bab iv dan appendiks b (neraca panas)

APPENDIKS B NERACA PANAS Kapasitas produksi Waktu Operasi Satuan operasi Suhu refference = = = = 1000 330 Kkal 25

Data Kapasitas Panas Cp glukosa Cp protein Cp lemak Cp serat Cp Ca(OH)2 Cp (NH4)2HPO4 Cp asam laktat Cp kalsium laktat Cp karbon aktif Cp bakteri Cp abu Cp pati Cp H2SO4

= = = = = = = = = = = = =

0.30 0.37 0.58 0.32 0.29 0.41 0.58 0.35 0.17 0.6 0.37 0.37 0.35

Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC Kkal/kgC

Data panas pembakaran Glukosa = Asam laktat = Kalsium laktat = Ca(OH)2 = H2O =

-673000 -161308 -357947 -239680 -68317.4

Kkal/kgmol Kkal/kgmol Kkal/kgmol Kkal/kgmol Kkal/kgmol

1. Tangki Pencampuran dan Sterilisasi Larutan dedak padi

Steam suhu 148C

Kondensat suhu 148C

Larutan dedak padi steril suhu 120C steam yang digunakan saturated steam suhu 148C (Ulrich, 1984) data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th edition, hal 858 steam jenuh pada suhu 148C adalah = 2120.45 = 506.8 HL = 623.57 kJ/kg = 149.04 kkal/kg HV = 2744.02 kJ/kg = 655.84 kkal/kg H steam = = = Ms Ms T bahan x x 506.8 T refference

T

Ms

H Steam Q loss

H konde

H bahan H Steam Total

3. Cooler Fungsi: Untuk mendinginkan substrat dari 120C menjadi 45C Air pendingin yang digunakan mempunyai suhu 30C dan keluar pada suhu 45C Air Pendingin masuk suhu 30C

Substrat dedak padi Suhu 120C

Substrat dedak padi Suhu 45C Air pendingin keluar 45C

Entalphy bahan masuk (T = 120C) Komponen Massa (kg) Glukosa Air 355.61 1771.429 Cp (Kkal/kgC) 0.30 1 H(Kkal) m.Cp.T 10134.885 168285.76

Total

2127.039

178420.64

Entalphy bahan keluar (T = 45C) Komponen Massa (kg) Glukosa Air 355.61 1771.429 Cp (Kkal/kgC) 0.30 0.999 H(Kkal) m.Cp.T 0 0

Total

2127.039

0

H air pendingin masuk = = = H air pendingin keluar = = =

Ma x Cp x T Ma kg x 0.999 kkal/kgC x 5 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x T Ma kg x 0.9997 kkal/kgC x 20 19.994 Ma kkal

Neraca Panas: H bahan masuk + H air dingin masuk = H bahan keluar + H air dingin keluar 178420.6 + 4.9935 Ma kkal = 37526.81 + 19.994 Ma kkal 178420.64 Ma = 15.0005 Ma = 11894.313 kg H air pendingin masuk = = H air pendingin keluar = = Ma x Cp x T 59394.251 kkal Ma x Cp X T 237814.89 kkal Neraca Panas Cooler Masuk (Kkal) H bahan dari utilitas H air pendingin Total 178420.64 H produk ke utilitas 59394.251 H air pendingin 237814.89 Total Keluar (Kkal)

4. Starter tank Fungsi: Untuk membiakkan bakteri Lactobacillus delbrueckii Suhu operasi adalah 45C, pada starter tank terjadi reaksi eksoterm sehingga diperlukan air pendingin untuk menjaga suhu operasi konstan. L.delbrueckii, Ca(OH)2, (NH4)2HPO4 Suhu 30C Air pendingin suhu 30C

Larutan dedak padi suhu 45C Air pendingin suhu 45C Entalphy bahan masuk (T = 45C) Komponen Massa Cp (Kkal/kgC) (kg) Glukosa 3.486 0.30 Air 148.636 0.9997 Total 152.122

Biakan bakteri suhu 45C

H (Kkal) m.Cp.T T 20.916 2971.8282 2992.7442

20 20

Entalphy bahan tambahan masuk (T = 30C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T (kg) T Ca(OH)2 0.259 0.29 0.37555 L.delb 0.338 0.6 1.014 Nutrient 0.00593 0.41 0.0121565 Total 0.60293 1.4017065

5 5 5

Total Entalphy bahan masuk Entalphy bahan keluar (T = 45C) Massa Cp Komponen (Kkal/kgC) (kg) Air 148.762 0.9997 Glukosa 0.218 0.30 Asam laktat 0.024 0.58 Ca.laktat 0.763 0.35 Biomass 2.959 0.32 Total 152.726

=

2994.1459

H (Kkal) m.Cp.T T 2974.3474 1.308 0.2784 5.341 18.9376 3000.2124

20 20 20 20 20

Reaksi yang terjadi pada tangki kultur Reaksi I: 18.76 C6H12O6 2 CH3CHOHCOOH Data panas pembakaran (Tabel XI, Hougen, hal 168-170) Hc (C6H12O6) = -673000 kkal/kgmol Hc (H2O) = -68317.4 kkal/kgmol Menghitung panas pembentukan dari persamaan 17 (Hougen, hal 171) a = jumlah atom C b = jumlah atom H Hf (C6H12O6) = -1647215.2 kkal/kgmol Dari Appendiks A diperoleh: C6H12O6 yang bereaksi Asam laktat terbentuk H reaksi pada 25C = = =

= 0.0035 = 0.007 Hf produk - Hf reaktan -9077.8184 -3312.5652

H produk = = = H reaktan = = = H reaksi = = Reaksi II 2 C3H6O3 + Ca(OH)2 Hf C3H6O3 Hf Ca(OH)2 Hf H2O Hf (CH3H5O3)2Ca

M asam laktat x Cp x T 0.63 x 0.58 x 20 7.308 kkal M glukosa x Cp x T 0.63 x 0.30 x 20 3.78 kkal H produk - H reaktan + H reaksi 25C -3309.037 kkal

= = = =

(CH3H5O3)2Ca + 2H2) -161308 kkal/kgmol -239680 kkal/kgmol -68317.4 kkal/kgmol -357947 kkal/kgmol

Dari Appendiks A diperoleh: C3H6O3 bereaksi = Ca(OH)2 = H2O terbentuk = (CH3H5O3)2Ca terbentuk = H reaksi pada 25C

0.007 0.0035 0.007 0.0035

kgmol kgmol kgmol kgmol

H produk = = H reaktan = = H reaksi = = H reaksi total

= Hf produk - Hf reaktan = -2209.2581 = 887.9339 kkal M Kalsium laktat x Cp x T 5.341 kkal M asam laktat x Cp x T 14.616 kkal H produk - H reaktan + H reaksi 25C 878.6589 kkal = H reaksi I + H reaksi II = -2430.3783 kkal

Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas (eksoterm), maka diperlukan air pendingin untuk menstabilkan suhu operasi H air pendingin masuk H air pendingin keluar = = = = Ma x Cp x T 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x T 19.994 Ma kkal

Neraca Panas: H bahan + H reaksi + H air pendingin H produk + H air pendingin 2424.3135 Ma = 15.0005 Ma = 161.61551 kg H air pendingin masuk H air pendingin keluar = = = =

=

Ma x Cp x T 807.02705 kkal Ma x Cp x T 3231.3405 kkal

H bahan H reaksi

Neraca Panas Starter Tank Masuk (kkal) Keluar (kkal) 2994.1459 H produk 2430.38 ke utilitas 807.02705 H air pendingin 6231.553 Total

dari utilitas H air pendingin Total

5. Fermentor Fungsi: untuk memfermentasikan glukosa menjadi asam laktat dengan kultur bakteri Lactobacillus delbrueckii suhu operasi adalah 45C, pada fermentor terjadi reaksi eksoterm sehingga diperlukan air pendingin untuk menjaga suhu operasi konstan Ca(OH)2, (NH4)2HPO4 Suhu 30C Air pendingin suhu 30C

Dari starter tank suhu 45C

Larutan dedak padi suhu 45C Air pendingin suhu 45C Entalphy bahan masuk (T = 45C) Komponen Massa (kg) Cp (Kkal/kgC) Air 1486.487 0.9997 Glukosa 313.9757 0.30 Asam laktat 0.024 0.58 Kal.laktat 0.763 0.35 Biomass 2.9587 0.32 Total 1804.209

kalsium laktat suhu 45C

H (Kkal) m.Cp.T T 29720.823 1883.8542 0.2784 5.341 18.93568 31629.232

20 20 20 20 20

Entalphy bahan tambahan masuk (T = 30C) Komponen Massa (kg) Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T Ca(OH)2 127.1296 0.29 184.33792 (NH4)2HPO4 Total 58.9843 186.1139 0.41 120.91782 305.25574 =

5 5

Total panas bahan masuk Entalphy bahan keluar (T = 45C) Komponen Massa (kg) Cp (Kkal/kgC) Air 1604.291 0.9997 Kal.laktat 357.4459 0.35 Biomass 22.53255 0.32 Ca(OH)2 6.053792 0.29 Total 1990.323

31934.488

H (Kkal) m.Cp.T T 32076.194 2502.1213 144.20832 35.111994 34757.636

20 20 20 20

Reaksi yang terjadi pada tangki fermentor Reaksi I C6H12O6 2CH3CHOHCOOH Data panas pembakaran (Tabel XI, Hougen hal 168-170) Hc C6H12O6 = -673000 kkal/kgmol Hc H2O = -68317.4 kkal/kgmol Menghitung panas pembentukan dari persamaan 17 (Hougen, hal 171) a = Jumlah atom C b = Jumlah atom H Hf C6H12O6 = -301215.20 kkal/kgmol Hf C3H6O3 = -161308.00

Dari Appendiks A diperoleh: C6H12O6 bereaksi = C3H6O3 terbentuk = H reaksi pada 25C

1.74431 3.48862

H produk = = H reaktan = = H reaksi = = Reaksi II 2 C3H6O3 + Ca(OH)2 Hf C3H6O3 Hf Ca(OH)2 Hf H2O Hf (C3H5O3)2Ca

= Hf produk - Hf reaktan = -1125484.6 = -600071.94 kkal M asam laktat x Cp x T 3642.1193 kkal M glukosa x Cp x T 1883.8548 kkal H produk - H reaktan + H reaksi 25C -598313.7 kkal

= = = =

(C3H5O3)2Ca + 2H2O -161308 kkal/kgmol -239680 kkal/kgmol -68317.4 kkal/kgmol -357947 kkal/kgmol

Dari Appendiks A diperoleh: C3H6O3 bereaksi Ca(OH)2 H2O terbentuk (C3H5O3)2Ca terbentuk H reaksi pada 25C

= = = =

3.272 1.636 3.272 1.636

H produk = =

= Hf produk - Hf reaktan = -1032670.4 = 415045.67 kkal M kalsium laktat x Cp x T 2496.536 kkal

H reaktan = = H reaksi = = H reaksi total

M asam laktat x Cp x T 3415.968 kkal H produk - H reaktan + H reaksi 25C 414126.24 kkal = H reaksi 1 + H reaksi 2 = -598313.68 + = -184187.44 kkal

Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas (eksoterm) sehingga diperlukan air pendingin agar suhu operasi tetap konstan H air pendingin masuk = = H air pendingin kelaur = = Ma x Cp x T 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x T 19.994 Ma kkal

Neraca Panas: H bahan + H reaksi + H air pendingin = H produk + H air pendingin 187008.49 Ma = 15.0005 Ma = 12466.817 kg H air pendingin masuk = = H air pendingin keluar = = Ma x Cp x T 62253.051 kkal Ma x Cp x T 249261.54 kkal

H bahan H reaksi

Neraca Panas Fermentor Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 31629.232 H produk 184185.3 ke utilitas 62253.051 H air pendingin 284019.2 Total


6. Tangki Sterilisasi Fungsi: untuk membunuh mikroorganisme pada temperatur 82C

Steam suhu 148C

Larutan kalsium laktat suhu 45C Kondesat suhu 148C

Larutan kalsium laktat suhu 82C

Steam yang digunakan saturated steam suhu 148C (Ulrich, hal 426) Data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th, hal 858 steam jenuh pada suhu 148C adalah = 2120.45 kJ/kg = HL = 623.57 kJ/kg = 149.04 kkal/kg

506.8

Hv

= = = =

2744.02 kJ/kg 655.84 kkal/kg Ms x Ms

H steam

x

506.8

Entalphy bahan masuk (T = 45C) Komponen Massa Cp (Kkal/kgC) (kg) Air 1604.291 0.9997 Kal.laktat 357.4459 0.35 Total Entalphy bahan keluar (T = 82C) Komponen Massa Cp (Kkal/kgC) (kg) Air 1604.291 1.0031 Kal.laktat 357.4459 0.35 Total Q loss = = H kondensat

H (Kkal) m.Cp.T T 32076.194 2502.1213 34578.316

20 20

H (Kkal) m.Cp.T T 91728.065 7131.0457 98859.111

57 57

5% H steam 25.34 x Ms = Ms x HL = 149.04 x

Neraca Panas H bahan + H steam = H produk + Q loss + H kondensat 64280.795 Ms = 332.42 = 193.37223 kg H steam = 98001.044 kkal Q loss = 4900.0522 kkal H kondensat = 28820.197 kkal

Neraca Panas Tangki Sterilisasi Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) H bahan 34578.32 H produk H steam 98001.04 H kondensat Q loss Total 132579.36 Total

98859.111 28820.197 4900.0522 132579.36

1. Tangki Pencampuran dan Sterilisasi Larutan dedak padi

Steam suhu 148C

Larutan dedak padi steril suhu 120C steam yang digunakan saturated steam suhu 148C (Ulrich, 1984) data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th edition, hal 858 steam jenuh pada suhu 148C adalah = = kJ/kg kkal/kg kJ/kg kkal/kg x x -

HL HV

= = = = = = = Ms Ms

623.57 149.04 2744.02 655.84

H steam

T

T bahan

Entalphy Bahan Masuk (T = 100C) Komponen Massa (kg) Cp (Kkal/kgC) 1806 41 324 353 16 160 2700 0.99 0.37 0.37 0.32 0.58 0.37 H (Kkal) m.Cp.T 134095.5 1137.75 8991 8472 696 4440 157832.250

Air Protein Pati Serat kasar Kondensat suhu 148C Lemak Abu Total

Entalphy Bahan Keluar (T = 120C) Komponen Air Protein Pati Serat kasar Lemak Abu Total Q loss kkal/kg = = = H kondensat = = Massa (kg) Cp (Kkal/kgC) 1806 41 324 353 16 160 2700 1.000 0.37 0.37 0.32 0.58 0.37 H (Kkal) m.Cp.T 171570 1441.15 11388.6 10731.2 881.6 5624 201636.55

C (Ulrich, 1984)

kJ/kg Kkal/kg

T refference

5% H steam 5% x 506.8 x Ms kkal 25.34 x Ms kkal/kg Ms x HL 149.04 x Ms kkal/kg

Neraca Panas: H bahan + H steam = H produk + Q loss + H kondensat 157832.250 + 506.8 Ms = 201636.55 + 25.34 + 149.04 43804.300 Ms = 332.42

Ms H Steam = = Q loss = = H kondensat = =

=

131.774 506.8 66783.043 25.34 3339.152 149.04 19639.591 x kkal x kkal x kkal

Neraca Panas Tangki Pencampuran dan Sterilisasi Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) H bahan 157832.250 H produk 201636.55 H Steam 66783.043 H kondensat 19639.591 Q loss 3339.152 Total 224615.293 Total 224615.293

menjadi 45C

2. Tangki Hidrolisis Fungsi: Untuk mengubah pati menjadi glukosa Suhu operasi adalah 120C, pada tangki hidrolisis terjadi reaksi eksoterm sehingga diperlukan air pendingin untuk menjaga suhu operasi konstan Air pendingin masuk suhu 30C

Substrat dedak padi Substrat dedak padi suhu 120C Air pendingin keluar suhu 45C Entalphy bahan masuk (T = 120C) Komponen Massa (kg) Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T 95 95 Air 1806 1.0098 173251.39 Protein 41 0.37 1441.15 Pati 324 0.37 11388.6 Serat kasar 353 0.32 10731.2 Lemak 16 0.58 881.6 Abu 160 0.37 5624 Total 2700 203317.94

T

NEXT

NEXT Cp air 30 T Cp air 45 T 0.9987 5 0.9997 20

9 kkal/kgC x 5

97 kkal/kgC x 20

uar + H air dingin keluar 178420.64 15.0005

eluar (Kkal) 0

237814.9 237814.89

Biakan bakteri

kkal

673000 68317.4

94051.8 x 34158.7 x

6= 12 = 3= 6= -648415.6 kkal/kgmol

94051.8 x 34158.7 x Hf reaktan Hf (C3H6O3)= -5765.253 161308

0.63

0.58

20

0.63

0.3

20

H reaksi 25C

161308 239680 68317.4

Hf reaktan

Hf produk -3097.192 ca.laktat H2O Hf reaktan as.laktat Ca(OH)2 M Ca.laktat M as.laktat 2430.38

= = = = = =

-1252.8145 Total -956.4436 -2258.312 -838.88 0.763 1.26

H reaksi 25C

air pendingin

utk mencari Ma 2424.31346

15.0005

eluar (kkal) 3000.212

3231.341 6231.553

asam laktat

reaksi eksoterm

Air pendingin

kalsium laktat

Kkal

673000 68317.4

Perhitungan Hf C6H12O6 94051.8 x 34158.7 x Perhitungan Hf C3H6O3 94051.8 x

6= 12 = 3=

34158.7 x

6=

Hf reaktan

Hf produk = -525412.7 Hf reaktan = T M as laktat M glukosa = = =

-1125484.63 -525412.686 20 313.9758 313.9758

H reaksi 25C

kgmol kgmol kgmol kgmol (C3H5O3)Ca -1447716 2 H2O Total Hf reaktan C3H6O3 Ca(OH)2 Total Hf produk = = = = = = -585601.29 -447069.07 -1032670.4 -1055599.6 -392116.48 -1447716

Hf reaktan

BM ka.laktat = M ka.laktat = BM as.laktat = M as.laktat = 414126.2 184185.3 kkal

218 356.648 90 294.48

H reaksi 25C

t menghasilkan

H air pendingin

utk mencari Ma -187010.585 187008.49 15.0005

eluar (Kkal) 34757.64

249261.5 284019.2

emperatur 82C

kalsium laktat

kkal/kg

kkal/kg

kkal/kg Ms kkal/kg

5% =

0.05

utk menghitung Ms 64280.7954 332.42

Kondensat suhu 148C

adi steril suhu 120C

u 148C (Ulrich, 1984)

2120.45 kJ/kg 506.8 Kkal/kg

506.8 kkal/kg T refference

T 75 75 75 75 75 75

T 95 95 95 95 95 95

5% 0.05

43804.300 332.42

131.774 131.774 131.774

olisis terjadi dingin untuk

Entalphy bahan tambahan (T = 30C) Komponen Massa (kg) Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T Air 0.99 0.9987 4.943565 H2SO4 0.135 0.35 0.23625 Total 1.125 5.179815 Total panas bahan masuk =

5 5

203323.1

Entalphy bahan keluar (T = 120C) Komponen Massa (kg) Cp (Kkal/kgC) Glukosa Glukosa 355.61 0.30 suhu 120CAir 1771.429 1.0098 H2SO4 0.135 0.35 Impurities 570 1.64 Total 2697.174

H (Kkal) m.Cp.T T 10134.89 169935 4.48875 88806 268880.3

95 95 95 95

T

T

95 95 95 95 95 95 Menghitung panas pembentukan dari persamaan 17 (Hougen, hal 171) a = jumlah atom c b = jumlah atom h Hf (C6H10O5) = -1568898 kkal/kgmol Hf (C6H12O6) = -1647215 kkal/kgmol N EX T

Reaksi yang terjadi (BELUM KONVERSI) C6H10O5 + H2O C6H12O6 data panas pembakaran (Tabel XI, Hougen, hal 168-170) Hc C6H10O5 = -663000 kkal/kgmol Hc H2O = -68317.4 kkal/kgmol Hc C6H12O6 = -673000 kkal/kgmol

Dari Appendiks A diperoleh: C6H10O5 bereaksi = C6H12O5 terbentuk = H reaksi pada 25C = = =

T 1.976 kgmol 1.976 kgmol Hf produk - Hf reaktan -3254897 -19760 kkal

H Produk = = H Reaktan = = H reaksi = =

M glukosa x Cp x T 10136.88 kkal M pati x Cp x T 11390.85 kkal H produk - H reaktan + H reaksi 25C -21013.97 kkal 21013.97

Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas (eksoterm) sehingga diperlukan air pendingin agar suhu operasi tetap konstan H air pendingin masuk = = H air pendingin keluar = = Ma x Cp x T 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x T 19.994 Ma kkal

Neraca panas: H bahan + H reaksi + H air pendingin = H produk + H air pendingin 44543.2 Ma = 15.0005 Ma = 2969.448 H air pendingin masuk H air pendingin keluar = = 14827.94 59371.14

H bahan H reaksi

Neraca Panas tangki Hidrolisis Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 203323.1 H produk 21013.97 ke utilitas 14827.94 H air pendingin 239165 Total

dari utulitas H air pendingin Total

564310.8 409904.4 282155.4 204952.2

-2209.26

-3097.19

564310.8 409904.4 282155.4

-301215

204952.2

kkal

663000 68317.4 673000

kkal/kgmol kkal/kgmol

94051.8 x 34158.7 x 34158.7 x

6= 10 = 12 =

564310.8 341587 409904.4

k - Hf reaktan Hf reaktan -3235137 BM glukosa M glukosa = BM pati M pati 180

= =

pati + air -3235137

355.68 164

=

324.064

n + H reaksi 25C

k + H air pendingin -44543.2 15.0005 44543.2

kkal kkal

isis Keluar (Kkal) 268880.3

59371.14 328251.5

7. Heater Fungsi: Untuk memanaskan larutan sebelum masuk ke reaktor sulfuric

steam, suhu 148C

larutan kal.laktat suhu 82C kondensat, suhu 148C

Larutan kal.laktat suhu 100C

steam yang digunakan saturated steam suhu 148C Data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th edition, hal 858 steam jenuh pada suhu 148C adalah 2120.5 kJ/kg = 506.8 kkal/kg HL = 623.57 kJ/kg = 149.04 kkal/kg Hv = 2744.02 kJ/kg = 655.84 kkal/kg H steam = = Ms x Ms

x

506.8 kkal/kg

Entalphy bahan masuk (T = 82C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1604.291 1.0031 91728.07 Kal.laktat 357.4459 0.35 7131.046 Total 98859.11 Eentalphy bahan keluar (T = 100C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1604.291 1.0076 121236.3 Kal.laktat 357.4459 0.35 9382.955 Total 130619.2 Q loss = = H kondensat

57 57

75 75

5% H steam 25.340 x Ms kkal/kg = Ms x HL = 149.04 x Ms kkal/kg

Neraca panas H bahan + H steam = H produk + Q loss + H kondensat 31760.1148 Ms = 332.420 Ms = 95.5421299 kg H steam Q loss H kondensat = = = = = = 506.8 48420.75 25.340 2421.038 149.04 14239.6 x kkal x kkal x kkal 95.54213 95.54213 95.54213

H bahan H steam Total

Neraca Panas Heater Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 98859.1109 H produk 130619.2 48420.7514 H kondensat 14239.6 Q loss 2421.038 147279.86 Total 147279.86

8. Reaktor Sulfuric Fungsi: Untuk mereaksikan semua kalsium laktat dengan larutan H2SO4 5% hingga menjadi asam laktat

Air pendingin, suhu 30C

Larutan kal.laktat suhu 100C Air pendingin, suhu 45C

Larutan as.laktat suhu 100C

Entalphy bahan masuk (T = 100C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1589.998 1.0076 120156.1 Kal.laktat 349.5755 0.35 9176.357 Total 129332.5

75 75

Entalphy bahan tambahan (T = 30C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 149.2912 0.9987 745.4856 H2SO4 7.857431 0.35 13.7505 Total 759.2361 Total entalphy bahan masuk = 130091.74 kkal

5 5

Entalphy bahan keluar (T = 100C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1589.998 1.0076 120156.1 As.laktat 288.6403 0.58 12555.85 Kal.sulfat 218.0838 0.173 2829.637 Total 135541.6 Reaksi (C3H5O3)2Ca + H2SO4 Hf CaSO4 = = =

75 75 75

2 C3H6O3 + CaSO4 Hf Ca2+ + Hf SO42-129770 + -346670 kcal/kmol -216900

Dari App. A diperoleh: (C3H5O3)2Ca yang bereaksi H2SO4 yang bereaksi C3H6O3 yang terbentuk CaSO4 yang terbentuk

= = = =

1.604 1.604 3.207 1.604

kmol kmol kmol kmol

H rex (25C)

= = =

Hf produk - H reaktan -2625313 -1036658 -1588655 kkal

H C3H6O3 = = H CaSO4 = = H produk = = H (C3H5O3)2Ca H H2SO4 H reaktan = = H rex = =

M asam laktat x Cp x T 12555.405 kkal M CaSO4 x Cp x T 2830.4184 kkal H C3H6O3 + H CaSO4 15385.8234 kkal M (C3H5O3)2Ca x Cp x T = = 7710.268 kkal M H2SO4 x Cp x T = = 275.086 H (C3H5O3)2Ca + H H2SO4 7985.3536 kkal H produk H reaktan + H rex (25C) -1581254.6 kkal 1581255

Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas (eksoterm), maka diperlukan air pendingin untuk menstabilkan suhu operasi H air pendingin masuk = = H air pendingin keluar = = Ma x Cp x T 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x T 19.994 Ma kkal

Neraca Panas: H bahan + H reaksi + H air pendingin = H produk + H air pendingin 1575805.10 Ma = 15.0005 Ma = 105050.172 kg H air pendingin masuk = H air pendingin keluar = 524568 kkal 2100373 kkal

H bahan H reaksi

Neraca Panas Reaktor Sulfuric Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 130091.74 H produk 135541.6 1581255 ke utilitas 524568.033 H air pendingin 2235914.8 Total


2100373 2235914.8

9. Cooler TIDAK DIHITUNG Fungsi: untuk mendinginkan larutan yang akan masuk pada bleaching tank Air pendingin yang digunakan mempunyai suhu 30C dan keluar pada suhu 45C (Ulrich, 1984)

Air pendingin masuk, suhu 30C

Larutan asam laktat suhu 100C

Larutan asam laktat suhu 80C Air pendingin keluar, suhu 45C

Entalphy bahan masuk (T = 100C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1480.689 1.0076 111895.7 As.laktat 288.6403 0.58 12555.85 Total 124451.5

75 75

Entalphy bahan keluar (T = 80C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1480.689 1.0029 81674.06 As.laktat 288.6403 0.58 9207.626 Total 90881.69

55 55


Ma x Cp x T Ma x 0.9987 kkal/kgC x 5 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x T Ma x 0.9997 kkal/kgC x 20 19.994 Ma kkal

Neraca Panas: H bahan masuk + H air pendingin masuk = H bahan keluar + H air dingin keluar 33569.83 Ma = 15.0005 Ma = 2237.914 kg H air pendingin masuk = = H air pendingin keluar = = Ma x Cp x T 11175.02 kkal Ma x Cp x T 44744.85 kkal

H bahan

Neraca Panas Cooler Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 124451.521 H produk 90881.69 ke utilitas 11175.024 H air pendingin 135626.5 Total


44744.85 135626.5

9. Bleaching Tank Fungsi: Untuk menyerap warna larutan asam laktat dengan menggunakan karbon aktif pada suhu 80C

Karbon aktif Suhu 30C

Air pendingin masuk Suhu 30C

Larutan asam laktat Suhu 100C Air pendingin keluar Suhu 45C

Larutan asam laktat Suhu 90C

Entalphy bahan masuk (T = 100C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1480.689 1.0029 111373.7 288.6403 0.58 12555.85 Asam laktat Total 123929.6

75 75

Entalphy bahan tambahan masuk (T = 30C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) 2.886403 0.17 2.453443 Karbon aktif Total Total entalphy bahan masuk = 2.453443 123932 kkal

5

entalphy bahan keluar (T = 90C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (kkal/kgC) m.Cp.T T (kg) Air 1480.689 1.0029 96523.89 Asam laktat 288.6403 Karbon aktif 2.886403 Total 0.58 10881.74 0.17 31.89475 107437.5 65 65

65


Ma x Cp x T Ma x 0.9987 kkal/kgC x 5 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x T Ma x 0.9997 kkal/kgC x 20 19.994 Ma kkal

Neraca Panas H bahan masuk + H air pendingin = H bahan keluar + H air dingin keluar 16494.5 Ma = 15.0005 Ma = 1099.597 H air pendingin masuk = = H air pendingin keluar = = Ma x Cp x T 5490.837 kkal Ma x Cp x T 21985.34 kkal

H bahan

Neraca Panas Bleaching Tank Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 123932.031 H produk 107437.5 ke utilitas 5490.83682 H air pendingin 129422.9 Total


21985.34 129422.9

10. Evaporator Fungsi: Untuk memekatkan larutan asam laktat dari 10% menjadi 50%

steam yang digunakan = 148 C Data dari appendiks A F = 1767.88 Xf = 0.16 XL1 = 0.247 xL2 = 0.510 Tf = 90 Menghitung BPR larutan asam laktat pada tiap efek BPR = 1.78 x + 6.22 x2 BPR 1 = 0.44 BPR 2 = 2.53 BPR = 2.97 Tekanan pada vapor space efek kedua 25 in (2.417 psi) maka T2 (saturation) = 56.17 Menghitung T2 dengan menggunakan pers. BPR untuk evaporator kedua dengan T2 = 56.17 + 2.53 = 58.70

P

=

0.19 atm

T yang didapatkan Ts1 - T2(saturation) - BPR = = 88.86 Menghitung T1 dan T2 dari persamaan T1 = T x

1/U1 1/U1 + 1/U2

larutan asam laktat

= 5 mPa.s = 5 cp (Bohnet) Sehingga menggunakan short tube vertical evaporator 5-10 cp Untuk short tube vertical evaporator, harga U berkisar antara 200 - 500 Btu/h.ft2.F U1 = 1200 = 1032.525 kcal/h.m2.C U2 = 1100 = 946.481 kcal/h.m2.C Maka, T1 T2

= =

42.50 C 46.36 C

Asumsi Karena feed yang masuk ke efek I dingin maka pada efek ini dibutuhkan panas berlebih dengan cara menaikkan T1 dan menurunkan T2 sehingga T1 = 46.36 C T2 = 42.50 C

Menghitung aktual boiling point pada tiap efek Ts1 - T1 a. T1 = = 148 46.36 = 101.64 P = 1.0804 atm Ts1 = 148 C (temperatur kondensat dari steam saturated pada efek 1) T1 - BPR 1 - T2 b. T2 = = 58.70 C P = 0.1853 atm Ts2 = T1 - BPR 1 = 101.19 C (temperatur kondensat dari steam saturated pada efek 2) Ts3 = T2 - BPR 2 = 56.17 C Maka, temperatur pada kedua efek Efek 1 Efek 2 Condenser Ts1 = 148 Ts2 = 101.19 Ts3 56.17 T1 = 101.64 T2 = 58.70 Menghitung kapasitas panas tiap efek Cp larutan = 4.19 dimana x = fraksi larutan F = 3.814 kJ/kgC = 0.912 kcal/kgC L1 = 3.60955 kJ/kgC = 0.863 kcal/kgC L2 = 2.9915 kJ/kgC = 0.715 kcal/kgC

2.35 x

Nilai entalphy tiap efek Entalphy Ts1 T = P = HL = Hv = = Entalphy T1 T = P = HL = Hv = = Entalphy Ts2 T = P = HL = Hv = = Entalphy T2 T = P = HL = Hv = =

148 451.64 149.04 655.84 506.8

C kPa kcal/kg kcal/kg kcal/kg

101.64 110.98 102.65 640.51 537.86


101.19 109.15 102.18 640.34 538.17


58.70 18.78 58.63 623.13 564.5


Entalphy Ts3 T = P = HL = Hv = = (Geankoplis)

56.17 16.73 56.19 622.12 565.92


Nilai dari entalphy H dari bermacam-macam aliran uap relatif ke H2O pada 0C sebagai data yang diperlukan untuk steam tabel adalah sebagai berikut: Efek I H1 = Hv1 + 1.884 (BPR 1) = 641.18 kcal/kg s1 = Hv1 - HL1 = 506.8 kcal/kg Efek II H2 s2

= = = =

Hv3 + 1.884 (BPR2) 626.88 kcal/kg H1 - HL2 539.00 kcal/kg

Neraca Panas Evaporator Efek I F x Cp x (TF - Treff) + S x s1 104750.27 + 104750.27 + 506.8 S +

= 506.8 S 506.8 S

L1 x Cp1 x (T1 - Treff) + V1H1 = L1 = 1133523 575.0606 L1 =

Efek 2 L1 x Cp1 x (T1 - Treff) + V1s2 = L1 x 0.863

L2 x Cp2 x (T2 - Treff) + V2H2 76.64 + 1767.88

-472.8806 L1 + 1293891 L1 Dari persamaan 1 506.8 S L1 = S = V1 = V2 =

952881.2 = = =

-341010.1 1099.76 1176.523

+ 1176.52272 694.950717 591.357281 610.799719

575.0606 L1

=

Menghitung nilai Q tiap efek S x s1 Q1 = = 352201.023 kcal V1 x s2 Q2 = = 318739.538 kcal

Neraca Panas Evaporator Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) Evaporator Efek 1 H steam 352201 H bahan 77786.87 H bahan 104750.3 H vapour 379164.4 Total 456951.3 Total 456951.3 Evaporator Efek 2 H bahan 77786.87 H bahan 13629.33 H vapour 318739.5 H vapour 382897.1 Total 396526.4 Total 396526.4

5% =

0.05

utk menghitung Ms 31760.115 332.420

Hf produk (C3H6O3) Hf produk CaSO4 Hf total Hf reaktan (C3H5O3)2Ca Hf reaktan H2SO4 Hf total BM as.laktat M as.laktat BM CaSO4 M CaSO4 Cp CaSO4 BM Ca.laktat M Ca.laktat Cp Ca.laktat BM H2SO4 M H2SO4 Cp air 30C = T = Cp air 45C = T =

= = = = = = = = = = = = = = = = 0.9987 5 0.9997 20

-2069254 -556059 -2625313 -725626 -311032 -1036658 90 288.63 136 218.144 0.173 218 349.672 0.294 98 157.192

utk mencari Ma 1575805.10 15.0005

0.9987

5

0.9997

20

utk mencari Ma 33569.83 15.0005

0.9987 5 0.9997 20

utk mencari Ma 16494.502 15.0005

0.061009 24.7 51

konversi kJ 4.184

1.884

x (T1 - Treff) + V1H1 0.863 76.64 + 1767.88 575.0606 L1 1028772.9 (persamaan 1)

L1

x (T2 - Treff) + V2H2 -

L1

539.00 =

565.723

0.715

+ L1

626.88 L1

1028772.9

641.18

33.70 +

L1

-

565.723

626.88

bab iv dan appendiks b (neraca panas)

Documents