APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA Tugas Akhir Tugas Akhir Tugas Akhir Tugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasi dengan proses fermentasi dengan proses fermentasi dengan proses fermentasi 89 APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA Kapasitas produk bioethanol : 1071,39 kg/hari Waktu operasi : 330 hari/tahun ; 24 jam/hari Basis waktu : 1 hari Satuan massa : kg Bahan baku buah jambu mete : 37358,16 kg/hari 1. SCREW PRESS (X-110) Fungsi : untuk memisahkan bagian cair (sari buah) dengan bagian padat (ampas). Kandungan sari buah dalam buah jambu mete = 90% Neraca Massa pada Screw Press (X-110) MASUK (kg) KELUAR (kg) Buah Jambu Mete 37358,16 Sari buah jambu mete 33622,34 Ampas 3735,82 Total 37358,16 Total 37358,16 2. TANGKI PENAMPUNG FEED SARI BUAH (F-123) Fungsi : untuk menampung sari buah jambu mete hasil proses pengepresan sebelum dipompa masuk ke tangki sterilisasi. Komposisi sari buah jambu mete dalam 33622,34 kg Air : 56,55% × 33622,34 = 19011,95 kg Screw Press X-110 Jambu Mete Sari Buah (Ke F-123) Ampas (bagasse) Tangki Feed Sari Buah F-123 Sari Buah Sari Buah (Ke M-130)
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi 89
APPENDIKS A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produk bioethanol : 1071,39 kg/hari
Waktu operasi : 330 hari/tahun ; 24 jam/hari
Basis waktu : 1 hari
Satuan massa : kg
Bahan baku buah jambu mete : 37358,16 kg/hari
1. SCREW PRESS (X-110) Fungsi : untuk memisahkan bagian cair (sari buah) dengan
bagian padat (ampas).
Kandungan sari buah dalam buah jambu mete = 90%
Neraca Massa pada Screw Press (X-110)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Buah Jambu Mete 37358,16 Sari buah jambu mete 33622,34
Ampas 3735,82
Total 37358,16 Total 37358,16
2. TANGKI PENAMPUNG FEED SARI BUAH (F-123) Fungsi : untuk menampung sari buah jambu mete hasil
proses pengepresan sebelum dipompa masuk ke
tangki sterilisasi.
Komposisi sari buah jambu mete dalam 33622,34 kg
Air : 56,55% × 33622,34 = 19011,95 kg
Screw Press
X-110 Jambu Mete Sari Buah
(Ke F-123)
Ampas (bagasse)
Tangki Feed Sari Buah
F-123 Sari Buah Sari Buah
(Ke M-130)
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
90 90
Glukosa : 42,36% × 33622,34 = 14241,68 kg
Mineral : 0,21% × 33622,34 = 69,13 kg
Protein : 0,48% × 33622,34 = 161,31 kg
Lemak : 0,41% × 33622,34 = 138,27 kg
Neraca Massa pada Tangki Feed Sari Buah (F-123)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Buah Jambu Mete - Air 19011,95
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
Ke M-120 - Air 19011,95
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
Total 33622,34 Total 33622,34
3. TANGKI MIXING (M-120) Fungsi : untuk mengubah pH sari buah dari 6 menjadi 5
dengan penambahan H2SO4 98%.
Komponen Massa
(kg)
Fraksi s.g Fraksi*sg
Air 19011,95 0,565 1,000 0,565
Glukosa 14241,68 0,424 1,562 0,662
Mineral 69,13 0,002 1,260 0,003
Protein 161,31 0,005 1,100 0,005
Lemak 138,27 0,004 0,460 0,002
Total 33622,34 1 5,382 1,237
Tangki Mixing
M-120 Feed 30
OC Sari Buah
(Ke M-130)
H2SO4 98%
(dari F-123)
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
91
ρ sari buah = (fraksi × sg) × ρ air pada 30OC
= 1,237 × 995,647 kg/m3
= 1231,46 kg/m3
Volume feed sari buah (V1) = m/ρ
= 33622,34/1231,46
= 27,302 m3
= 27302,82 liter
� Penambahan H2SO4
pH awal (feed) pH awal (feed)
pH = - log [H+] pH = - log [H
+]
6 = - log [H+] 5 = - log [H
+]
[H+] = 10
-6 [H
+] = 10
-5
[H+] = Ma.Ka [H
+] = Ma.Ka
10-6
= Ma1082,1 5 ⋅⋅ − 10-5
= Ma1082,1 5 ⋅⋅ −
M1 = 5,5.10-8
M3 = 5,49.10-6
Volume mash akhir : V3 = V1 + V2
Konsentrasi H2SO4 98% : BM
10%M2
⋅⋅ρ=
98
10988,1 ⋅⋅= = 18 M
Volume H2SO4 98% yang dibutuhkan = V2
M1 . V1 + M2 . V2 = M3 . V3
(5,5.10-8
× 27302,82) + 18 . V2 = 5,49.10-6
× (27302,82 + V2)
0,002 + 18 . V2 = 0,15 + 5,49.10-6
V2
V2 = 0,008 liter
Massa H2SO4 98% yang dibutuhkan = V2 . ρ
= 0,008 × 1,8
= 0,015 kg
Volume H2O dalam H2SO4 98% = 0,02 liter × 0,015
= 0,0003 liter
Massa H2O dalam H2SO4 98% = 0,0003 × 0,99708
= 0,0003 kg
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
92 92
Massa H2O total = H2O yang ditambahkan + H2O dari feed
= 0,0003 + 19011,95 = 19011,9503
Neraca Massa pada Tangki Mixing (M-120)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari F-123 - Air 19011,95
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
Penambahan - H2SO4 0,015
- H2O 0,0003
Ke M-130 - Air 19011,9503
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- H2SO4 0,015
Total 33622,358 Total 33622,358
4. TANGKI STERILISASI (M-130) Fungsi : untuk mensterilkan sari buah agar tidak terjadi
kontaminasi dengan bakteri lain.
Komponen Massa (kg) Fraksi
Air 19011,9503 0,565
Glukosa 14241,68 0,424
Mineral 69,13 0,002
Protein 161,31 0,005
Lemak 138,27 0,004
H2SO4 98% 0,015 1,574 × 10-5
Total 33622,358 1
Tangki Sterilisasi
M-130 Feed Sari Buah Steril
(Ke F-212)
Steam 148OC
(dari M-120)
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
93
Neraca Massa pada Tangki Sterilisasi (M-130)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari M-120 - Air 19011,9503
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- H2SO4 0,015
Ke R-210 - Air 19011,9503
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- H2SO4 0,015
Total 33622,358 Total 33622,358
5. TANGKI PENAMPUNG SARI BUAH STERIL (F-212) Fungsi : untuk menampung sari buah steril sebelum masuk ke
tangki starter dan tangki fermentor yang dilengkapi
dengan coil berfungsi sebagai pendingin.
Karena disini tidak terjadi perubahan massa, maka massa
masuk sama dengan massa keluar (% kehilangan kecil).
Neraca Massa pada Tangki Penampung Sari Buah Steril (F-212)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari M-120 - Air 19011,9503
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- H2SO4 0,015
Ke R-210 - Air 19011,9503
- Glukosa 14241,68
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- H2SO4 0,015
Total 33622,358 Total 33622,358
Tangki Penampung
Sari Buah
F-212
Sari Buah Steril Sari Buah Steril
(Ke R-210) (dari M-130)
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
94 94
6. TANGKI STARTER (R-210) Fungsi : untuk membiakkan bakteri sesuai dengan medianya.
Komponen Massa (kg) fraksi sg fraksi*sg
Air 950,60 0,565 1,000 0,565
Glukosa 712,08 0,424 1,562 0,662
Mineral 3,46 0,002 1,260 0,0026
Protein 8,07 0,005 1,100 0,0053
Lemak 6,91 0,004 0,460 0,0019
H2SO4 0,0007 1,574×10-5
1,834 3,9×10-5
Total 1681,12 1 7,216 1,237
� Larutan
ρ larutan = (fraksi × sg) × ρ air pada 32OC
= 1,237 × 995,026 kg/m3 = 1230,73 kg/m
3
Volume larutan = tanlaru
tanlarum
ρ
= 3
3m37,1
mkg1230,73
kg1681,12=
Nutrien yang ditambahkan : - (NH4)2SO4 = 70 ppm dari mash (Gumbira.,1987)
= kg096,0gr96mashm1
m37,1gr703
3
==×
- H3PO4 = 70 ppm dari mash (Gumbira.,1987)
= kg096,0gr96mashm1
m37,1gr703
3
==×
Tangki Sterilisasi
M-130 5% sari buah (32
OC) Mash (32
OC)
(Ke R-220)
Nutrien Saccharimyces
cereviseae
(dari F-212)
Antifoam
CO2
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
ks = konsentrasi jenuh substrat = rate spesifik produksi ethanol
= 25 mg/liter = 0,025 kg/m3 (Gumbira.,1987)
S tanlaruvolume
)glukosa(substratikonsentras=
3
3m/kg3,521
m 1,37
kg712,08==
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
96 96
( )( )
jam/liter43,03,521025,0
3,52143,0µ =
+
×=
� Menghitung kecepatan tumbuh biomass (Rv)
Rv = µ × Xvo
Xvo = konsentrasi biomass mula-mula
3
3m/kg12,0
m1,57
kg19,0==
Rv = 0,43 liter/jam × 0,12 kg/m3 = 0,05 kg/m
3.jam
Pertumbuhan biomass dilakukan selama 24 jam (1 hari)
Xvt = 24 × Rv
= 24 jam × 0,05 kg/m3.jam
= 1,26 kg/m3
Biomass tumbuh = Xvt × volume larutan
= 1,26 kg/m3 × 1,37 m
3 = 1,72 kg
NERACA MASSA BIOMASS Biomass keluar = biomass masuk + biomass tumbuh
= (0,19 + 1,72) kg
= 1,91 kg
GLUKOSA SISA Bahan masuk = Bahan keluar
5% mash + biomass masuk + nutrien = biomass keluar + H2O +
protein + lemak + mineral
+ glukosa sisa
1681,5 = 970,94 + glukosa sisa
Glukosa sisa = 1681,5 – 970,94 kg = 710,56 kg
Glukosa yang dikonsumsi biomass = 712,08 – 710,56 kg
= 1,52 kg
Pada tangki starter ini telah dihasilkan produk etanol. Hal ini
disebabkan karena dalam tangki ini terdapat biakan biomass
“Saccharomyces cerevisae” dan nutrien-nutrien.
Reaksi I C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
S..cereviseae
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
97
Mol C6H12O6 mula-mula = kmol95,3kmol/kg180
kg 710,56=
Asumsi konversi reaksi glukosa 13% = 0,13 × 3,95
= 0,51 kmol
Mula-mula : 3,95
Reaksi : 0,51 1,02 1,02
Sisa : 3,44 1,02 1,02
Massa C6H12O6 sisa = 3,44 kmol x 180 kg/kmol
= 618,19 kg
Massa C2H5OH terbentuk = 1,02 kmol x 46 kg/kmol
= 47,21 kg
Massa CO2 terbentuk = 1,02 kmol x 44 kg/kmol
= 45,16 kg
Reaksi II
(Austin T. George,1979)
Mol C6H12O6 mula-mula = kmol43,3kmol/kg180
kg 618,19=
Mol H2O mula-mula = kmol81,52kmol/kg18
kg 950,60=
M : 3,43 52,81
B : 3,43 1,72 1,72 1,72 3,43 3,43
S : 0 51,09 1,72 1,72 3,43 3,43
Massa C6H12O6 sisa = 0,00 kmol x 180 kg/kmol = 0,00 kg
Massa H2O sisa = 51,09 kmol x 18 kg/kmol =919,69 kg
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
98 98
Massa CH3COOH terbentuk = 1,72 kmol x 60 kg/kmol
= 103,03 kg
Massa CO2 terbentuk = 3,43 kmol x 44 kg/kmol
= 151,11 kg
Massa C3H8O3 terbentuk = 3,43 kmol x 92 kg/kmol
= 315,96 kg
Total C2H5OH = C2H5OH reaksi I + C2H5OH reaksi II
= (47,21 + 78,99) kg =126,20 kg
Total CO2 = CO2 reaksi I + CO2 reaksi II
= (45,16 + 151,11) kg =196,27 kg
Neraca Massa pada Tangki Starter (R-210)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari F-212
- Air 950,60
- Glukosa 712,08
- Mineral 3,46
- Protein 8,07
- Lemak 6,91
- H2SO4 0,0007
Nutrien - (NH4)2SO4 0,096
- H3PO4 0,096
- S. cerevisiae 0,19
Ke R-220
- Air 919,69
- Glukosa 0,00
- C2H5OH 126,20
- CH3COOH 103,03
- C3H8O3 315,96
- Biomass akhir 1,91
- Mineral 3,46
- Protein 8,07
- Lemak 6,91
CO2 ke gas waste - CO2 196,27
Total 1681,50 Total 1681,50
7. TANGKI FERMENTOR (R-220) Fungsi : membiakkan bakteri sesuai dengan medianya
sehingga menghasilkan produk bioethanol yang
optimal.
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
99
Massa Masuk (kg)
Komponen T.starter
T.Penampung
Sari Buah
Massa
Total
(kg)
fraksi s.g volume
Glukosa 0,00 13529,59 13529,59 0,4024 1,562 8,71
H2O 919,69 18061,35 18981,04 0,565 1,000 19,08
C2H5OH 126,20 - 126,20 0,021 0,789 0,16
CH3COOH 103,03 - 103,03 0,00 1,049 0,10
C3H8O3 315,96 - 315,96 0,00 1,260 0,25
Mineral 3,46 13529,59 69,13 0,002 1,260 0,06
Protein 8,07 18061,35 161,31 0,0048 1,100 0,15
Lemak 6,91 - 138,27 0,004 0,460 0,30
Biomass
akhir 1,91 - 1,91 0,00 1,588 0,00
H2SO4 - 13529,59 0,01 0,00 1,834 0,00
Total 1485,23 18061,35 33426,47 1 28,80
Fraksi glukosa totalberat
glukosaberat=
ρ air pada 32°C = 995,026 kg/m3 (Perry 7th, 1974)
Volume glukosa C32airglukosasg
glukosaberatoρ×
=
Tangki
Fermentor
R-220
95% sari buah (32OC)
Etanol 8 % (32OC)
(Ke D-310)
(dari F-212)
Antifoam
CO2
Biakan (32OC)
(dari R-210)
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
100 100
ρ larutan tanlaruv
tanlarum=
3m/kg71,116028,80
33426,47==
Volume larutan tanlaru
tanlarum
ρ=
3m/kg80,2871,1160
33426,47==
Antifoam yang ditambahkan = 10 ppm
kg29,0
m80,28m/kg01,0
tanlaruvolumem/kg01,0
m1
dm10
mg10
kg1
dm
mg10
liter
mg10ppm10
33
3
3
33
63
=
×=
×=
⋅
⋅
==
� Perhitungan neraca biomass untuk menghitung
pertumbuhan bakteri Dengan menggunakan persamaan ”Monod” yaitu :
ks = konsentrasi jenuh substrat = rate spesifik produksi ethanol
= 25 mg/liter = 0,025 kg/m3 (Gumbira.,1987)
S tanlaruvolume
)glukosa(substratikonsentras=
3
3m/kg81,469
m 28,80
kg13529,59==
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
101
( )( )
jam/liter43,081,469025,0
81,46943,0µ =
+
×=
� Menghitung kecepatan tumbuh biomass (Rv)
Rv = µ × Xvo
Xvo = konsentrasi biomass mula-mula
3
3m/kg07,0
m 28,80
kg1,91==
Rv = 0,43 liter/jam × 0,07 kg/m3 = 0,03 kg/m
3.jam
Pertumbuhan biomass dilakukan selama 24 jam (1 hari)
Xvt = 24 × Rv
= 24 jam × 0,03 kg/m3.jam
= 0,91 kg/m3
Biomass tumbuh = Xvt × volume larutan
= 0,91 kg/m3 × 28,80 m
3 =26,24 kg
NERACA MASSA BIOMASS Biomass keluar = biomass masuk + biomass tumbuh
= (1,91 + 26,24) kg
= 28,15 kg
GLUKOSA SISA Bahan masuk = Bahan keluar
95% mash + biomass masuk + nutrien = biomass keluar + H2O +
protein + lemak + mineral
+ glukosa sisa
31943,44 = 19377,91 + glukosa sisa
Glukosa sisa = 31943,44 – 19377,91 kg
= 12565,53 kg
Glukosa yang dikonsumsi biomass = 13529,59 –12565,53 kg
= 964,06 kg
Reaksi I
Mol C6H12O6 mula-mula = kmol69,81kmol/kg180
kg 12565,53=
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 S..cereviseae
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
102 102
Asumsi konversi reaksi glukosa 32% = 0,32 × 69,81
= 22,34 kmol
Mula-mula : 69,81
Reaksi : 22,34 44,68 44,68
Sisa : 47,47 44,68 44,68
Massa C6H12O6 sisa = 47,47 kmol x 180 kg/kmol
= 8544,56 kg
Massa C2H5OH terbentuk = 44,68 kmol x 46 kg/kmol
= 2055,16 kg
Massa CO2 terbentuk = 44,68 kmol x 44 kg/kmol
= 1965,81 kg
Reaksi II
(Austin T. George, 1979)
Mol C6H12O6 mula-mula = kmol47,47kmol/kg180
kg 8544,56=
Mol H2O mula-mula = kmol50,1054kmol/kg18
kg 18981,04=
M : 47,47 1054,50
B : 47,47 23,73 23,73 23,73 47,47 47,47
S : 0 1030,77 23,73 23,73 47,47 47,47
Massa C6H12O6 sisa = 0,00 kmol x 180 kg/kmol = 0,00 kg
Massa H2O sisa = 1030,77 kmol x 18 kg/kmol = 18553,81 kg
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
103
= 2088,67 kg
Massa C3H8O3 terbentuk = 47,47 kmol x 92 kg/kmol
= 4367,22 kg
Total C2H5OH = C2H5OH reaksi I + C2H5OH reaksi II
+ C2H5OH starter
= (2055,16 + 1091,80 + 126,20) kg
= 3273,17 kg
Total CO2 = CO2 reaksi I + CO2 reaksi II
= (1965,81 + 2088,67) kg = 4054,48 kg
Total CH3COOH = CH3COOH reaksi II + CH3COOH starter
= (1424,09 + 103,03) kg
= 1527,12 kg
Total C3H8O3 = C3H8O3 reaksi II + C3H8O3 starter
= (4367,22 + 315,96) kg = 4683,18 kg
Neraca Massa pada Tangki Fermentor (R-220)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari F-212 - Air 18061,35
- Glukosa 13529,59
- Mineral 65,68
- Protein 153,25
- Lemak 131,36
- H2SO4 0,01
Antifoam 0,29
Dari R-210 - Air 919,69
- Glukosa 0,00
- C2H5OH 126,20
- CH3COOH 103,03
- C3H8O3 315,96
- Biomass akhir 1,91
- Mineral 3,46
Ke D-310 - Air 18553,81
- Glukosa 0,00
- C2H5OH 3273,17
- CH3COOH 1527,12
- C3H8O3 4683,18
- Biomass akhir 28,15
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- Antifoam 0,29
CO2 ke gas waste - CO2 13704,35
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
104 104
- Protein 8,07
- Lemak 6,91
- CO2 196,27
Total 32488,92 Total 32488,92
8. TANGKI PENAMPUNG FEED (F-221)
Fungsi : untuk menampung feed hasil fermentasi sebelum masuk
ke Beer Still.
Karena disini tidak terjadi perubahan massa, maka massa
masuk sama dengan massa keluar (% kehilangan kecil).
Neraca Massa pada Tangki Penampung Feed (F-221)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari D-310 - Air 18553,81
- Glukosa 0,00
- C2H5OH 3273,17
- CH3COOH 1527,12
- C3H8O3 4683,18
- Biomass akhir 28,15
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- Antifoam 0,29
Ke E-222 - Air 18553,81
- Glukosa 0,00
- C2H5OH 3273,17
- CH3COOH 1527,12
- C3H8O3 4683,18
- Biomass akhir 28,15
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
- Antifoam 0,29
Total 29011,97 Total 29011,97
Tangki Penampung
Ethanol
F-221
Feed Feed
(Ke E-222) (dari R-220)
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
105
9. PRE-HEATER (E-222)
Neraca Massa pada Pre- Heater (E-222)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari F-221
- H2O 18553,81
- C2H5OH 3273,17
- CH3COOH 1527,12
- C3H8O3 4683,18
- Biomass akhir 28,15
- Antifoam 0,29
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
Ke D-310
- H2O 18553,81
- C2H5OH 3273,17
- CH3COOH 1527,12
- C3H8O3 4683,18
- Biomass akhir 28,15
- Antifoam 0,29
- Mineral 69,13
- Protein 161,31
- Lemak 138,27
TOTAL 29011,97 TOTAL 29011,97
Pre-Heater
(E-222)
Filtrat 32oC
Steam 148oC
Kondensat
Feed 93,356oC
Dari F-221
Ke D-310
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
106 106
D1
F1
B1
10. BEER STILL (D-310)
Tekanan pada “enriching section” = 1 atm
Tekanan pada feed = 1 atm
Tekanan pada “reboiler” = 1 atm
Untuk fraksi antifoam, biomass akhir, lemak, protein, mineral
akan langsung turun menjadi “bottom product”.
FEED (F)
Menentukan T dari feed Massa dari feed distilasi yang masuk ke kolom distilasi ini
diperoleh dari massa yang keluar dari “Tangki Fermentor”,
sehingga sudah dapat dilakukan trial suhu dari feed. Hal ini
disebabkan karena komposisi dari feednya sudah benar.
Kondisi operasi P = 760 mmHg
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
107
t trial = 93,3566oC
T = (273 + 93,356) K = 366,356 K
o
ii
P
PK = dimana
( )
+−=
TC
BAPln
sat (Smith 5th., 1996)
( )
755,1760
638,1333K
mmHg638,1333Pi
196,7
356,36668,41
98,38039119,18Pln
i
i
==
=
=
+=
Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain
berdasarkan data dari literatur.
Ki = konstanta keseimbangan liquida-uap
Dimana Kc komponen yang paling berat (“Heavy Key”) = Air
c
iI
K
KaargH =α (Geankoplis 4
th., 2003)
misalnya perhitungan pada light key
248,278,0
755,1i ==α
αI = volatilitas relatif
Untuk “bubble point” pada distilasi multi komponen adalah:
Perhitungan “Bubble Point” untuk komponen keseluruhan:
Komponen Boiling Point A B C
C2H5OH (LK) 351,5 K 18,9119 3803,98 -41,68
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
108 108
H2O (HK) 373,2 K 18,3036 3816,44 -46,13
CH3COOH 391,1 K 16,808 3405,57 -56,34
C3H8O3 563 K 17,2392 4487,04 -140,2
(Reid.,.The Properties of Gases and Liquids..Hal.624)
P operasi = 1 atm = 760 mmHg
t trial = 93,356oC
T = (273 + 93,356) K = 366,356 K
Dipilih light key adalah etanol dan heavy key adalah air.
Komponen BM Massa
(kg) Kmol xF
C2H5OH (LK) 46 136,38 2,96 0,06
H2O (HK) 18 773,08 42,95 0,87
CH3COOH 60 63,63 1,06 0,02
C3H8O3 92 195,13 2,12 0,04
Jumlah 1168,22 49,09 1
Komponen Ln Pi Pi Ki αi
C2H5OH (LK) 7,20 1333,64 1,75 2,25
H2O (HK) 6,39 593,27 0,78 1
CH3COOH 5,82 337,94 0,44 0,57
C3H8O3 -2,60 0,07 9,76 ×10-5
1,25 ×10-4
Komponen αi.xF yi log αi
C2H5OH (LK) 0,14 0,13 0,35
H2O (HK) 0,87 0,86 0,00
CH3COOH 0,01 0,01 -0,24
C3H8O3 5,40 ×10-6
5,28×10-6
-3,90
Jumlah 1,02 1,000
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
109
Asumsi distribusi produk distilat dan bottom :
1. Ethanol (light key) di overhead = 0,89 feed
2. Air (heavy key) di bottom = 0,89 feed
� C2H5OH (LK)
n distilat = 0,89 x kmol C2H5OH = 0,05 kmol
n bottom = 0,11 x kmol C2H5OH = 0,007 kmol
� H2O (HK)
n distilat = 0,11 x kmol H2O = 0,096 kmol
n bottom = 0,89 x kmol H2O = 0,779 kmol
Komposisi n distilat N bottom mol D/B log D/B
C2H5OH (LK) 0,05 0,007 8,09 0,908
H2O (HK) 0,096 0,779 0,12 -0,908
Komposisi log α log D/B
C2H5OH(LK) 0,352 0,908
H2O (HK) 0 -0,908
Grafik distribusi komponen dalam distilat dan bottom
y = 4,7393x - 0,908
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
log α
log
D/B
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
110 110
Untuk distribusi komponen dalam distilat (produk atas) dan
bottom (produk bawah) dengan membuat persamaan garis antara
heavy key dan light key dengan absis log α dan ordinat log(D/B)
diperoleh persamaan sebagai berikut (Winkle.,1967) :
log(D/B) = m log( α ) + c
Persamaan grafik : y = 4,7393 x – 0,908
m = 4,7393
c = -0,908
DISTILAT (D)
Menentukan T “Buble Point” dari distilat
P = 1 atm = 760 mmHg
T trial = 90,20 0C = 363,20
0K
Komponen log(D/B) D/B kmol xD(mol)
C2H5OH (LK) 0,76 5,74 2,53 0,35
H2O (HK) -0,91 0,12 4,72 0,65
CH3COOH -2,07 0,01 0,01 1,24×10-3
C3H8O3 -19,41 3,93×10-20
8,34×10-20
1,15×10-20
Total 7,259 1
Komponen Ln Pi Pi Ki yi=Ki.xD
C2H5OH (LK) 7,08 1188,75 1,56 0,54
H2O (HK) 6,27 526,90 0,69 0,45
CH3COOH 5,71 301,83 0,40 4,94×10-4
C3H8O3 -2,88 0,06 7,37×10-5
8,47×10-25
Jumlah 1
Trial suhu = 90,20 0C = 363,20
0K benar
Menentukan T “Dew Point” dari distilat
Kondisi operasi P = 760 mmHg
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
111
t trial = 93,92oC
T = (273 + 93,92) K = 366,92 K
Komponen yi Ln Pi Pi Ki xi=yi/Ki
C2H5OH
(LK) 0,35 7,22 1361,01 1,79 0,19
H2O (HK) 0,65 6,41 605,83 0,80 0,82
CH3COOH 0,001 5,84 344,75 0,45 0,003
C3H8O3 1,15×10-20
-2,55 0,08 0,0001 1,12×10-16
Jumlah 1 1
Trial suhu = 93,92oC = 366,92 K benar
BOTTOM (B)
Menentukan T “Bubble Point” dari bottom distilasi P = 1 atm = 760 mmHg
T trial = 101,90oC = 374,90
oK
Kmol bottom/kmol feed = kmol feed-kmol distillat
Komponen log(D/B) D/B kmol xB(mol)
C2H5OH(LK) 0,76 5,74 0,44 0,01
H2O(HK) -0,91 0,12 38,22 0,91
CH3COOH -2,07 0,01 1,05 0,03
C3H8O3 -19,41 3,93 ×10-20
2,12 0,05
Jumlah 41,84 1
Komponen Ln Pi Pi Ki yi =Ki .xB
C2H5OH (LK) 7,50 1800,97 2,37 0,02
H2O (HK) 6,70 808,65 1,06 0,97
CH3COOH 6,12 453,72 0,60 0,02
C3H8O3 -1,88 0,15 0,0002 1,02×10-5
Jumlah 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
112 112
Trial suhu = 101,90oC = 374,90
oK benar
Menentukan T “Dew Point” dari bottom distilasi P = 1 atm = 760 mmHg
T trial = 201,30oC = 474,30
oK
Komponen yi Ln Pi Pi Ki xi=yi/Ki
C2H5OH(LK) 0,01 10,12 24810,20 32,65 0,0003
H2O(HK) 0,91 9,39 11970,79 15,75 0,06
CH3COOH 0,03 8,66 5767,09 7,59 0,003
C3H8O3 0,05 3,81 45,10 0,06 0,85
Total 1 1
Trial suhu = 201,30oC = 474,30
oK benar
Menghitung jumlah stage minimum untuk Beer Still Metode yang digunakan untuk menentukan jumlah plate
αL, avg = rata–rata α light key C2H5OH pada distilat dan bottom
αeth,av = ethBα
ethDα = 2,24
Nm = 4,76 (teoritical stages)
Jumlah tray teoritis = 4,76 – 1 = 3,76
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
113
Menentukan refluks minimum beer still Kondisi operasi :
P = 1 atm = 760 mmHg.
T dew point distilat = 366,920K
T bubble point bottom = 374,90 0K
T feed average = (366,92+374,90) / 2
= 370,91 °K
Persamaan 1 – q = ]θ)
i(α
)if
xi.
(α[
−∑
(Geankoplis 3th
, 1997)
Feed masuk pada titik didihnya, sehingga harga q=1 (Geankoplis 3th
,1997)
Maka θα
.xα
i
ifi
−= 0
Ki = oP
iP
dimana ln Pi = ]C)(T
B[A
+− (Smith, 1996)
Harga c
i
K
Kα = (Geankoplis 3
th, 1997)
Dimana : Ki = konstanta kestimbangan uap
Kc = komponen yang paling berat (Heavy Key) = air
yi = komposisi uap
αI = volatilitas relative
Ditentukan :
Light key = C2H5OH (A)
Heavy key = H2O (B)
Trial θ = 2,0672
Contoh perhitungan pada komposisi H2O berdasarkan rumus
diatas :
ln Pi = ]C)(T
B[A
+− =18,304 -
[ ])13,46(370,91
3.816,44
−+ = 6,55
Pi = 701,17
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
114 114
Ki = Po
Pi =
760
701,17= 0,92
xf = fraksi mol H2O pada feed = 0,870
Kc
Kiαi =
0,870
0,870= = 1
θαi
.xf αi
−=
2,0672-1
0,870 x 1= -0,82
Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain
berdasarkan data dibawah ini.
Komposisi BM A B C
C2H5OH (LK) 46 18,912 3.803,98 -41,68
H2O (HK) 18 18,304 3.816,44 -46,13
CH3COOH 60 16,808 3.405,57 -56,34
C3H8O3 92 17,239 4.487,04 -140,2
Komponen αi αi.xf/α-θ αi.xd /αi - θ
C2H5OH(LK) 2,24 0,80 4,59
H2O(HK) 1,00 -0,82 -0,61
CH3COOH 0,57 -0,01 -0,0005
C3H8O3 0,0002 -2,29×10-7
0,000
Total 3,80 0,00 3,98
Sebagai referensi adalah air (heavy key) :
1-q = θαi
.xf αi
−∑
Komponen ln Pi Pi Ki xf
C2H5OH(LK) 7,36 1568,27 2,06 0,06
H2O (HK) 6,55 701,17 0,92 0,87
CH3COOH 5,98 396,19 0,52 0,02
C3H8O3 -2,21 0,11 0,0001 0,04
Total 17,68 2665,74 3,51 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
115
θαi
.xf αi
−∑ = 0,000
Maka trial θ = 2,0672 adalah benar
Menghitung refluks minimum R =1,2 - 1,5 Rm (Geankoplis 3
th, 1997)
Asumsi R = 1,5 Rm.
∑
−=+
θ)i
(α
i.α
iDx
1mR
1θ)
i(α
i.α
iDx
mR −∑−
=
(Geankoplis 3th
, 1997)
Rm+1 = 3,98
Rm = 3,98-1 = 2,98
R = 1,5Rm = 3,58
Menghitung jumlah stage teoritis – metode Erbar-
Maddox
1R
R
+=
13,58
3,58
+ = 0,78
1Rm
Rm
+=
12,98
2,98
+ = 0,75
Dari fig.11.7-3, diperoleh: 0,6N
mN= (Geankoplis 3
th, 1997)
N = 6,0
4,76
Dari Erbar-Maddox, diperoleh: N = 7,93 (Geankoplis 3th, 1997)
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
116 116
Menentukan lokasi feed plate metode Kirkbride
=
2
)HD
(x
)LB
(x
D
B
)LF
(x
)HF
(x0,206log
Ns
eNlog
(Geankoplis 3th
, 1997)
Dimana :
Xhf = fraksi kmol heavy key H2O pada feed = 0,88
Xlf = fraksi kmol light key H2O pada feed = 0,06
W = Σ kg bottom yang didapat dari hasil penentuan grafik
distribusi komponen distilat dan bottom =966,48 kg
D = Σ kg distilat yang didapat dari hasil penentuan grafik
distribusi komponen distilat dan bottom = 201,74 kg
Xlb = xb light key pada bottom = 0,01
Xhd = xd heavy key H2O pada distilat = 0,65
-0,36sN
eNlog =
44,0sN
eN=
Ne + Ns = N = 7,93
Ne / Ns = 0,44
0,44 Ns + Ns =7,93
1,44 Ns = 7,93
Ns = 6,49
Ne = 1,44
Ns = jumlah stage di bawah feed plate = 6,49
Ne = jumlah stage di atas feed plate = 1,44
Menghitung neraca massa kondensor
RD
L=
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
117
D = 7,26 kgmol (Σ kgmol distilat pada distribusi komponen)
L = R x D
= 3,58 × 7,26 kgmol
= 25,97 kgmol
V = D (R +1)
= 7,26 (3,58 + 1) = 7,26 kmol
Vi = V . yvi = 7,26 × 0,35 = 2,53 kmol
Li = L . xLi = 78,002 × 0,35 = 9,04 kmol
Di = D . xDi = 7,26 × 0,35 = 2,53 kmol
Karena kondensasi total, maka yV = xL = xD
Komposisi yv = xl = xd
C2H5OH (LK) 0,35
H2O (HK) 0,65
C3H8O3 0,00
CH3COOH 0,00
Total 1
Neraca massa Kondensor :
Komposisi V (kmol) L (kmol) D (kmol)
C2H5OH (LK) 2,53 9,04 2,53
H2O(HK) 4,72 16,91 4,72
C3H8O3 0,01 0,03 0,03
CH3COOH 8,34×10-20
2,98×10-19
8,34×10-20
Total 7,26 25,97 7,28
Komposisi V (kg) L (kg) D (kg)
C2H5OH (LK) 116,16 415,66 19120,23
H2O (HK) 85,04 304,29 85,04
C3H8O3 0,54 1,94 1,94
CH3COOH 0,00 0,00 0,00
Total 201,74 721,89 19207,20
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
118 118
Menghitung neraca massa reboiler Pada t =370,91
oK, jumlah uap yang dihasilkan reboiler dapat
dihitung dengan cara trial dan error dengan persamaan:
Trial L = 95%
V = 5 %
zi = xi (L + V.Ki)
L = 1 - V dan Σzi = 1
Contoh perhitungan dari rumus diatas untuk komponen H2O :
kgmol yang digunakan adalah kgmol H2O pada bottom produk.
xi = kgmol
O2
H mol kg
∑=
41,84
38,22= 0,91
zi = xi (L + V.Ki)
zi = 0,91 (0,95 + (0,05 x 1,06)
= 0,92
yi = xb
O2
H xb
∑= 0,97
Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain
berdasarkan data dibawah ini :
Komposisi kgmol xi ki
C2H5OH 0,44 0,01 2,37
H2O 38,22 0,91 1,06
C3H8O3 1,05 0,03 0,60
CH3COOH 2,12 0,05 0,00
Total 41,84 1 4,03
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
119
Karena Σzi = 1, maka trial L = 95% dan V = 5% benar
Jumlah mol produk bawah = 38,22 kmol
Jumlah mol produk uap = % 95
% 5x 38,22 kmol
= 2,02 kmol
Jumlah mol feed reboiler = jumlah mol produk bawah +
jumlah mol produk uap
= 38,22 + 2,02 kmol
= 40,24 kmol
Neraca massa reboiler :
Keluar (kmol) Komposisi Masuk (kmol)
uap liquid
C2H5OH 0,46 0,02 0,44
H2O 40,24 2,02 38,22
CH3COOH 1,11 0,06 1,05
C3H8O3 2,12 0,00 2,12
2,09 41,84
Total 43,93 43,93
Komposisi zi= xi(L + V.Ki) Yi
C2H5OH 0,01 0,02
H2O 0,92 0,97
C3H8O3 0,02 0,02
CH3COOH 0,05 0,00
Total 1 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
120 120
Keluar (kg) Komposisi Masuk (kg)
uap Liquid
C2H5OH 21,29 1,06 20,22
H2O 724,25 36,21 688,04
CH3COOH 66,41 3,32 63,09
C3H8O3 195,13 0,00 195,13
40,60 966,48
Total 1007,08 1007,08
Sehingga distribusi komposisi Feed, Distilat, dan Bottom adalah
sebagai berikut :
Feed Distilat Bottom
Komponen kgmol
Massa
(kg) kgmol
Massa
(kg) kgmol
Massa
(kg)
C2H5OH(LK) 3,43 157,67 2,53 116,16 0,88 60,67
H2O(HK) 83,18 1497,33 4,72 85,04 76,45 2064,11
CH3COOH 2,17 130,04 0,01 0,54 2,10 189,27
C3H8O3 4,24 390,27 0,00 0,00 4,24 585,40
Total 49,09 3101,18 7,26 201,74 83,67 2899,44
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
121
Neraca Massa pada Beer Still (D-310)
Masuk Keluar
Dari R-220 :
C2H5OH 157,67
H2O 1497,33
CH3COOH 130,04
C3H8O3 390,27
Biomass akhir 28,15
Antifoam 0,29
Mineral 69,13
Protein 161,31
Lemak 138,27
Distilat ke D-320:
C2H5OH 116,16
H2O 85,04
CH3COOH 0,54
C3H8O3 0,00
Bottom produk
C2H5OH 60,67
H2O 2064,11
CH3COOH 189,27
C3H8O3 585,40
Biomass akhir 28,15
Antifoam 0,29
Mineral 69,13
Protein 161,31
Lemak 138,27
Total 3539,32 Total 3539,32
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
122 122
D1
F1
B1
11. RECTIFYING COLUMN (D-320)
Tekanan pada “enriching section” = 1 atm
Tekanan pada feed = 1 atm
Tekanan pada “reboiler” = 1 atm
Menentukan T dari feed Massa dari feed distilasi yang masuk ke kolom distilasi ini
diperoleh dari massa yang keluar dari “Beer Still”, sehingga
sudah dapat dilakukan trial suhu dari feed. Hal ini disebabkan
karena komposisi dari feednya sudah benar.
Kondisi operasi P = 760 mmHg
t trial = 92,53oC
T = (273 + 92,53) K = 365,53 K
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
123
o
ii
P
PK = dimana
( )
+−=
TC
BAPln
sat (Smith 5th.,
1996)
( )
70,1760
37,1294K
mmHg37,1294Pi
17,7
53,36568,41
98,38039119,18Pln
i
i
==
=
=
+−−=
Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain
berdasarkan data dari literatur.
Ki = konstanta keseimbangan liquida-uap
Dimana Kc komponen yang paling berat (“Heavy Key”) = Air
c
iI
K
KaargH =α (Geankoplis 4
th., 2003)
misalnya perhitungan pada light key
25,276,0
70,1i ==α
αI = volatilitas relatif
Untuk “bubble point” pada distilasi multi komponen adalah:
Perhitungan “Bubble Point” untuk komponen keseluruhan:
Komponen Boiling Point A B C
C2H5OH (LK) 351,5 K 18,9119 3803,98 -41,68
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
124 124
H2O (HK) 373,2 K 18,3036 3816,44 -46,13
CH3COOH 391,1 K 16,808 3405,57 -56,34
C3H8O3 563 K 17,2392 4487,04 -140,2
(Reid.,.The Properties of Gases and Liquids..Hal.624)
P operasi = 1 atm = 760 mmHg
t trial = 92,53oC
T = (273 + 92,53) K = 365,53 K
Dipilih light key adalah etanol dan heavy key adalah air.
Komponen BM massa
(kg) Kmol xF
C2H5OH (LK) 46 116,16 2,53 0,35
H2O (HK) 18 85,04 4,72 0,65
CH3COOH 60 0,54 0,01 0,00
C3H8O3 92 0,00 0,00 0,00
Total 201,74 7,26 1
Komponen Ln Pi Pi Ki αi αi.xF yi log αi
C2H5OH (LK) 7,17 1294,37 1,70 2,25 0,55 0,78 0,35
H2O (HK) 6,35 575,26 0,76 1,00 0,45 0,65 0,00
CH3COOH 5,79 328,16 0,43 0,57 0,00 0,00 -0,24
C3H8O3 -2,67 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 -3,92
Total 1,43 1
Asumsi distribusi produk distilat dan bottom :
1. Ethanol (light key) di overhead = 0,99 feed
2. Air (heavy key) di bottom = 0,89 feed
� C2H5OH (LK)
n distilat = 0,99 x kmol C2H5OH = 0,31 kmol
n bottom = 0,01 x kmol C2H5OH = 0,003 kmol
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
125
� H2O (HK)
n distilat = 0,11 x kmol H2O = 0,07 kmol
n bottom = 0,89 x kmol H2O = 0,58 kmol
Komposisi n distilat n bottom mol D/B log D/B
C2H5OH (LK) 0,31 0,003 99 1,996
H2O (HK) 0,07 0,58 0,12 -0,908
Komposisi log α log D/B
C2H5OH(LK) 0,352 1,996
H2O (HK) 0 -0,908
Grafik distribusi komponen dalam distilat dan bottom
y = 5,2932x - 0,908
-1.500
-1.000
-0.500
0.000
0.500
1.000
1.500
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400
log α
log
D/B
Untuk distribusi komponen dalam distilat (produk atas) dan
bottom (produk bawah) dengan membuat persamaan garis antara
heavy key dan light key dengan absis log α dan ordinat log(D/B)
diperoleh persamaan sebagai berikut (Winkle.,1967) :
log(D/B) = m log( α ) + c
Persamaan grafik : y = 5,2932 x – 0,908
m = 5,2932
c = -0,908
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
126 126
DISTILAT (D)
Menentukan T “Buble Point” dari distilat
P = 1 atm = 760 mmHg
T trial = 81,43oC = 354,43
oK
Komponen log(D/B) D/B kmol xD(mol)
C2H5OH (LK) 0,96 9,04 2,27 0,81
H2O (HK) -0,91 0,12 0,52 0,19
CH3COOH -2,20 0,01 0,00 0,00
C3H8O3 -21,66 0,00 0,00 0,00
Total 2,79 1
Komponen Ln Pi Pi Ki yi=Ki.xD
C2H5OH (LK) 6,75 853,12 1,12 0,91
H2O (HK) 5,92 374,14 0,49 0,09
CH3COOH 5,38 217,75 0,29 0,00
C3H8O3 -3,71 0,02 0,00 0,00
Total 1
Trial suhu = 81,43oC = 354,43
oK benar
Menentukan T “Dew Point” dari distilat
Kondisi operasi P = 760 mmHg
t trial = 83,72oC
T = (273 + 83,72) K = 356,72 K
Komponen yi Ln Pi Pi Ki xi=yi/Ki
C2H5OH (LK) 0,81 6,84 931,98 1,23 0,66
H2O (HK) 0,19 6,02 409,89 0,54 0,34
CH3COOH 0,00 5,47 237,57 0,31 0,00
C3H8O3 0,00 -3,48 0,03 0,00 0,00
Total 1 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
127
Trial suhu = 83,72oC = 356,72 K benar
BOTTOM (B)
Menentukan T “Bubble Point” dari bottom distilasi P = 1 atm = 760 mmHg
T trial = 98,35oC = 371,35
oK
Kmol bottom/kmol feed = kmol feed-kmol distillat
Komponen log(D/B) D/B kmol xB(mol)
C2H5OH(LK) 0,96 9,04 0,25 0,06
H2O(HK) -0,91 0,12 4,20 0,94
CH3COOH -2,20 0,01 0,01 0,00
C3H8O3 -21,66 0,00 0,00 0,00
Jumlah 4,47 1
Komponen Ln Pi Pi Ki yi =Ki .xB
C2H5OH (LK) 7,37 1592,64 2,10 0,12
H2O (HK) 6,57 712,41 0,94 0,88
CH3COOH 6,00 402,22 0,53 0,00
C3H8O3 -2,17 0,11 0,00 0,00
Jumlah 1
Trial suhu = 98,35oC = 371,35
oK benar
Menentukan T “Dew Point” dari bottom distilasi
P = 1 atm = 760 mmHg
T trial = 99,20oC = 372,20
oK
Komponen yi Ln Pi Pi Ki xi=yi/Ki
C2H5OH(LK) 0,06 7,40 1640,61 2,16 0,03
H2O(HK) 0,94 6,60 734,54 0,97 0,97
CH3COOH 0,00 6,03 414,10 0,54 0,00
C3H8O3 0,00 -2,10 0,12 0,00 0,00
Total 1 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
128 128
Trial suhu = 99,20oC = 372,20
oK benar
Menghitung jumlah stage minimum untuk Rectifying
Column Metode yang digunakan untuk menentukan jumlah plate
αL, avg = rata–rata α light key C2H5OH pada distilat dan bottom
αeth,av = ethBα
ethDα = 2,26
Nm = 5,27 (teoritical stages)
Jumlah tray teoritis = 5,27 – 1 = 4,27
Menentukan refluks minimum Rectifying Column Kondisi operasi :
P = 1 atm = 760 mmHg.
T dew point distilat = 356,720K
T bubble point bottom = 371,35 0K
T feed average = (356,72+371,35) / 2
= 364,04°K
Persamaan 1 – q = ]θ)
i(α
)if
xi.
(α[
−∑
(Geankoplis 3th
, 1997)
Feed masuk pada titik didihnya, sehingga harga q=1 (Geankoplis 3th
, 1997)
Maka θα
.xα
i
ifi
−= 0
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
129
Ki = oP
iP
dimana ln Pi = ]C)(T
B[A
+− (Smith, 1996)
Harga c
i
K
Kα = (Geankoplis 3
th, 1997)
Dimana : Ki = konstanta kestimbangan uap
Kc = komponen yang paling berat (Heavy Key) = air
yi = komposisi uap
αI = volatilitas relative
Ditentukan :
Light key = C2H5OH (A)
Heavy key = H2O (B)
Trial θ = 2,23
Contoh perhitungan pada komposisi H2O berdasarkan rumus
diatas :
ln Pi = ]C)(T
B[A
+− =18,304 -
[ ])13,46(364,04
3.816,44
−+ = 6,30
Pi = 543,83
Ki = Po
Pi =
760
543,83= 0,72
xf = fraksi mol H2O pada feed = 1,15 × 10-20
Kc
Kiαi =
0,72
0,72= = 1
θαi
.xf αi
−=
2,23-1
10 1,15 1 -20××= -9,34 × 10
-21
Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain
berdasarkan data dibawah ini.
Komposisi BM A B C
C2H5OH (LK) 46 18,912 3.803,98 -41,68
H2O (HK) 18 18,304 3.816,44 -46,13
CH3COOH 60 16,808 3.405,57 -56,34
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
130 130
C3H8O3 92 17,239 4.487,04 -140,2
Komponen αi αi.xf/α-θ αi.xd /αi - θ
C2H5OH(LK) 2,25 0,12 5,30
H2O(HK) 1 -9,34×10-21
-0,77
CH3COOH 0,57 -0,34 -6,93×10-4
C3H8O3 1,11×10-5
0,00 0,00
Total 3,83 0,00 4,54
Sebagai referensi adalah air (heavy key) :
1-q = θαi
.xf αi
−∑
θαi
.xf αi
−∑ = 0,000
Maka trial θ = 2,23 adalah benar
Menghitung refluks minimum R =1,2 - 1,5 Rm (Geankoplis 3
th, 1997)
Asumsi R = 1,5 Rm.
∑
−=+
θ)i
(α
i.α
iDx
1mR
1θ)
i(α
i.α
iDx
mR −∑−
=
(Geankoplis 3th
, 1997)
Rm+1 = 4,54
Komponen ln Pi Pi Ki xf
C2H5OH(LK) 7,11 1225,75 1,61 1,24×10-3
H2O (HK) 6,30 543,83 0,72 1,15×10-20
CH3COOH 5,74 311,06 0,41 1
C3H8O3 -2,81 0,06 0,00 0,00
Total 16,34 2080,70 2,74 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
131
Rm = 4,54-1 = 3,54
R = 1,5Rm = 5,31
Menghitung jumlah stage teoritis – metode Erbar-
Maddox
1R
R
+=
15,31
5,31
+ = 0,84
1Rm
Rm
+=
13,54
3,54
+ = 0,78
Dari fig.11.7-3, diperoleh: 0,65N
mN= (Geankoplis 3
th, 1997)
N = 65,0
5,27
Dari Erbar-Maddox, diperoleh: N = 8,11 (Geankoplis 3th, 1997)
Menentukan lokasi feed plate metode Kirkbride
=
2
)HD
(x
)LB
(x
D
B
)LF
(x
)HF
(x0,206log
Ns
eNlog
(Geankoplis 3th
, 1997)
Dimana :
Xhf = fraksi kmol heavy key H2O pada feed = 1,15 × 10-20
W = Σ kg bottom yang didapat dari hasil penentuan grafik
distribusi komponen distilat dan bottom = 87,79 kg
D = Σ kg distilat yang didapat dari hasil penentuan grafik
distribusi komponen distilat dan bottom = 113,95 kg
Xlb = xb light key pada bottom = 0,06
Xhd = xd heavy key H2O pada distilat = 0,19
75,3sN
eNlog −=
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
132 132
41079,1
sN
eN −×=
Ne + Ns = N = 8,11
Ne / Ns = 1,79 × 10-4
1,79 × 10-4 Ns + Ns =8,11
1,000179 Ns = 8,11
Ns = 7,11
Ne = 1
Ns = jumlah stage di bawah feed plate = 7,11
Ne = jumlah stage di atas feed plate = 1
Menghitung neraca massa kondensor
RD
L=
D = 2,79 kgmol (Σ kgmol distilat pada distribusi komponen)
L = R x D
= 5,31 × 2,79 kgmol = 14,82 kgmol
V = D (R +1)
= 2,79 (5,31 + 1) = 2,79 kmol
Vi = V . yvi = 2,79 × (0,81) = 2,27 kmol
Li = L . xLi = 14,82 × (0,81) = 12,06 kmol
Di = D . xDi = 2,79 × (0,81) = 2,27 kmol
Karena kondensasi total, maka yV = xL = xD
Komposisi yv = xl = xd
C2H5OH (LK) 0,81
H2O (HK) 0,19
C3H8O3 0,00
CH3COOH 0,00
Total 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
133
Neraca massa Kondensor :
Komposisi V (kmol) L (kmol) D (kmol)
C2H5OH (LK) 2,27 12,06 2,27
H2O(HK) 0,52 2,76 0,52
C3H8O3 0,00 0,00 0,00
CH3COOH 0,00 0,00 0,00
Total 2,79 14,82 2,79
Komposisi V (kg) L (kg) D (kg)
C2H5OH (LK) 104,59 554,97 104,59
H2O (HK) 9,35 49,63 9,35
C3H8O3 0,00 0,02 0,02
CH3COOH 0,00 0,00 0,00
Total 113,95 604,63 113,96
Menghitung neraca massa reboiler Pada t =364,04
oK, jumlah uap yang dihasilkan reboiler dapat
dihitung dengan cara trial dan error dengan persamaan:
Trial L = 95%
V = 5 %
zi = xi (L + V.Ki)
L = 1 - V dan Σzi = 1
Contoh perhitungan dari rumus diatas untuk komponen H2O :
kgmol yang digunakan adalah kgmol H2O pada bottom produk.
xi = kgmol
O2
H mol kg
∑=
4,47
4,20= 0,94
zi = xi (L + V.Ki)
zi = 0,94 (0,95 + (0,05 x 0,94)
= 0,94
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
134 134
yi = xb
O2
H xb
∑= 0,88
Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain
berdasarkan data dibawah ini :
Komposisi kgmol xi ki
C2H5OH 0,25 0,06 2,10
H2O 4,20 0,94 0,94
C3H8O3 0,01 0,00 0,53
CH3COOH 0,00 0,00 0,00
Total 4,47 1 3,56
Karena Σzi = 1, maka trial L = 95% dan V = 5% benar
Jumlah mol produk bawah = 4,20 kmol
Jumlah mol produk uap = % 95
% 5x 4,20 kmol
= 0,22 kmol
Jumlah mol feed reboiler = jumlah mol produk bawah +
jumlah mol produk uap
= 4,20 + 0,22 kmol
= 4,43 kmol
Komposisi zi= xi(L + V.Ki) yi
C2H5OH 0,06 0,12
H2O 0,94 0,88
C3H8O3 0,00 0,00
CH3COOH 0,00 0,00
Total 1 1
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
135
Neraca massa reboiler :
Keluar (kmol) Komposisi Masuk (kmol)
uap liquid
C2H5OH 0,26 0,01 0,25
H2O 4,43 0,22 4,20
CH3COOH 0,01 0,00 0,01
C3H8O3 0,00 0,00 0,00
0,24 4,47
Total 4,70 4,70
Keluar (kg) Komposisi Masuk (kg)
uap Liquid
C2H5OH 12,18 0,61 11,57
H2O 79,67 3,98 75,68
CH3COOH 0,57 0,03 0,54
C3H8O3 0,00 0,00 0,00
4,62 87,79
Total 92,41 92,41
Sehingga distribusi komposisi Feed, Distilat, dan Bottom adalah
sebagai berikut :
Feed Distilat Bottom
Komponen kgmol
Massa
(kg) kgmol
Massa
(kg) kgmol
Massa
(kg)
C2H5OH(LK) 2,79 140,51 4,55 209,18 0,25 11,57
H2O(HK) 9,15 244,37 0,52 9,35 4,20 75,68
CH3COOH 0,02 1,67 0,00 0,00 0,01 0,54
C3H8O3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Total 7,26 306,33 2,79 218,54 4,47 87,79
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
136 136
Neraca Massa pada Rectifying Column (D-320)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari D-310 :
C2H5OH 140,51
H2O 244,37
CH3COOH 1,67
C3H8O3 0,00
Distilat ke Molecular Sieve :
C2H5OH 209,18
H2O 9,35
CH3COOH 0,00
C3H8O3 0,00
Bottom produk
C2H5OH 11,57
H2O 75,68
CH3COOH 0,54
C3H8O3 0,00
Total 306,33 Total 306,33
12. MOLECULAR SIEVE
Fungsi : Untuk memisahkan ethanol dari impuiritis sehingga
diperoleh ethanol 99,5 %.
Komponen BM massa (kg) Kmol xFi
C2H5OH 46 209,18 4,55 0,90
H2O 18 9,35 0,52 0,10
Total 5,07 1
Asumsi :
xd ethanol = 99,5 % by volume
xw ethanol = 0,05% by volume
1) Aliran massa masuk (dari D-330)
Komposisi Massa (kg)
C2H5OH (LK) 475,579
H2O (HK) 20,33
Total 497,437
2) Aliran massa keluar
Asumsi kadar air di produk = 3,82 % berat
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)
dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
137
C2H5OH = aliran ethanol masuk = 209,18 kg
H2O = ,1809282,3100
82,3×
−= 8,31 kg
Asumsi bahwa tidak mengandung ethanol
C2H5OH = 0
H2O = H2O masuk - H2O di produk = 9,35 - 8,31 = 1,04 kg
Neraca massa pada Molecular Sieve
Neraca massa pada Molecular Sieve (kapasitas per hari)
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari D-330 C2H5OH (LK) 209,18
H2O (HK) 9,35
Ke F-337 : C2H5OH 209,18
H2O 8,31
Bottom produk C2H5OH 0,00
H2O 1,04
Total 218,54 Total 218,54
MASUK (kg) KELUAR (kg)
Dari D-330 C2H5OH (LK) 5020,43
H2O (HK) 224,50
Ke F-337 : C2H5OH 5020,43
H2O 199,40
Bottom Produk
C2H5OH 0,00
H2O 25,10
Total 5244,93 Total 5244,93
APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)Pabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale) dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi
138 138
13. REGENERASI MOLECULAR SIEVE Fungsi : untuk meregenerasi molekular sieve dengan udara
kering sehingga dapat dipergunakan kembali.
Pada T = 300C, diperoleh data:
kg H2O/kg uap air = 0,028 jenuh
kg H2O/kg uap air = 0,01 kering
= 0,018 kg H2O/kg uap air
Massa udara kering SieveMolecular Akumulasiairuapkg/OHkg