,64) +3(83,99) + 3(-132,22) + 3(-247,61) ΔH

  ΔHvl Asam asetat = 23,7 kJ/mol

  (-76,45) + (-20,64) + 2(83,99) + 2(-132,22) + 3(-247,61) ΔH

  Menghitung ΔH

  f 298 Selulosa asetat :

  | | ΔH

  

f 298 = 68,29 + (-OH phenol) + 2(-CH- ) + 3(-C- ) + ( -O- ring)

  |

  | ΔH

  

f 298 = 68,29 + (221,65) + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) +2

  f 298 = -1047,85 kJ/mol

  

f 298 = 68,29 + 2(8,67) + 3(79,72) + (-138,16) + 2(-76,45) +

  Menghitung ΔH

  f 298 Selulosa triasetat :

  ΔH

  f

  298 = 68,29 + 2( -CH- ) + 3( -C-) + (-O- ring) + 2(-CH3) + | | |

  (-CH2-) + 3(-C-)+ 3(-O-nonring) + 3( =O) |

  ΔH

• (-O-nonring) + (-O-ring) ΔH

  = 40,6562 kJ/mol (Reklaitis, 1983) ΔHvl Air

  Tabel LB.6 Nilai Panas Pembentukan Dan Panas Penguapan ΔH⁰f298 (kJ/mol) ΔHvl (kJ/mol)

  Komponen

• selulosa asetat -1096,08
• selulosa tri asetat -874,43
• Selulosa -859,16 asam asetat -483,5 23,7
• asetat anhidrat -391,17
• asam sulfat -810,9413 Air -242 40,6562 _o
_o ΔH Menghitung r reaksi:

  ΔH

  Reaksi 1 : OH OCOCH

  3 C H O OH +(CH CO) O C H O OCOCH + 3CH COOH

  6

  7

  2

  3

  2

  6

  7

  2

  3

  3 OH OCOCH

  3 Selulosa asetat anhidrat selulosa triasetat asam asetat o

  =

  r1 298

  ΔH � � � _{298 298} − � = {3(–483,5) + (–950,88)} – {3(–391,17) + (–859,16)} = –368,71 kJ/mol

  Reaksi 2 : OCOCH

  

3 OH

  C

  6 H

  7 O

  2 OCOCH 3 + H

  2 O C

  6 H

  

7 O

  2 OCOCH 3 + CH

  3 COOH

  OCOCH OCOCH

  3

  3 Selulosa triasetat air selulosa asetat asam asetat o r2

  ΔH 298 = {(–483,5) + (–1047,85)} – {(–241,9882) + (–950,88)} = –338,482 kJ/mol

  Reaksi 3: ((CH CO) O) + H O

  2 CH COOH

  3

  2

  2

  3

LB.1 TANGKI EKSTRAKSI (T-1013)

  H ^{2 O} T = 95 ^o C T-103 T=95 ^o C STEAM

  NaOH H ^{2 O} T = 30 ^o C H ^{2 O} T = 30 ^o C Selulosa lignin H ^{2 O} Pektin

  T = 30 ^o C Asetat anhidrat air asam asetat

  ΔH

  o r3

  298 = 2(–483,4) – {(–241,9882)+( –391,17) = –333,842 kJ/mol

  Panas masuk =

  2 ²⁷ ∫ + ¹ ∫ + ¹ ∫ + ^{303 .15} _298.15 ^{303 .15} _298.15 ^{303 .15} _{298.15 1} ∫ + ¹ ∫ ^{303 .15} _298.15

  T = 130 ^o C Kondensat T = 130 ^o C

• ² ∫ + ^{303 .15} _298.15 ^{303 .15} _298.15

  27 H

  2 O

  1 Selulosa 92,6364 162 0,5718 1040,2000 594,8170 Lignin 30,8788 388 0,0796 2381,8000 189,5544 Pektin 19,7624 194 0,1019 1174,4000 119,6340 H

  2 O 62,5810

  18 3,4767 376,3170 1308,3500

  2 NaOH 3,0879 40 0,0772 141,1500 10,8964 H

  2 O 17,4980

  18 0,9721 376,3170 365,8215

  Total 27873,7980

  Panas keluar = ³

  ∫ +

³

∫ + ^{298,15 3} ∫ ^{368 .15 298,15 368 .15 368 .15 29815}

  Tabel LB. 7 Menyajikan data dan hasil panas masuk pada Tangki Ekstraksi dengan menggunakan persamaan (1) Alur Komponen Laju Massa (kg/jam) BM (kg/kmol) N (kmol/jam) ∫CpdT (kJ/kmol) Q (kJ/jam)

  2 ² ∫ ^{303 .15 298.15} ……………………………………………..… (1)

  1209,4193 18 67,1900 376,3170 25284,7247