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 : 31.364,3836 kg/hari

  : 31.364,3836 kg/hari COD output : COD input

  hari .L . 780 8219 , 591 L mg 53.000 x

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

  Hari Tiarasti 08 0405 047

LAMPIRAN A

PERHITUNGAN NERACA MASSA

  /hari = 591.780,8219 L/hari

  3

  = 591,7808219 ton/hari = 591,7808219 m

  216 000 .

  365 hari tahun 1 x tahun ton

  = 216.000 ton/tahun Jumlah kebutuhan POME =

  20 jam ton 36 x x

  300 hari jam

  = 36 ton/jam = tahun hari

  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

• – 0,65 x COD input : 31.364,3836 kg/hari
• – 0,65 x 31.364,3836 kg/hari : 10.977,5342 kg/hari
• – 10.977,5342 kg/hari : 20.386,8493 kg/hari

  Densitas masing-masing gas (Hysys)

  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 3 TC 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 = 272.810,9589 kg/hari

  (C5H10O5)900

  1 F = 318.969,8630 kg/hari H2O

1 F = 591.780,8219 kg/hari

  L gr kg

  2

   NaOH : F =

  10 % x 591 . 780 , 8219 x

  1 Mx 40 x NaOH hari mol 1000gr

  = 2.367,1233 kg/hari

  Hari Tiarasti 08 0405 047

2 F

• F

   FeCl

  41 

  , 4247 kg/hari

  70  x x

  L mg

  1 hari L . 780 8219 , 591

  L mg 187

 x x

^{FC FC 3 6 TC J - 112 4 M - 107 5 J - 106} 1000000mg kg

  1 hari .L . 780 8219 , 591

  , 6630 kg/hari 110 1000.000 mg kg

  =

  : F

  2

  = 257 mg/L C : N = 74 C : P = 559 Neraca massa komponen:

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  2+

  Fe

  Karakteristik LCPKS Rambutan (Yoshimasa,2010) : Fe yang terkandung dalam LCPKS = 70 mg/L C : N : P = 350 : 5,4 : 0,4 Nutrisi yang diperlukan dalam fermentasi biohidrogen (Sompong dkk., 2007):

  Fungsi: sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi.

  A.2 Tangki Pencampur (M-107)

  = 594.147,9452 kg/hari

  3

  = 591.780,8219 kg/hari+ 2.367,1233 kg/hari F

  3

  1

  = F

  3

  Neraca massa total: F

4 FeCl2

  HPO .2H O:  Na

  2

  4

  2 mg .L 1 kg

  5 F  34,24 x 591 . 780 , 8219 x Na2HPO4.2H2O L hari 1000.000 mg 20,2626 kg/hari

  

  Neraca Massa total :

  3

  4

  5

6 F + F + F = F

  6

• 594.147,9452 kg/hari + = F

  110 , 6630 kg/hari 20,2626 kg/hari

6 F = 594.278,8708 kg/hari

  A.3 Bioreaktor hidrogen (R-201)

  Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri termofilik. _{7 J-112 R-201 FC LI 6 TC J-202} FC ₈ 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 = 20.386,8493 kg/hari

  8

  6

  7 F = F

• – F = 594.278,8708 kg/hari - 20.386,8493 kg/hari = 573.892,0215 kg/hari

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  Neraca Komponen :  Alur6

  6 F = 594.278,8708 kg/hari

  6 F = 272.810,9589 kg/hari (C5H10O5)900

  6 F = 318.969,8630 kg/hari H2O

  6 F = 2.367,1233 kg/hari NaOH

  6 F = 110,6630 kg/hari FeCl2

  6 F = 20,2626 kg/hari Na2HPO4.2H2O

   Alur 7

  7 F = 20.386,8493 kg/hari

  3

  = 20.386,8493 kg/hari / 0,7429 kg/m

  3

  = 27.443,3870 m /hari

  7

  3 F = 0,61 x 27.443,3870 m /hari H2

  3

  = 16.740,4661 m /hari = 1.357,9866 kg/hari

  7

  3 F = 0,389915 x 27.443,3870 m /hari CO2

  3

  = 10.700,5883 m /hari = 19.025,6459 kg/hari

  7

  3 F = 0,000085 x 27.443,3870 m /hari H2S

  3

  = 2,3327 m /hari = 3,2168 kg/hari

   Alur 8

  8 F = 573.892,0215 kg/hari

  8 F = 257.580 kg/hari (C5H10O5)900

  8 F = 24.341,3833 kg/hari C6H12O6

  8 F = 289.472,5893 kg/hari H2O

  8 F = 2.367,1233 kg/hari NaOH

  8 F = 110,6630 kg/hari FeCl2

  8 F = 20,2626 kg/hari Na2HPO4.2H2O Hari Tiarasti 08 0405 047

• H
• 500H
• H
• 500C
• 1500CO
• H

  9 H2O

  8

  = 573.892,0215 kg/hari F

  8 COD

  = 10.977,5342 kg/hari % Dekomposisi COD : 84,9%....................................(Senafati, 2010)

  F

  9

  = 0,849 x 10.977,5342 kg/hari = 9.319,9265 kg/hari

  F

  9 CH4

  = 3.367,3567 kg/hari F

  9 CO2

  = 5.907,3314 kg/hari F

  = 44,0001 kg/hari F

  2 S (g)

  9 H2S

  = 1,2383 kg/hari Neraca Massa Total :

  F

  8

  = F

  9

  10

  573.892,0215 kg/hari = 9.319,9265 kg/hari + F

  10 F

  10

  = 573.892,0215 kg/hari - 9.319,9265 kg/hari F

  10

  (Sompong dkk., 2009) F

  2(g)

  = 564.572,095 kg/hari

  

12

O

  Hari Tiarasti 08 0405 047 A.4 Reaktor 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:

  (C

  5 H

  10 O

  5

  )

  900

  2 O 750 C

  6 H

  6

  8 O 2(l)

  (Barnali dkk.,2008) 750C

  6 H

  12 O

  6

  2 O (l)

  2 S (l)

  2000H

  2

  (g) + 500C

  2 H

  4 O 2(l)

  4 H

• F

  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 (Van

  2

  4

  3

  2

  2 den Bosch dkk., 2007).

  3 1 1000

  1 L dm hari

  7

  3 Gas yang masuk = F = 27.443,3870 m /hari x x x

  3

  3 1 dm m 24 jam

  = 1.143.474,458 L/jam Jadi, medium fermentasi yang dibutuhkan :

  3 ,

  7 L/jam x  300 L/jam 1.143.474, 458 L/jam

  x = 14.102,8517 L/jam Diketahui : Masing-masing densitas medium :

3 HPO = 2,44 g/ cm

   K

  2

  4

  3

   NaNO = 2,257 g/ cm

3 Hari Tiarasti

  08 0405 047

  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 = 1000a x 10 Liter/jam gram

  a 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 , 83 a gram

  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 Medium fermentasi = air demineralisasi + K HPO + NaNO +NaCl +MgCl .6H O

  2

  4

  3

  2

  2

• 3

  14.102,8517 L/jam = (1000a + 0,4098a + 0,3677a + 2,7714a + 0,1275a) x 10 L/jam 14.102,8517 L/jam = 1,0036986a L/jam a = 14.050,8831 Air demineralisasi = 14.050,8831 L/jam x 1 kg/L = 14.050,8831 kg/jam K HPO = 1 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 14.050,8831 gr/jam = 14,0509 kg/jam

  2

  4 NaNO = 0,83 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 11.662,23297 gr/jam = 11,6622 kg/jam

  3 NaCl = 6 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 84.305,2986 gr/jam = 84,3053 kg/jam

  MgCl .6H O = 0,2 gr/L x 14.050,8831 L/jam = 2.810,1766 gr/jam = 2,8102 kg/jam

  2

2 NaOH = 0,66 mol/L x14.102,8517 L/jam x 40 g/mol = 372.315,3 gr/jam

  = 372,3153 kg/jam KOH = 1,34 mol/L x 14.102,8517 L/jam x 56 g/mol = 1.058.278,0 gr/jam

  = 1.058,2780 kg/jam Jadi total médium fermentasi dalam kg/jam yaitu : Medium fermentasi = 14.050,8831 kg/jam + 14,0509 kg/jam + 11,6622 kg/jam +

  84,3053 kg/jam + 2,8102 kg/jam + 372,3153 kg/jam + 1.058,2780 kg/jam

  = 15.594,3050 kg/jam x 24 jam/hari = 374.263,3192 kg/hari

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  = 20.383,6325 kg/hari F

  F

  F

  = 19.025,6459 kg/hari  Alur 16

  15 CO2

  = 1.357,9866 kg/hari F

  15 H2

  16 medium

  15

  F

  = Medium fermentasi = 374.263,3192 kg/hari  Alur 15

  14

  = 3,2168 kg/hari  Alur 14

  = 374.266,5360 kg/hari F

  12 H2S

  = 19.025,6459 kg/hari F

  12 CO2

  = 1.357,9866 kg/hari F

  12 H2

  = 20.386,8493 kg/hari F

  12

   Alur 12 F

  16 ¹⁵ _{12 T-301}

  PC ₁₄

  = 374.263,3192 kg/hari F

  16

16 H2S

• F

  Hari Tiarasti 08 0405 047 A.5.1 Absorber Desulfurisasi (T-301)

  = 3,2168 kg/hari Neraca Massa Total : F

  12

  14

  = F

  15

  16

• F

  20.386,8493 kg/hari+ 374.263,3192 kg/hari = 20.383,6325 kg/hari+ 374.266,5360 kg/hari

   394.650,1685 kg/hari = 394.650,1685 kg/hari

  A.5.2 Bioreaktor Desulfurisasi (R-303) _{14 16 LI TC 17}

  19 _R-303

  13 3216 , 8 g/hari

  H S = 3,2168 kg/hari = =94,6111 mol/hari

  2 34 g/mol

  H S + ½O S + H O (Konversi

  2

  2

  2     _mikroba

  84%) 94,6111 mol 0,5 x 79,4733

  Awal

  39,7367 mol

  Reaksi 0,84 x 94,6111 39,7367 mol 79,4733 mol 79,4733 mol

  79,4733 mol

  Sisa 15,1378 mol - 79,4733 mol 79,4733 mol

  So = 79,4733 mol/hari x 32 g/mol = 2.543,1456 g/hari = 2,5431 kg/hari O = 39,7367 mol/hari x 32 g/mol = 1.271,5744 g/hari = 1,2716 kg/hari

  2 H O = 79,4733 mol/hari x 17 g/mol = 1.351,0461 g/hari = 1,3510 kg/hari

  2 H S = 15,1378 mol/hari x 34 g/mol = 514,6852 g/hari = 0,5147 kg/hari

  2

   Alur 16

  16 F = 374.266,5359 kg/hari

  16 F = 374.263,3192 kg/hari medium

  16 F = 3,2168 kg/hari H2S

   Alur 13

  13 F = 1,2716 kg/hari O2

   Alur 19

  19 F = 374.263,3192 kg/hari

  19 F = 374.262,8045 kg/hari medium Hari Tiarasti 08 0405 047

  19 F = 0,5147 kg/hari H2S

   Alur 14

  14 F = Medium fermentasi = 374.263,3192 kg/hari

   Alur 17

  17 F = 374.267,8075 kg/hari

  17 F = 374.264,7497 kg/hari medium

  17 F = 0,5147 kg/hari H2S

  17 F = 2,5431 kg/hari S

  Neraca Massa Total :

  16

  13

  19

  14

  17 F + F + F = F + F

  374.266,5359 kg/hari + 1,2716 kg/hari + 374.263,3192 kg/hari = 374.263,3192 kg/hari + 374.267,8075 kg/hari

  748.531,1267 kg/hari = 748.531,1267 kg/hari A.5.3 Settler (F-306) ₁₉

17 F-306

  ₁₈

   Alur 17

  17 F = 374.267,8075 kg/hari

  17 F = 374.264,7497 kg/hari medium

  17 F = 0,5147 kg/hari H2S

  17 F = 2,5431 kg/hari S

   Alur 19

  19 F = 374.263,3192 kg/hari

  19 F = 374.262,8045 kg/hari medium

  19 F = 0,5147 kg/hari H2S Hari Tiarasti 08 0405 047

   Alur 18

18 F = 4,4883 kg/hari

  18 F = 1,9452 kg/hari medium

  18 F = 2,5431 kg/hari S

  Neraca Massa Total :

  17

  18

  

19

F = F + F

  374.267,8075 kg/hari = 4,4884 kg/hari + 374.263,3192 kg/hari

   374.267,8075 kg/hari = 374.267,8075 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.Larutan

2 Benfield (K CO ) (BM= 138 kg/kmol). K CO yang digunakan adalah K CO 30 %,

  2

  3

  

2

  3

  2

  3

  temperatur K CO masuk absorber adalah 50 C.

  2

  3 Reaksi pengikatan CO :

  2 K CO + CO + H

  2

  3

  2

  2 O↔ 2KHCO 3 ………………….. (1)

  Reaksi pelepasan CO :

  2

  2KHCO + H O + K CO

  3

  2

  2

  2

  

3

₂₁ ↔ CO …………………(2) _{PC 20}

  24 _JC-403 ²⁷ _{T-308 PC} E-311 _{26 TC 23 15}

  22 _{J-309 E-310 T-313} FC ₂₅ J-312 Hari Tiarasti 08 0405 047 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 19.025,6459 kg/hari = 18.835,3895 kg/hari

  Maka mol CO yang terbentuk dari reaksi (2) :

  2

  24 F CO

  24

  2 N = CO2 BM CO

  2 18.835,389

  5

  =

  44

  = 428,0770 kmol/hari Jumlah CO yang terbentuk = 428,0770 kmol/hari

2 Jumlah KHCO yang bereaksi = 856,1541 kmol/hari

  3

   Neraca Massa Total :

  15

  21

24 F = F + F

  29

  20.383,6325 = F + 18.835,3895 kg/hari

21 F = 1.548,2431 kg/hari

   Alur 21

  21

  15 F = F H2 H2

  = 1.357,9866 kg/hari

  21

  21

  15 F = F = 190,2565 kg/hari CO2 – F H2

   Alur 22

  22 N = 856,1541 kmol/hari KHCO3

  22

  22 F = N x BM KHCO KHCO3 KHCO3

  3

  = 856,1541 kmol/hari x 100 kg/kmol = 85.615,41 kg/hari

  22 F = 130.135,4182 kg/hari H2O

   Alur 20 Jumlah K CO bereaksi = 428,0770 kmol/hari

  2

  3

  = 428,0770 kmol/hari x 138 kg/kmol = 59.074,6306 kg/hari

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  K CO yang digunakan 30% berat, maka

  2

3 Total umpan (F20) = 59.074,6306 kg/hari x 100/30

  = 196.915,4354 kg/hari Jumlah H O = 70 % x 196.915,4354 kg/hari

  2

  = 137.840,8048 kg/hari Jumlah H O bereaksi = 428,0770 kmol/hari

  2

  = 428,0770x 18 kg/kmol = 7.705,3866 kg/hari

  Jumlah H O tidak bereaksi = 137.840,8048 kg/hari

  2

• – 7.705,3866 kg/hari = 130.135,4182 kg/hari

  F20 = 196.915,4354 kg/hari

  20 F = 59.074,6306 kg/hari K2CO3

  20 F = 137.840,8048 kg/hari H2O

   Kolom Stripper

24 F = 18.835,3895 kg/hari

  24 F = 18.835,3895 kg/hari CO2

  25

  20 F = F = 196.915,4354 kg/hari

  25 F = 59.074,6306 kg/hari K2CO3

  25 F = 137.840,8048 kg/hari H2O

  23

  22 F = F = 215.750,8248 kg/hari

  23 F = 85.615,4067 kg/hari KHCO3

  23 F = 130.135,4182 kg/hari H2O Hari Tiarasti 08 0405 047

30 Aliran gas yang diubah harus berisi paling sedikit 70% mol hidrogen sebelum dapat

  30 H2

  = N

  30 H2

  yang dihasilkan 99,9 % mol, maka : N

  2

  = 4,3240 kmol/hari Jumlah H

  30 CO2

  = 678,9933 kmol/hari N

  N

  32 H2

  = 190,2565 kg/hari Maka dalam mol :

  30 CO2

  = 1.357,9866 kg/hari F

  30 H2

  F

  diproses dan untuk dibersihkan di dalam 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).

  32

  T-316 ³¹

  31 H2

• N
• N

  Hari Tiarasti 08 0405 047 A.7 Pressure swing adsorbtion (T-316) _{PC PC}

  32 H2

  = 191,6144 kg/hari

  total terserap

  F

  = 190,2565 kg/hari Maka jumlah gas yang terserap :

  32 CO2

  = 4,3240 kmol/hari F

  32 CO2

  = 1,3580 kg/hari N

  = 1.356,6286 kg/hari F

  

30

H2

  31 H2

  = 678,3143 kmol/hari F

  31 H2

  = 0,6790 kmol/hari N

  30 H2

  = (100-99,9)% N

  32 H2

  N

  32 H2

  = 99,9% N

1 T

  Unsur Atom Δ E

  Cp dT n

   ^T 298

  1 

  Ei i pS N C

     n i

   

  Sumber : Perry, 1999 Rumus Metode Hurst dan Harrison:

  S 12,36 P 26,63

  Na 26,19 K 28,78

  Fe 29,08 Cl 24,69

  C 10,89 H 7,56 O 13,42

  Hari Tiarasti 08 0405 047

LAMPIRAN B

PERHITUNGAN NERACA ENERGI

  Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi : kJ/hari Temperatur basis : 25

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

  VL

  V = N ΔH

   Perhitungan panas penguapan Q

  = (Van Ness, 1975)

  i

  = H

  i

   Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas Q

  C Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut:

  o

   Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  2

  108,71 KHCO

  3

  87,49 K

  4

  145,43 NaNO

  3

  85,19 NaCl 50,88

  MgCl

  .6H

  K

  KOH 49,76 Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) :

  3

      .................................................................................... (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)

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

  3

  182,21 S 12,36

  2 O

  i

  = 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 K (J/mol.K)

  Komponen Cp C

  6 H

  12 O

  6

  236,58 NaOH 47,17

  FeCl

  2

  78,46 Na

  2 HPO

  4

  .2H

2 CO

2 HPO

2 O 243,31

2 Cp dT cT bT a

  Sumber: Reklaitis, 1983

  Senyawa A b C d H

  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)

  38,387 -0,0736639 0,000290981 -2,63849E-07 8,00679E-11 CO

  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

  2(g)

  4(g)

  Hari Tiarasti 08 0405 047 ) (

  1

  4

) (

3 ) (

  2 ) (

  4

  1

  4

  2

  3

  1

  

3

  2

  2

  2

  Komponen a b c d e CH

  2

  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:

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

• 3
• 6
>35
• 5,70709 1,10417.10
>1,6656>1,9750>35>7,23130.10
• 17,89 CO

  4(g)

• 94,05 H

  2(g)

  Komponen ΔHf

  CH

2 S -4,82

• 57,8 H

  Hari Tiarasti 08 0405 047

Tabel LB.5 Panas Reaksi Pembentukan (kkal/mol)

  o 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

  = 68,29 + Ni x

  o 298

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

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

  o 298

  Dimana : ΔHf

  = 68,29 + Ni x Δhi

  

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

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

  H

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

  Sumber: Reklaitis, 1983 Perhitungan

  2 CH

  3 CH

  CH

  3 COOH -103,93

  2 CH

  2 O (l)

  2 COOH -113,73

  B.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

  60 C

  o _M-103

  80 C

  333 333 303

  1

  1

  2 Energi masuk = N CpdT + N CpdT + N CpdT C6H12O6 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) Karbohidrat 272.810,9589 2,0208 6.210.225 12.549.758,7943

  1 Air 318.969,863 17.720,5479 2.633,7882 46.672.169,3876

  2 NaOH 2.367,1233 59,1781 235,85 13.957,1508 59.235.885,3327

  Q in (kJ/ hari)

  panas pelarutan NaOH dalam air (wikipedia,2012) = -44,51 kkal/mol = -186.354,468 kJ/kmol

  N . = 59,1781 x -186.354,468 H

  = -11.028.100,0815 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 C6H12O6 H2O NaOH   

  298 298 298 Hari Tiarasti 08 0405 047

  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) Glukosa 272.810,9589 2,0208 9.758.925 19.721.049,5339

  Air 318.969,863 17.720,5479 4.149,0186 73.522.883,2860

  3 NaOH 2.367,1233 59,1781 2.594,3500 153.528,6583 93.397.461,4782

  Q out (kJ/ hari) dQ .

   N  H  Q  Q _{pelaru out in} tan dt

  = -11.028.100,0815 + 93.397.461,4782

• – 59.235.885,3327 = 23.133.476,0640 kJ

  6

  = 23,13 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

• –632,1] q = 2.113,3 kJ/kg Jumlah steam yang diperlukan :

  dQ dT

  m =

  q

  6

  23,13 x 10 kJ/hari m  2 . 113 ,

  3 kJ/kg  10.946,612 4 kg/hari

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  B.2 Tangki Pencampur ( M-107 )

  Fungsi : sebagai tempat mencampur LCPKS dari Tangki Pre-Treatment dengan nutrisi.

  FeCl

  2 o

  30 C Na HPO .2H O

  2

  4

  2 o _{4 5}

  30 C LCPKS LCPKS _{3 6} NaOH NaOH

  FeCl

  2 o

  80 C Na HPO .2H O

  2

  4

  2 o _M-107 79,971 C

  Panas masuk alur 3 sama dengan panas keluar tangki Pre-treatment yaitu 132.571.099,5811 kJ/hari.

  353 353 353

  3

  3

  3 Energi masuk alur = N CpdT + N CpdT + N CpdT C6H12O6 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 (M-

107)

  F N N x ∫CpdT (kJ)

  Alur Komponen ∫Cp dT

  (kg/ hari) (kmol/ hari) Karbohidrat 272.810,9589 2,0208 9.758.925 19.721.049,5339

  Air 318.969,863 17.720,5479 4.149,0186 73.522.883,2860

  3 NaOH 2.367,1233 59,1781 2.594,3500 153.528,6583

  4 FeCl 110,663 0,8731 392,3 342,5096

  2

  5 Na HPO .2H O 20,2626 0,1139 986,65 112,3467

  2

  4

2 Q in (kJ/ hari) 93.397.916,3346

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  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 . = (0,8731x 74.943,72) + (0,1139 x -3.400,376)

  H = 65.044,73811 kJ

  Untuk mengetahui suhu keluaran dari M-166, maka dilakukan trial error, sehingga

  o

  didapatkan suhu 79,948

  C,

   Tabel LB.10 Perhitungan Temperatur Keluar dari Tangki Pencampur (M-122)

  F N N x ∫CpdT (kJ)

  Alur Komponen ∫Cp dT

  (kg/ hari) (kmol/ hari) Karbohidrat 272.810,9589 9.751.691,636 19.706.432,19

  2,0208 Air 318.969,863 4.145,9229 73.468.024,83

  17.720,5479 NaOH 2.367,1233 2.592,4271 153.414,8621 6 59,1781

  FeCl 110,663 4.312,1015 3.764,8133

  2

  0,8731 Na HPO .2H O 20,2626 10.845,1056 1.234,8976

  2

  4

  2

  0,1139 93.332.871,5964

  Q out (kJ/ hari) B.3 Bioreaktor Hidrogen ( R-201 )

  Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan hidrogen dengan menggunakan bakteri termofilik.

  H

  2 CO

  2 H S

  2 o ₇

  30 C LCPKS LCPKS _LI NaOH

  NaOH FeCl _{6 8}

  2 FeCl

  Na HPO .2H O

  2

  2

  4

  2 o

  Na HPO .2H O _TC

  60 C

  2

  4

  2 o

  79,971 C _R-201

  Hari Tiarasti 08 0405 047 o

  Temperatur basis = 25 C Reaksi (Dawei Liu, 2008): (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 O + H S 2000H + (g) + 500C H O + 500C H O

  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 (Perry) v 2 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)

• – (-158,4273-208,15) = -155.745,9227 kkal/mol = -651.640.940,6 kJ/kmol

  F awal - karbohidra t F karbohidra t sisa

  r =

1 BM karbohidra t

  272.810,95 89 257 . 580 

  =

  135000 = 0,113 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

• 1500. H CO ] C H O +500. H H O ]

  f 2(g) f

  

6

12 6(s) f 2 (l)
• – [750. H + [H H S -.H H S]

  v 2 l

  2

  = [(2000x0) + (500x -103,93) + (500x -113,73) + (1500x -94,05)]

• – [750x -208,15 + (500x -57,8)] + [4,463 – 0,568] = -64.888,605 kkal/mol = -271.493.923,3 kJ/kmol
• F glukosa awal F glukosa sisa

  r =

  BM glukosa 25 . 209 , 8630  24 . 341 , 3833

  =

  180 = 4,82489 kmol/hari

  r. Hr = (r . Hr ) + (r . Hr ) = (-73.635.426,29) + (-1.309.958.180,0190)

  1

  1

  2

  2

  = - 1.383.593.606,3042 kJ/hari

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  Panas masuk reaktor (R-201) = panas keluar tangki pencampur (M-107) = 93.332.871,5964 kJ

  303 303 303

  8

  8

  8 Entalpi biogas = 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) H

  2 1.357,9866 687,9933 142,6787 96.877,8654

  CO

  2

  7 19.025,6459 432,40104 186,2256 80.524,1229

  H S

  2

  3,2168 0,09442 170,00195 16,0511 177.418,0395

  Q out (kJ/ hari)

333 333 333

  8

  8

  8 Energi keluar = N CpdT + N CpdT + N CpdT + C6H12O6 H2O NaOH

  

  

298 298 298

333 333

  8

  8 N CpdT + N CpdT FeCl2 Na2HPO4.2H2O  

  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) Glukosa 24.341,38326 135,2299 8.280,3 1.119.744,1988

  Karbohidrat 247.590 1,834 6.210.225 11.849.109,3 Air 299.462,5893 16.636,8105 2.633,7882 42.356.082,1509

  8 NaOH 2.367,1233 59,1781 1.650,95 97.700,0553 FeCl 110,663 0,8731 2.746,1 2.397,5674

  2 Na HPO .2H O 20,2626 0,1139 6.906,55 786,4269

  2

  4

  2 Q out (kJ/ hari) 55.425.819,6992 dQ

   Qout  r  Hr  Qin dT

  = (177.418,0395 + 55.425.819,6992) + (-1.383.593.606,3042)

• – 93.332.871,5964 = -1.421.323.240,1619 kJ

  9

  = -1,4213 x 10 kJ

  Hari Tiarasti 08 0405 047 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

  9

  1,4213 x - 10 kJ/hari m 

  ( 125 , 7  251 , 1 ) kJ/kg  11.334.316 ,1097 kg/hari

  B.4 Reaktor Biogas ( R-203)

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

  CH

  4 CO

  2 H S

  2 H O ₉

  2 o

  30 C LCPKS LCPKS LI _{8 10 NaOH} NaOH _TC FeCl2

  FeCl2 Na2HPO4.2H2O

  Na2HPO4.2H2O

  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

  6 12 6 (S) 2 (l) 2 (l)  2250CH 4(g) 2(g) 2 (g) 2 (g)

  ( 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 Hari Tiarasti

  08 0405 047

  H H O = 1.436 kal/ mol

  l

  2 H H O= 9.729 kal/ mol (Perry) v 2 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)

• – (-158,4273-208,15) = -155.745,9227 kkal/mol = -651.640.940,6 kJ/kmol

  F karbohidra t awal F karbohidra - t sisa

  r =

1 BM karbohidra t

  257 . 580  244 . 890

  =

  135 . 000 = 0,094 kmol/hari

  2250. ° CH + 2250. ° CO ] ° C H O ] ΔHr = [ ΔH 4(g) ΔH 2(g) – [750.ΔH

  6 12 6 (S) f f f

• [H H S - H H S] + [H H O - H H O ]

  v 2 l 2 v 2 (g) l 2 (l)

  = [(2250x -17,89) + (2250x -94,05)]

• – (750x -208,15) + (4,463 - 0,568) + (9,729
• – 1,436) kkal/mol = -95.470,312 kkal/mol = -399.447.785,4 kJ/kmol

  F glukosa - awal F glukosa sisa

  r =

  BM glukosa 24 . 341 , 3833 23 . 944 , 3544 

  =

  180

  2,20572 kmol/hari

   =

  r. Hr = (r . Hr ) + (r . Hr ) = (-117.295.369,3) + (-881.068.410,7)

  1

  1

  2

  2

  = - 998.363.780 kJ/hari Panas masuk bioreaktor penghasil biogas (R-221) = panas keluar bioreaktor penghasil hidrogen (R-211) pada alur 8

  = 55.425.819,6992 kJ

  

303 303 303

  8

  8

  8 Entalpi biogas = N CpdT + N CpdT + N CpdT CH4 CO2 H2O

  

  

298 298 298

303

  8

• N CpdT

H2S

   298

  Hari Tiarasti 08 0405 047

  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 3.367,3567 210,4598 180,1007 37.903,9547