of 50 /50
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)

APPENDIKS A NERACA MASSA fix - digilib.its.ac.iddigilib.its.ac.id/public/ITS-NonDegree-13074-Enclosure_List.pdf · APPENDIKS A PERHITUNGAN NERACA MASSA Tugas AkhirTugas Akhir Pabrik

  • Author
    haque

  • View
    323

  • Download
    8

Embed Size (px)

Text of APPENDIKS A NERACA MASSA fix -...

  • 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

    sari buah = (fraksi sg) air pada 30OC

    = 1,237 995,647 kg/m3

    = 1231,46 kg/m3

    Volume feed sari buah (V1) = m/

    = 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

    =

    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 .

    = 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 1,57410-5

    1,834 3,910-5

    Total 1681,12 1 7,216 1,237

    Larutan

    larutan = (fraksi sg) air pada 32OC

    = 1,237 995,026 kg/m3 = 1230,73 kg/m

    3

    Volume larutan = tanlaru

    tanlarum

    = 33

    m37,1mkg1230,73

    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

    95

    - Antifoam yang ditambahkan = 10 ppm

    kg0,014

    gr66,13

    mash3m1

    3m37,1gr10

    =

    =

    =

    Biomassa Volume biomass = 15% volume larutan (Riegels.,1974)

    = 15% 1,37 m3 = 0,205 m

    3

    biomass yang masuk = 33 m

    kg93,0

    m 0,205

    kg19,0=

    Massa biomass yang masuk = bakteri volume biomass

    = 0,93 kg/m3 0,205 m

    3

    = 0,19 kg

    Volume total = Volume larutan + Volume biomass

    = (1,37+ 0,205) m3 = 3,193 m

    3

    Perhitungan neraca biomass untuk menghitung

    pertumbuhan bakteri Dengan menggunakan persamaan Monod yaitu :

    Sks

    Sm

    +

    = (Gumbira.,1987)

    Dimana :

    = rate pertumbuhan spesifik biomass (liter/jam)

    m = rate pertumbuhan spesifik biomass maksimum (liter/jam)

    (Osamu Kitani)

    ks = konsentrasi jenuh substrat = rate spesifik produksi ethanol

    = 25 mg/liter = 0,025 kg/m3 (Gumbira.,1987)

    S tanlaruvolume

    )glukosa(substratikonsentras=

    33

    m/kg3,521m 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

    3,52143,0 =

    +

    =

    Menghitung kecepatan tumbuh biomass (Rv)

    Rv = Xvo

    Xvo = konsentrasi biomass mula-mula

    33

    m/kg12,0m1,57

    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

    Massa C2H5OH terbentuk = 1,72 kmol x 46 kg/kmol

    = 78,99 kg

    C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 S..cereviseae

    +

    S..cereviseae 2C6H12O6 + H2O C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 +

    2C3H8O3

    S..cereviseae 2C6H12O6 + H2O C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 + 2C3H8O3

    +

  • 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

    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=

    air pada 32C = 995,026 kg/m3 (Perry 7th, 1974)

    Volume glukosa C32airglukosasg

    glukosaberato

    =

    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

    larutan tanlaruv

    tanlarum=

    3m/kg71,116028,80

    33426,47==

    Volume larutan tanlaru

    tanlarum

    =

    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 :

    Sks

    Sm

    +

    = (Gumbira.,1987)

    Dimana :

    = rate pertumbuhan spesifik biomass (liter/jam)

    m = rate pertumbuhan spesifik biomass maksimum (liter/jam)

    (Osamu Kitani, Hal.262)

    ks = konsentrasi jenuh substrat = rate spesifik produksi ethanol

    = 25 mg/liter = 0,025 kg/m3 (Gumbira.,1987)

    S tanlaruvolume

    )glukosa(substratikonsentras=

    33

    m/kg81,469m 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

    81,46943,0 =

    +

    =

    Menghitung kecepatan tumbuh biomass (Rv)

    Rv = Xvo

    Xvo = konsentrasi biomass mula-mula

    33

    m/kg07,0m 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

    Massa C2H5OH terbentuk = 23,73 kmol x 46 kg/kmol

    = 1091,80 kg

    Massa CH3COOH terbentuk= 23,73 kmol x 60 kg/kmol

    = 1424,09 kg

    Massa CO2 terbentuk = 47,47 kmol x 44 kg/kmol

    C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 S..cereviseae

    +

    S..cereviseae 2C6H12O6 + H2O C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 +

    2C3H8O3

    S..cereviseae 2C6H12O6 + H2O C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 + 2C3H8O3

    +

  • 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

    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 = (Geankoplis 4

    th., 2003)

    misalnya perhitungan pada light key

    248,278,0

    755,1i ==

    I = volatilitas relatif

    Untuk bubble point pada distilasi multi komponen adalah:

    yi = Ki.xi = Kc I.xi = 1 (Geankoplis 4th., 2003)

    Dimana ii

    iii

    x

    xy

    = (Geankoplis 4

    th., 2003)

    yi = komposisi uap

    ii

    cx

    1KaargH

    = (Geankoplis 4

    th., 2003)

    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 i

    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 i.xF yi log i

    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

    5,2810-6

    -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 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

    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 dan ordinat log(D/B)

    diperoleh persamaan sebagai berikut (Winkle.,1967) :

    log(D/B) = m log( ) + 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 1,2410-3

    C3H8O3 -19,41 3,9310-20

    8,3410-20

    1,1510-20

    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 4,9410-4

    C3H8O3 -2,88 0,06 7,3710-5

    8,4710-25

    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 1,1510-20

    -2,55 0,08 0,0001 1,1210-16

    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 1,0210-5

    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

    minimum adalah Metode Fenske (Winkle, 1967).

    Nm = log (XLkdistilat/XHkdistilat) (XHkbottom/XLkbottom)

    log (L,av)

    Dimana :

    xlk distilat = xd light key C2H5OH pada distilat = 0,35

    xhk distilat = xd heavy key H2O pada distilat = 0,65

    xhk bottom = xb heavy key H2O pada bottom = 0,91

    xlk bottom = xb light key C2H5OH pada bottom = 0,01

    Ld = light key C2H5OH pada distilat = 2,26

    Lb = light key C2H5OH pada bottom = 2,23

    L, avg = ratarata light key C2H5OH pada distilat dan bottom

    eth,av = ethBethD = 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 = ])

    i(

    )if

    xi.

    ([

    (Geankoplis 3th

    , 1997)

    Feed masuk pada titik didihnya, sehingga harga q=1 (Geankoplis 3th,1997)

    Maka

    .x

    i

    ifi

    = 0

    Ki = oP

    iP

    dimana ln Pi = ]C)(T

    B[A

    + (Smith, 1996)

    Harga c

    i

    K

    K = (Geankoplis 3th, 1997)

    Dimana : Ki = konstanta kestimbangan uap

    Kc = komponen yang paling berat (Heavy Key) = air

    yi = komposisi uap

    I = volatilitas relative

    Ditentukan :

    Light key = C2H5OH (A)

    Heavy key = H2O (B)

    Trial = 2,0672

    Contoh perhitungan pada komposisi H2O berdasarkan rumus

    diatas :

    ln Pi = ]C)(T

    B[A

    + =18,304 -

    [ ])13,46(370,913.816,44

    + = 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

    Kii =

    0,870

    0,870= = 1

    i

    .xf i

    =

    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 i i.xf/- i.xd /i -

    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 -2,2910-7

    0,000

    Total 3,80 0,00 3,98

    Sebagai referensi adalah air (heavy key) :

    1-q = i

    .xf i

    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

    i

    .xf i

    = 0,000

    Maka trial = 2,0672 adalah benar

    Menghitung refluks minimum R =1,2 - 1,5 Rm (Geankoplis 3th, 1997)

    Asumsi R = 1,5 Rm.

    =+

    )i

    (

    i.

    iDx

    1mR

    1)

    i(

    i.

    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 3th, 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 = kg bottom yang didapat dari hasil penentuan grafik

    distribusi komponen distilat dan bottom =966,48 kg

    D = 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 ( 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 8,3410-20

    2,9810-19

    8,3410-20

    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 zi = 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 zi = 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 = (Geankoplis 4

    th., 2003)

    misalnya perhitungan pada light key

    25,276,0

    70,1i ==

    I = volatilitas relatif

    Untuk bubble point pada distilasi multi komponen adalah:

    yi = Ki.xi = Kc I.xi = 1 (Geankoplis 4th., 2003)

    Dimana ii

    iii

    x

    xy

    = (Geankoplis 4

    th., 2003)

    yi = komposisi uap

    ii

    cx

    1KaargH

    = (Geankoplis 4

    th., 2003)

    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 i i.xF yi log i

    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 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

    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 dan ordinat log(D/B)

    diperoleh persamaan sebagai berikut (Winkle.,1967) :

    log(D/B) = m log( ) + 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

    minimum adalah Metode Fenske (Winkle, 1967).

    Nm = log (XLkdistilat/XHkdistilat) (XHkbottom/XLkbottom)

    log (L,av)

    Dimana :

    xlk distilat = xd light key C2H5OH pada distilat = 0,81

    xhk distilat = xd heavy key H2O pada distilat = 0,19

    xhk bottom = xb heavy key H2O pada bottom = 0,94

    xlk bottom = xb light key C2H5OH pada bottom = 0,06

    Ld = light key C2H5OH pada distilat = 2,28

    Lb = light key C2H5OH pada bottom = 2,24

    L, avg = ratarata light key C2H5OH pada distilat dan bottom

    eth,av = ethBethD = 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

    = 364,04K

    Persamaan 1 q = ])

    i(

    )if

    xi.

    ([

    (Geankoplis 3th

    , 1997)

    Feed masuk pada titik didihnya, sehingga harga q=1 (Geankoplis 3th, 1997)

    Maka

    .x

    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

    K = (Geankoplis 3th, 1997)

    Dimana : Ki = konstanta kestimbangan uap

    Kc = komponen yang paling berat (Heavy Key) = air

    yi = komposisi uap

    I = volatilitas relative

    Ditentukan :

    Light key = C2H5OH (A)

    Heavy key = H2O (B)

    Trial = 2,23

    Contoh perhitungan pada komposisi H2O berdasarkan rumus

    diatas :

    ln Pi = ]C)(T

    B[A

    + =18,304 -

    [ ])13,46(364,043.816,44

    + = 6,30

    Pi = 543,83

    Ki = Po

    Pi =

    760

    543,83= 0,72

    xf = fraksi mol H2O pada feed = 1,15 10-20

    Kc

    Kii =

    0,72

    0,72= = 1

    i

    .xf i

    =

    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 i i.xf/- i.xd /i -

    C2H5OH(LK) 2,25 0,12 5,30

    H2O(HK) 1 -9,3410-21

    -0,77

    CH3COOH 0,57 -0,34 -6,9310-4

    C3H8O3 1,1110-5

    0,00 0,00

    Total 3,83 0,00 4,54

    Sebagai referensi adalah air (heavy key) :

    1-q = i

    .xf i

    i

    .xf i

    = 0,000

    Maka trial = 2,23 adalah benar

    Menghitung refluks minimum R =1,2 - 1,5 Rm (Geankoplis 3th, 1997)

    Asumsi R = 1,5 Rm.

    =+

    )i

    (

    i.

    iDx

    1mR

    1)

    i(

    i.

    iDx

    mR

    =

    (Geankoplis 3th

    , 1997)

    Rm+1 = 4,54

    Komponen ln Pi Pi Ki xf

    C2H5OH(LK) 7,11 1225,75 1,61 1,2410-3

    H2O (HK) 6,30 543,83 0,72 1,1510-20

    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 3th, 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

    Xlf = fraksi kmol light key H2O pada feed = 1,24 10-3

    W = kg bottom yang didapat dari hasil penentuan grafik

    distribusi komponen distilat dan bottom = 87,79 kg

    D = 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 ( 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 zi = 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 zi = 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

    1

    2

    =

    kg11,58

    05,1018,0

    1

    =

    =

    Neraca massa pada Regenerasi Molecular Sieve

    Masuk (kg) Keluar (kg)

    Aliran (30)

    Air 1,05

    Aliran (31)

    Air 0,01

    N2 45,90

    O2 12,20

    Aliran (32)

    Air 1,06

    N2 45,90

    O2 12,20

    Total 59,16 Total 59,16