Bab IV Dan Appendiks B (Neraca Panas)

APPENDIKS B NERACA PANAS

Kapasitas produksi Waktu Operasi Satuan operasi Suhu refference

= = = =

1000 3 30

Data Kapasitas Panas Cp glukosa Cp protein Cp lemak Cp serat

= = = =

Cp Ca(OH)2

=

Kkal/kg°C Kkal/kg°C Kkal/kg°C Kkal/kg°C 0.29 Kkal/kg°C

Cp (NH4)2HPO4

=

0.41 Kkal/kg°C

Cp asam laktat Cp kalsium laktat Cp karbon aktif Cp bakteri Cp abu Cp pati Cp H2SO4

= = = = = = =

0 .5 8 0 .3 5 0.17 0.6 0 .3 7 0 .3 7 0 .3 5

Data panas pembakaran Glukosa = Asam laktat = Kalsium laktat = Ca(OH)2 = H2 O =

-673000 -161308 -357947 -239680 -6 8 3 1 7 . 4

Kkal 25

0 .3 0 0 .3 7 0 .5 8 0 .3 2

Kkal/kg°C Kkal/kg°C Kkal/kg°C Kkal/kg°C Kkal/kg°C Kkal/kg°C Kkal/kg°C

Kkal/kgmol Kkal/kgmol Kk Kkal/kgmol Kkal/kgmol Kkal/kgmol

1. Tangki Pencampuran dan Sterilisasi

Larutan dedak padi

Steam suhu 148°C

Kondensat s

Larutan dedak padi steril suhu 120°C steam yang digunakan saturated steam suhu 148°C (Ulrich, 19 data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th edition, hal 858 λ steam jenuh pada suhu 148°C adalah = 2 1 2 0 .4 5 = 506.8 HL = 623.57 kJ/kg = 149.04 kkal/kg HV = 2744.02 kJ/kg = 655.84 kkal/kg H steam

ΔT

= =

Ms Ms

x x

λ

=

T bahan

-

T refference

506.8

1. Tangki Pencampuran dan Sterilisasi

Larutan dedak padi

Steam suhu 148°C

Kondensat s

Larutan dedak padi steril suhu 120°C steam yang digunakan saturated steam suhu 148°C (Ulrich, 19 data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th edition, hal 858 λ steam jenuh pada suhu 148°C adalah = 2 1 2 0 .4 5 = 506.8 HL = 623.57 kJ/kg = 149.04 kkal/kg HV = 2744.02 kJ/kg = 655.84 kkal/kg H steam

ΔT

= =

Ms Ms

x x

λ

=

T bahan

-

T refference

506.8

3. Cooler Fungsi: Untuk mendinginkan substrat dari 120°C menjadi 45°C

Air pendingin yang digunakan mempunyai suhu 30°C dan keluar pada suhu 45°C Air Pendingin masuk suhu 30°C

Substrat dedak padi Suhu 120°C

Substrat de Suhu 45°C Air pendingin keluar 45°C

Entalphy bahan masuk (T = 120°C) Komponen Massa (kg) Glukosa Air

355.61 1771.429

Total

2127.039

Cp (Kkal/kg°C) 0.30 1

H(Kkal) m.Cp.ΔT 10134.885 168285.76

178420.64

Entalphy bahan keluar (T = 45°C) Komponen Massa (kg) Glukosa Air

355.61 1771.429

Total

2127.039

Cp (Kkal/kg°C) 0.30 0.999

H(Kkal) m.Cp.ΔT 0 0

0

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

Ma x Cp x ΔT Ma kg x 0.999 kkal/kg°C 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x ΔT Ma kg x 0.9997 kkal/kg°C 19.994 Ma kkal

Neraca Panas: H bahan masuk + H air dingin masuk = H bahan keluar + H air 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 ΔT 59394.251 kkal Ma x Cp X ΔT 237814.89 kkal Neraca Panas Cooler

Masuk (Kkal)

Keluar (Kkal)

H bahan

178420.64 H produk

dari utilitas H air pendingin Total

ke utilitas 59394.251 H air pendingin 237814.89 Total

4. Starter tank

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

Air pendingin suhu 30°C

Larutan dedak padi suhu 45°C

Biakan bakt suhu 45°C Air pendingin suhu 45°C

Entalphy bahan masuk (T = 45°C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT (kg) ΔT Glukosa 3.486 0.30 20.916 Air 148.636 0.9997 2971.8282 Total 152.122 2992.7442 Entalphy bahan tambahan masuk (T = 30°C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT (kg) ΔT 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

20 20

5 5 5

Total Entalphy bahan masuk

=

2994.1459

Entalphy bahan keluar (T = 45°C) Massa Cp H (Kkal) Komponen (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT (kg) ΔT Air 148.762 0.9997 2974.3474 Glukosa 0.218 0.30 1.308 Asam laktat 0.024 0.58 0.2784 Ca.laktat 0.763 0.35 5.341 Biomass 2.959 0.32 18.9376 Total 152.726 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) = -673000 kkal/kgmol ΔHc (C6H12O6) = -68317.4 kkal/kgmol ΔHc (H2O) Menghitung panas pembentukan dari persamaan 17 (Hougen, hal 171) a = jumlah atom C b = jumlah atom H = -1647215.2 kkal/kgmol ΔHf (C6H12O6) Dari Appendiks A diperoleh: C6H12O6 yang bereaksi Asam laktat terbentuk = ΔH reaksi pada 25°C = =

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

ΔH produk =

= = ΔH reaktan = = = ΔH reaksi = = Reaksi II 2 C3H6O3 + Ca(OH)2 ΔHf C3H6O3 ΔHf Ca(OH)2 ΔHf H2O ΔHf (CH3H5O3)2Ca

M asam laktat x Cp x ΔT 0.63 x 0.58 x 20 7.308 kkal M glukosa x Cp x ΔT 0.63 x 0.30 x 20 3.78 kkal ΔH produk - ΔH reaktan + ΔH reaksi 2 -3309.037 kkal

= = = =

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

ΔH produk = = ΔH reaktan = = ΔH reaksi =

= ΔH reaksi total

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

0.007 0.0035 0.007 0.0035

kgmol kgmol kgmol kgmol

= ΔHf produk - ΔHf reaktan = -2209.2581 = 887.9339 kkal M Kalsium laktat x Cp x ΔT 5.341 kkal M asam laktat x Cp x ΔT 14.616 kkal ΔH produk - ΔH reaktan + ΔH reaksi 2 878.6589 kkal = ΔH reaksi I + ΔH reaksi II = -2430.3783 kkal

Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasilkan panas (eksoterm), maka diperlukan air pendingi untuk menstabilkan suhu operasi H air pendingin masuk H air pendingin keluar

= = = =

Ma x Cp x ΔT 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x ΔT 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

H bahan H reaksi

= = = =

=

Ma x Cp x ΔT 807.02705 kkal Ma x Cp x ΔT 3231.3405 kkal

Neraca Panas Starter Tank Masuk (kkal) Keluar (kkal) 2994.1459 H produk 2430.38



5. Fermentor

Fungsi: untuk memfermentasikan glukosa menjadi asam lakta dengan kultur bakteri Lactobacillus delbrueckii suhu operasi adalah 45°C, pada fermentor terjadi reaksi eksot sehingga diperlukan air pendingin untuk menjaga suhu operasi konstan

Dari starter tank suhu 45°C

Ca(OH)2, (NH4)2HPO4 Suhu 30°C Air pendingi suhu 30°C

Larutan dedak padi suhu 45°C

kalsium lakt suhu 45°C Air pendingin suhu 45°C

Entalphy bahan masuk (T = 45°C) Komponen Massa (kg) Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT ΔT Air 1486.487 0.9997 29720.823 Glukosa 313.9757 0.30 1883.8542 Asam laktat 0.024 0.58 0.2784 Kal.laktat 0.763 0.35 5.341 Biomass 2.9587 0.32 18.93568 Total 1804.209 31629.232

20 20 20 20 20

Entalphy bahan tambahan masuk (T = 30°C) Komponen Massa (kg) Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT Ca(OH)2 (NH4)2HPO4 Total

ΔT

127.1296

0.29

184.33792

5

58.9843

0.41

120.91782

5

186.1139

305.25574

Total panas bahan masuk

=

31934.488

Entalphy bahan keluar (T = 45°C) Komponen Massa (kg) Cp (Kkal/kg°C) 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

H (Kkal) m.Cp.ΔT ΔT 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) = -673000 kkal/kgmol ΔHc C6H12O6 = -68317.4 kkal/kgmol ΔHc H2O Menghitung panas pembentukan dari persamaan 17 (Hougen, hal 171) a = Jumlah atom C b = Jumlah atom H = -301215.20 kkal/kgmol ΔHf C6H12O6 = -161308.00 ΔHf C3H6O3

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

ΔH produk =

= ΔH reaktan = = ΔH reaksi = = Reaksi II 2 C3H6O3 + Ca(OH)2 ΔHf C3H6O3 ΔHf Ca(OH)2 ΔHf H2O ΔHf (C3H5O3)2Ca

= ΔHf produk - ΔHf reaktan = -1125484.6 = -600071.94 kkal M asam laktat x Cp x ΔT 3642.1193 kkal M glukosa x Cp x ΔT 1883.8548 kkal ΔH produk - ΔH reaktan + ΔH reaksi 2 -598313.7 kkal

= = = =

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

ΔH produk = =

1.74431 3.48862

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

= = = =

3.272 1.636 3.272 1.636

= ΔHf produk - ΔHf reaktan = -1032670.4 = 415045.67 kkal M kalsium laktat x Cp x ΔT 2496.536 kkal

ΔH reaktan =

= ΔH reaksi = = ΔH reaksi total

M asam laktat x Cp x ΔT 3415.968 kkal ΔH produk - ΔH reaktan + ΔH reaksi 2 414126.24 kkal = ΔH reaksi 1 + ΔH reaksi 2 = -598313.68 + = -184187.44 kkal

Tanda negatif menunjukkan bahwa reaksi tersebut menghasil panas (eksoterm) sehingga diperlukan air pendingin agar suhu operasi tetap konstan H air pendingin masuk = = H air pendingin kelaur = =


Neraca Panas: H bahan + H reaksi + H air pendingin = H produk + H air pendin 187008.49 Ma = 15.0005 Ma = 12466.817 kg H air pendingin masuk = = H air pendingin keluar = =


Neraca Panas Fermentor Masuk (Kkal) Keluar (Kkal)

H bahan H reaksi dari utilitas

H air pendingin Total

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 8

Steam suhu 148°C

Larutan kalsium laktat suhu 45°C

Larutan kalsium lakt suhu 82°C Kondesat suhu 148°C

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

506.8

Hv

= =

H steam

= =

2744.02 kJ/kg 655.84 kkal/kg Ms x λ Ms

x

Entalphy bahan masuk (T = 45°C) Komponen Massa Cp (Kkal/kg°C) (kg) Air 1604.291 0.9997 Kal.laktat 357.4459 0.35 Total

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

Entalphy bahan keluar (T = 82°C) Komponen Massa Cp (Kkal/kg°C) (kg) Air 1604.291 1.0031 Kal.laktat 357.4459 0.35 Total

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

Q loss

= = H kondensat

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

506.8

20 20

57 57

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 148°C

Larutan dedak padi steril su steam yang digunakan saturated steam suhu 148°C (Ulri data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th edition, hal 858 λ steam jenuh pada suhu 148°C adalah

HL HV

= = = =

623.57 149.04 2744.02 655.84

= = kJ/kg kkal/kg kJ/kg kkal/kg

H steam

= =

Ms Ms

x x

ΔT

=

T bahan

-

Entalphy Bahan Masuk (T = 100°C) Komponen

Massa (kg) Cp (Kkal/kg°C)

Air Protein Pati Serat kasar uhu 148°C Lemak Abu Total

1806 41 324 353 16 160 2700

0.99 0.37 0.37 0.32 0.58 0.37

H (Kkal) m.Cp.ΔT 134095.5 1137.75 8991 8472 696 4440 157832.250

Entalphy Bahan Keluar (T = 120°C) 84)

kJ/kg Kkal/kg

Komponen Air Protein Pati Serat kasar Lemak Abu Total Q loss

kkal/kg

Massa (kg) Cp (Kkal/kg°C)

= = = H kondensat = =

1806 41 324 353 16 160 2700

1.000 0.37 0.37 0.32 0.58 0.37

H (Kkal) m.Cp.ΔT 171570 1441.15 11388.6 10731.2 881.6 5624 201636.55

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

2. Tangki Hidrolisis

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

ak padi Substrat dedak padi suhu 120°C Air pendingin keluar suhu 45°C

ΔT

Entalphy bahan masuk (T = 120°C) Komponen Massa (kg) Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT 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

NEXT

5

Cp air 30 ΔT

0.9987 5

x 20

Cp air 45 ΔT

0.9997 20

ingin keluar 178420.64 15.0005

0

237814.9 237814.89

ri

kkal

673000 68317.4

94051.8 x 34158.7 x 94051.8 x 34158.7 x ΔHf (C3H6O3) = -5765.253 161308

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

0.63

0.58

20

0.63

0.3

20

°C

161308 239680 68317.4

ΔHf produk -3097.192 ca.laktat H2O

= =

ΔHf reaktan as.laktat Ca(OH)2

= =

-2258.312 -838.88

M Ca.laktat M as.laktat

= =

0.763 1.26

°C

2430.38

-1252.8145 Total -956.4436

n

utk mencari Ma 2424.31346

3000.212

3231.341 6231.553

15.0005

rm

n

t

Kkal

673000 68317.4

Perhitungan ΔHf C6H12O6 94051.8 x 34158.7 x Perhitungan ΔHf C3H6O3 94051.8 x

6= 12 = 3=

34158.7 x

ΔHf produk -525412.7 ΔHf reaktan ΔT

M as laktat M glukosa

6=

= =

-1125484.63 -525412.686

= = =

20 313.9758 313.9758

°C

kgmol kgmol kgmol kgmol ΔHf produk

-1447716 ΔHf reaktan

(C3H5O3)Ca 2 H2O Total C3H6O3 Ca(OH)2 Total

= = = = = =

-585601.29 -447069.07 -1032670.4 -1055599.6 -392116.48 -1447716

BM ka.laktat = M ka.laktat =

218 356.648

BM as.laktat = M as.laktat =

90 294.48

°C

414126.2 184185.3 kkal an

gin

utk mencari Ma -187010.585 187008.49 15.0005

34757.64

249261.5 284019.2

2°C

t

kkal/kg

kkal/kg

kkal/kg

5% =

Ms kkal/kg

utk menghitung Ms 64280.7954 332.42

0.05

Kondensat suhu 148°C

u 120°C ch, 1984)

2120.45 kJ/kg 506.8 Kkal/kg

λ

506.8 kkal/kg T refference

ΔT

75 75 75 75 75 75

ΔT

95 95 95 95 95 95

5% 0.05

43804.300 332.42

131.774 131.774 131.774

Entalphy bahan tambahan (T = 30°C) Komponen Massa (kg) Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT ΔT Air 0.99 0.9987 4.943565

5

H2SO4

0.135

5

Total

1.125

0.35

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

ΔT

ΔT

0.23625 5.179815 =

203323.1

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

95 95 95 95

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

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

Dari Appendiks A diperoleh: C6H10O5 bereaksi = C6H12O5 terbentuk =

1.976 kgmol 1.976 kgmol

ΔH reaksi pada 25°C

= = =

ΔH Produk = =

M glukosa x Cp x ΔT 10136.88 kkal M pati x Cp x ΔT 11390.85 kkal ΔH produk - ΔH reaktan + ΔH reaks -21013.97 kkal 21013.97

ΔH Reaktan = = ΔH reaksi = =

ΔHf produk - ΔHf reakt -3254897 -19760 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 keluar = =


Neraca panas: H bahan + H reaksi + H air pendingin = H produk + H air pe 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

dari utulitas H air pendingin Total

ke utilitas 14827.94 H air pendingin 239165 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

9 4 0 5 1 .8 x 3 4 1 5 8 .7 x 3 4 1 5 8 .7 x

6= 10 = 12 =

564310.8 341587 409904.4

= =

an ΔHf reaktan -3235137

BM glukos M glukosa =

180

BM pati M pati

164

3 5 5 .6 8

=

324.064

i 25°C

dingin -4 4 5 4 3 . 2 15.0005

kkal kkal

pati + air -3235137

4 4 5 4 3 .2

268880.3

59371.14 328251.5

7. Heater

Fungsi: Untuk memanaskan larutan sebelum masuk ke reaktor sulfuric

steam, suhu 148°C

larutan kal.laktat suhu 82°C

Larutan kal.laktat suhu 100°C kondensat, suhu 148°C

steam yang digunakan saturated steam suhu 148°C Data dari App. A.2-9 Geankoplis, 3th edition, hal 858 2120.5 kJ/kg λ steam jenuh pada suhu 148°C adalah = 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 λ Ms

x

506.8 kkal/kg

Entalphy bahan masuk (T = 82°C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT (kg) ΔT Air 1604.291 1.0031 91728.07 Kal.laktat 357.4459 0.35 7131.046 Total 98859.11 Eentalphy bahan keluar (T = 100°C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT (kg) ΔT 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 30°C

Larutan kal.laktat suhu 100°C

Larutan as.laktat suhu 100°C Air pendingin, suhu 45°C

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

75 75

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

130091.74 kkal

Entalphy bahan keluar (T = 100°C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (Kkal/kg°C) m.Cp.ΔT (kg) ΔT 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 ΔHf CaSO4 =

5 5

75 75 75

2 C3H6O3 + CaSO4 2+

ΔHf Ca

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

2-

+ ΔHf SO4

-129770 + -346670 kcal/kmol

= = = =

-216900

1.604 1.604 3.207 1.604

kmol kmol kmol kmol

ΔH rex (25°C)

ΔH C3H6O3 = = ΔH CaSO4 = = ΔH produk = = ΔH (C3H5O3)2Ca ΔH H2SO4 ΔH reaktan =

= ΔH rex

= =

= = =

ΔHf produk - ΔH reaktan

-2625313 -1588655 kkal

-1036658

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


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 =

H bahan H reaksi

524568 kkal 2100373 kkal

Neraca Panas Reaktor Sulfuric Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 130091.74 H produk 135541.6 1581255



2100373 2235914.8

9. Cooler

TIDAK DIHITUNG

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

Air pendingin masuk, suhu 30°C

Larutan asam laktat suhu 100°C

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

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

75 75

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


55 55

Ma x Cp x ΔT Ma x 0.9987 kkal/kg°C x 5 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x ΔT Ma x 0.9997 kkal/kg°C 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 = =


H bahan

Neraca Panas Cooler Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 124451.521 H produk 90881.69



44744.85 135626.5

9. Bleaching Tank

Fungsi: Untuk menyerap warna larutan asam laktat dengan menggunakan karbon aktif pada suhu 80°C

Karbon aktif Suhu 30°C

Air pendingin masuk Suhu 30°C

Larutan asam laktat Suhu 100°C

Larutan asam laktat Suhu 90°C Air pendingin keluar Suhu 45°C

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

123929.6

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

75 75

2.453443 123932 kkal

5

entalphy bahan keluar (T = 90°C) Komponen Massa Cp H (Kkal) (kkal/kg°C) m.Cp.ΔT (kg) ΔT Air 1480.689 1.0029 96523.89

65

Asam laktat 288.6403

0.58 10881.74

65

Karbon aktif 2.886403

0.17 31.89475

65

Total


107437.5

Ma x Cp x ΔT Ma x 0.9987 kkal/kg°C x 5 4.9935 Ma kkal Ma x Cp x ΔT Ma x 0.9997 kkal/kg°C 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 = =


H bahan

Neraca Panas Bleaching Tank Masuk (Kkal) Keluar (Kkal) 123932.031 H produk 107437.5



2 1 9 8 5 .3 4 129422.9

10. Evaporator

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

steam yang digunakan = 148 °C °C Data dari appendiks A F = 1 7 6 7 .8 8 Xf = 0.16 XL1 = 0 .2 4 7 xL2 = 0 .5 1 0 Tf = 90 Menghitung BPR larutan asam laktat pada tiap efek BPR = 1.78 x + 6.22 x2 BPR 1 = 0 .4 4 BPR 2 = 2 .5 3 = 2 .9 7 ΣBPR 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 = 5 6 .1 7 + 2 .5 3 = 5 8 .7 0

P

=

0.19 atm

ΣΔT yang didapatkan Ts1 - T2(saturation) - ΣBPR = = 8 8 .8 6

Menghitung ΔT1 dan ΔT2 dari persamaan = x ΔT1 ΣΔT

1/U1 1/U1 + 1/U2

= 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 = 12 00 = 1032.525 kcal/h.m2.°C U2 = 1100 = 946.481 kc kcal/h.m2.°C

μ larutan asam laktat

Maka, ΔT1 ΔT2

= =

4 2 .5 0 °C 4 6 .3 6 °C

Asumsi Karena feed yang masuk ke efek I dingin maka pada efek ini dibutuhkan panas berlebih dengan cara menaikkan ΔT1 dan menurunkan ΔT2 sehingga = 4 6 .3 6 °C ΔT1 = 4 2 .5 0 °C ΔT2

Menghitung aktual boiling point pada tiap efek Ts1 - ΔT1 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 - ΔT2 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/kg°C = 0.912 kcal/kg°C L1 = 3.60955 kJ/kg°C = 0.863 kcal/kg°C L2 = 2.9915 kJ/kg°C = 0.715 kcal/kg°C

2.35 x

Nilai entalphy tiap efek Entalphy Ts1 T = P = HL = Hv = = λ

148 451.64 149.04 655.84 506.8

°C kPa kcal/kg kcal/kg kcal/kg

Entalphy T1 T = P = HL = Hv = = λ

101.64 110.98 102.65 640.51 537.86


Entalphy Ts2 T = P = HL = Hv = = λ

101.19 109.15 102.18 640.34 538.17


Entalphy T2 T = P = HL = Hv = = λ

58.70 18.78 58.63 623.13 564.5


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

56.17 16.73 56.19 622.12 565.92


Nilai dari entalphy H dari bermacam-macam aliran uap relatif ke H2O pada 0°C sebagai data yang diperlukan untuk steam tabel adalah sebagai berikut: Efek I H1 = Hv1 + 1.884 (BPR 1) = 641.18 kcal/kg = Hv1 - HL1 λs1 = 506.8 kcal/kg Efek II H2 λs2

= = = =

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 λs1 104750.27 + 104750.27 + 506.8 S +

= 506.8 S 506.8 S

Efek 2 L1 x Cp1 x (T1 - Treff) + V1 λs2 = L1 x 0.863

L1 x Cp1 x (T1 - Treff = L1 = 1133523 575.0606 L1 =

L2 x Cp2 x (T2 - Treff 76.64 + 1767.88

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

+ 1176.52272 694.950717 591.357281 610.799719

952881.2 = = =

575.0606 L1

Menghitung nilai Q tiap efek S x λs1 Q1 = = 352201.023 kcal V1 x λs2 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 H vapour Total

77786.87 H bahan 318739.5 H vapour 396526.4 Total

13629.33 382897.1 396526.4

-341010.1 1099.76 1176.523

=

5% =

utk menghitung Ms 31760.115 332.420

0.05

=

-2069254

=

-556059

=

-2625313

ΔHf reaktan (C3H5O3)2Ca

=

-725626

ΔHf reaktan H2SO4

=

-311032

ΔHf total

=

-1036658

BM as.laktat M as.laktat

= =

90 288.63

BM CaSO4 M CaSO4 Cp CaSO4

= = =

136 218.144 0.173

BM Ca.laktat M Ca.laktat Cp Ca.laktat

= = =

218 349.672 0.294

BM H2SO4 M H2SO4

= =

98 157.192

ΔHf produk

(C3H6O3) ΔHf produk CaSO4 ΔHf total

Cp air 30°C ΔT

= =

0.9987 5

Cp air 45°C ΔT

= =

0.9997 20

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

+ V1H1 0.863 76.64 + 1767.88 575.0606 L1 1028772.9 (persamaan 1)

+ V2H2 -

L1

539.00 =

L1

565.723

0.715

+ L1

1028772.9

626.88 L1

Bab IV Dan Appendiks B (Neraca Panas)

Recommend Documents