BAB I

SPESIFIKASI ALAT

1.1 Latar Belakang

Kekeringan merupakan salah satu bencana yang sedang menimpa Indonesia. Bencana ini memiliki dampak yang sangat signifikan. Kekeringan yang berlangsung lama bisa berdampak pada terganggunya sistem hidrolisis lingkungan dan manusia akan kekurangan air untuk dikonsumsi. Hal ini tentu sangat krusial sebab air merupakan salah satu unsur kehidupan yang mutlak tersedia untuk keberlangsungan hidup. Dampak lain yang bisa ditimbulkan dari kekeringan yang lama adalah terganggunya bidang pertanian. Tentunya hal itu akan menyebabkan turunnya produksi tanaman dan merugikan petani Indonesia.

Kekeringan ini pun telah melanda sebagian besar daerah pulau jawa,salah satunya jawa tengah. Berdasarkan data laporan terakhir oleh Badan Nasional Penanggulangan Bencana (BNPB) bahwa terdapat 24 kabupaten di Jawa Tengah yang mengalami kekeringan. 12 kabupaten telah dinyatakan status darurat bencana kekeringan karena telah mengalami kekeringan terparah dibandingkan dengan 12 kabupaten lainnya. Salah satu kabupaten tersebut adalah Kabupaten Klaten. Daerah-daerah pada kabupaten klaten tersebut harus dilakukan droping air ke titik-titik tertentu.

Melihat susahnya perolehan kebutuhan air untuk hidup sehari-hari pada daerah Klaten seperti air untuk mandi,mencuci dan lain-lain,maka sangat tidak mungkin untuk industry ataupun usaha tanaman hias berlangsung di daerah tersebut. Untuk itu penggunaan hidrogel pun sangat berguna pada kondisi tersebut. Hidrogel untuk tanaman hias sangat berfungsi karena mampu mengurangi penggunaan air untuk menyiram sampai 50%. Sehingga hal ini dapat membantu usaha tanaman hias di Klaten.

Selain itu dalam produksi hidrogel ini,bahan baku yang digunakan adalah kulit singkong yang sangat berpotensi menjadi hidrogel.Potensi kulit singkong di Indonesia sangat melimpah, seiring dengan eksistensi negara ini sebagai salah satu penghasil singkong terbesar di dunia dan terus mengalami peningkatan produksi setiap tahunnya.Penggunaan limbah singkong diharapkan dapat meminimalisir jumlah limbah di Indonesia,mengingat singkong merupakan salah satu tanaman yang sedang popular di Indonesia. Maka produksi hidrogel ini diharapkan bisa berjalan dengan lancar dengan perolehan bahan baku yang mudah dan murah.

1.2 Kapasitas Produksi

Bahan baku berupa kulit singkong diperoleh dari industry rumahan keripik singkong. Setiap harinya usaha tersebut membutuhkan 4 karung singkong untuk produksi. Setiap karung,memiliki berat 50 kg.

Berat singkong/hari = 5 karung x 60 kg = 300 kg

Limbah kulit singkong yang bisa dihasilkan adalah sekitar 20%,maka

Kulit singkong = 20

100x 300 kg = 60 kg/hari

Produksi hidrogel ini dilakukan dengan metode pembuatan Na-CMC. Untuk setiap 2 gram bahan baku menghasilkan 3 gram Na-CMC. (Prihatini,2005)

Maka,Na-CMC yang dihasilkan = 60.000 gram

2 gram x 3 gram/hari =90.000 gram/hari

Produksi hidrogel untuk pemasokan ke usaha penyewaan tanaman hias di Klaten,maka kami menjual dengan ukuran 500 gram per sachet/bungkus dalam ukuran M. Sehingga kapasitas produksi per hari yaitu :

Kapasitas produksi = 90.000 gram x 1bungkus500 gram = 180 bungkus/hari

1.3 Detail Spesifikasi1.3a) Detail Spesifikasi Bahan Baku

Kulit SingkongBahan baku pembuatan hidrogel adalah kulit singkong. Singkong merupakan salah satu tanaman yang dapat tumbuh sepanjang tahun di daerah tropis dan memiliki daya adaptasi yang tinggi terhadap berbagai kondisi tanah.Kulit singkong mengandung protein kasar 8,11%; serat kasar 15,20% dan TDN(Total Digestive Nutrient) 74.73% (Fitrotindkk, 2006). Marjukidkk, (2005) menambahkan bahwa kulit ketela pohon mengandung BETN(Bahan Ekstrak tanpa Nitrogen) 68,5%, ini menunjukkan bahwa kandungan karbohidrat terlarutnya cukup tinggi.

1.3b) Detail Spesifikasi ProdukUkuran produk : MBerat produk : 500 gram/bungkusWarna : BeningBentuk produk : BulatKemampuan : menyerap 200ml/1 gr

Spesifikasi Hidrogel : Memastikan keteresediaan air sepanjang tahun Mengurangi frekuensi penyiraman/irigasi hingga 50%. Mengurangi hilangnya air dan nutrient disebabkan oleh leaching dan

evaporasi. Memperbaiki physical properties dari compact soils dengan membentuk aerasi

udara yang baik. Meningkatkan pertumbuhan tanaman karena air dan nutrient selalu tersedia di

sekitar tanaman sehingga mengoptimalkan penyerapan oleh akar. Mengurangi angka mortalitas. Mengurangi pencemaran lingkungan dari erosi dan pencemaran air tanah.

Karakteristik tanaman hias yang bisa ditanam menggunakan produk hidrogel,yaitu:

Tahan genangan (kadar air berlebih) Tahan kelembaban tinggi. Tanaman indoor (yang dapat hidup dengan cahaya pantulan). Umumnya tidak berbungan dan berbuah. Berbatang keras

Contoh tanaman hias tersebut diantaranya yaitu :

Aglaonema sp (srikit) Scindapsus sp (sirih hias) Cripthantus sp (nanas-nanasan) Dracena sp (bamboo emerald) Pilea Cadieri (daun mutiara) Cyperus sp (rumput paying/air) Anthurium sp (misalnya : kuping gajah)

BAB I

RANGKAIAN PROSES PEMBUATAN

1.4 Proses Pembuatan

Proses Eterifikasi :

Pada proses pembuatan Na-CMC terdapat 3 proses yaitu proses perolehan bahan baku,dimana

Keluaran reaktor berupa carboxymethyl cellulose basa bersuhu 40°C, masuk ke dalam screw conveyor dan ditampung dalam aging bin

Seluruh bahan baku digiling secara putaran horizontal

Menimbang selulosa (pati singkong) ,Na-OH dan Na-kloroasetat

Membuat larutan NaOH (3-10%)

Memasukkan selulosa kedalam reaktor

Mengalirkan sodium monokloroasetat kedalam reaktor

Memasukkan larutan natrium hidroksida ke dalam reaktor menggunakan pompa

Melakukan pengenceran sodium monokloroasetat dari kadar 98% hingga 78%, lalu ditampung pada kondisi 30°C dan tekanan 1 atm

Pasang reaktor berpengaduk

Dalam aging bien diperam selama 10 jam

Produk lalu dikeringkan menggunakan prilling tower

BAB III

DETAIL PROSES

Proses pembuatan Na-CMc pertama adalah proses perolehan bahan baku. Bahan baku tersebut adalah selulosa yang didapatkan dengan penggilingan kulit singkong sebanyak 40 kg selanjutnya bahan baku lainnya adalah Sodium Monokloroasetat yang di pasaran memiliki konsentrasi 98% maka dilakukan pengenceran terlebih dahulu di tangki pengencer sebelum disimpan dalam tangki penampung dengan keadaan operasi 30oC dan 1 atm. Sama halnya dengan larutan Sodium Monokloroasetat,dibuat larutan kaustik (NaOH). Ntrium hidroksida yang digunakan untuk merubah selulosa menjadi alkali selulosa.

Proses pertama kali adalah dengan mereaksikan selulosa bubuk dan natrium hidroksida dengan jalan menyemprotkan larutan kaustik kemudian ditambahkan monokloroasetat didalam reactor putar. Kondisi operasi pada reactor berkisar 25-70oC serta tekanan 1 atm.

Reaksi yang terjadi adalah :

Seluruh bahan baku digiling secara horizontal,adanya bola-bola baja dalam reactor mengakibatkan akan diperolehnya campuran produk yang sempurna. Reaksi yang terjadi dalam reactor merupakan reaksi eksotermis dengan tekanan 1 atm sehingga akan menimbulkan panas yang cukup tinggi. Untuk mencegah timbulnya panas yang melampaui batasan suhu yaitu sekitar 35-40oC maka dilakukan usaha pendinginan memanfaatkan air pendingin di luar dinding reactor.

Hasil keluaran reactor berupa Na-CMC basah bersuhu 40oC yang bercampur dengan zat pengotor lainnya yaitu Natrium Klorida lalu masuk ke screw conveyor didorong keluar dan ditampung dalam Agin Bin untuk diperam selama 10 jam kemudian masuk ke dalam prilling tower untuk pembentukan.

Setelah terbentuk hidrogel padat maka dilakukan pencangkokan dengan menggunakan akrilamid. Hidrogel akan direndam bersama larutan akrilamida selama beberapa jam lalu dilakukan radiasi menggunakan Mesin Berkas Elektron kemudian disaring agar terpisah dari larutannya. Setelah terpisah maka hidrogel diisolasi agar tidak berkontak dengan udara. Setelah diidolasi maka hasil grifting dicuci menggunakan aquades lalu keringkan pada suhu 55oC.

Menghitung Dimensi Reaktor :

Neraca Massa sistem :

CMC yang ingin diproduksi = 90kg/hari

= 90 kg

242 kg/kmol = 0.3719 kmol

Basis perhitungan 1 hari operasi

Neraca bahan masing-masing komponen :

Reaksi: C6H7O2(OH)3 + NaOH C6H7O2(OH)2ONa + H2O

C6H7O2(OH)2ONa + ClCH2COONa CMC + NaCl

Untuk menghasilkan 0.3719 kmol CMC ,maka :

Selulosa : F1 selulosa masuk = 0.3719 kmol x BM selulosa= 0.3719 kmol x 242 kg/kmol= 60.300 kg/hari

NaOH : F2 kaustik masuk = 0.3719 kmol x BM NaOH= 0.3719 kmol x 40 kg/kmol= 14,876 kg/hari

ClCH2COONa: F3 ClCH2COONa masuk = 0.3719 kmol x BM ClCH2COONa= 0.3719 kmol x 116,47 kg/kmol= 43,315 kg/hari

PROSES REAKSI

NaOH

Selulosa

SMA

Na CMC

NaCl

H20

Na-selulosa

H2O masuk : F4 H2O masuk = 28,859 kg/hari CMC : F5 CMC hasil = 0.3719 kmol x 242 kg/kmol

= 89,9998 = 90 kg/hari

NaCl : F6 Nacl hasil = 0.3719 kmol x 58,5 kg/kmol= 21,75615 kg/hari

H2O : F7 H2O hasil = 0,3719 kmol x 18 kg/kmol= 6,6942 kg/hari

Neraca Massa Total :

Masuk = Keluar

F1 + F2 +F3 + F4 = F5 + F6 + F7

147,35 kg/hari= 147,35 kg/hari

Neraca Panas Sistem :

Bahan ∆ Hf ( kcal/mol) Cp (kcal/mol.C)C6H7O2(OH)3 1992,5 53,8C6H7O2(OH)2ONa 1824,1 57,7ClCH2COONa 667,5 28,6CMC 2428 73,9

H2O -68,3174 (8,712 + 1,25. 10-3 T + 0,18.10-4 T2) x 1,987NaOH -101,99 (0,121 + 16,316.10-3 T) x 1,987NaCl -98,232 (5,526 + 1,25.10-3) x 1,987

Untuk reaksi I :

C6H7O2(OH)3 + NaOH C6H7O2(OH)2ONa + H2O

∆H =n( Cp C6H7O2(OH)3 x ∆T + ∫Cp NaOH dt)

= 0,3719x 53,8 x (25-30) + 0,3719 (0,121T + 8,158.10-3 T2)303│298 x 1,987 kcal/mol.C

= -100,0411 kcal -18,56265 kcal = -118,60375 kcal

∆H298 = ∆Hf produk - ∆Hf reaktan

= (Cp C6H7O2(OH)2ONa + ∆Hf H2O ) – (Cp Cp C6H7O2(OH)3 + ∆HfNaOH)

= (1874,1-68,3174) – (1992,5-101,99)

= -84727,4 kcal/kmol x 60 kg

162,1406 kg/kmol = -31353,3069 kcal

∆Hp = Cp C6H7O2(OH)2ONa + 298∫343 Cp H2O dt

= 57,7(40-25) + (8,712T + 0,625.102 T2 + 0,06.10-6 T3)298│343 x 1,987 kcal/mol.C

= 1238,4782 kcal/kmol= 460,5900426 kcal

∆H = ∆Hg + ∆H298 + ∆Hp

= (-118,60375 – 31353,3069 +460,5900426) kcal

= -31011,32065 kcal

∆H yang diperoleh (-) berarti reaksi kekanan adalah reaksi eksotermis

Untuk reaksi II :

C6H7O2(OH)2ONa + ClCH2COONa CMC + NaCl

∆Hg = Cp C6H7O2(OH)2ONa x ∆T + Cp ClCH2COONax∆T

= 57,7(25-30) + 28,6(25-30) kcal

= -160,47485 kcal

∆H298 = ∆Hf produk - ∆Hf reaktan

= (∆Hf CMC + ∆Hf NaCl ) – (∆Hf ClCH2COONa + ∆Hf C6H7O2(OH)2ONa)

= 1000(2482-98,232) – 1000(1874,1-667,5)

= -157900 kcal/kmol x 43,315 kg

116,47kg /kmol = -58722,748 kcal

∆Hp = Cp CMC x ∆T + 298∫343 Cp NaCl dt

= 73,9(40-25) + (5,526T + 0,9815.10-3 T2 + 0,06.10-6 T3)298│343 x 1,987 kcal/mol.C

= 617,56875 kcal

∆H = ∆Hg + ∆H298 + ∆Hp

= (-160,47485 – 58722,748 + 617,56875 ) kcal

= -58265,6541 kcal

∆H yang diperoleh (-) berarti reaksi kekanan adalah reaksi eksotermis.

∆H total = -58265,6541 kcal + (-31011,32065)kcal

= -89276,97475 kcal

Menentukan spesifikasi Reaktor :

Tangki Reaktor :

Fungsi : Untuk mereaksikan Selulosa dengan NaOH dan Na kloroasetat Bentuk : Silinder tegak dengan alas dan tutup elipsoidal Bahan : Carbon Steel, SA-285 grade C Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : 70oC; 1 atm Waktu tinggal = 0,5 jam Faktor kelonggaran = 20%

Laju alir selulosa = 60 kg/hariDensitas selulosa = 1500 kg/m3

Volume selulosa = 60 kg /hari

1500 kg/m3 = 0,04 m3

Laju alir NaOH = 14,876 kg/hariDensitas NaOH = 2130 kg/m3

Volume NaOH = 14,876 kg/hari

2130 kg /m3 = 6,984x10-3 m3

Laju alir SMA =43,315 kg/hariDensitas SMA = 1080 kg/m3

Volume SMA = 43,315 kg /hari

1080 kg/m3 = 0,0401065 m3

Laju alir H2O = 28,859 kg/hariDensitas H2O = 1000 kg/m3

Volume H2O = 28,859 kg/hari10 00 kg /m3 = 0,028859 m3

Volume Total = 0,11595 m3

Massa Total = 147,35 kg

Densitas Campuran = MassaTotalVolume Total =

147,35 kg0,11595m3 = 1270,806 kg/m3

Menentukan Ukuran Reaktor :

Volume Campuran = t xρ

60 x 24x0,5 jam = 0,44125 m3

Volume Reaktor = 1,2 x 0,44125 m3 = 0,5295 m3

Diameter silinder dan tinggi silinderDirencanakan : Tinggi silinder : diameter silinder (Hs : D)= 2 : 1

Volume Silinder

Dimana : Vs = Volume silinder Hs = Tinggi silinder Dt = Diameter reactor

Sehingga : Vt=Vs ; 0,5295 m3 = 1,57 Dt3

D = 3√ 0,5295m 31,57

= 0,696 m

r = D2 = 0,348meter

Untuk desain direncanakan : Diameter reactor = 0,696 m

Tinggi Silinder = 31x D = 1,392 m