ITS NonDegree 13074 Enclosure List

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)


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)


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)


Tugas AkhirTugas AkhirTugas AkhirTugas Akhir Pabrik BioetPabrik BioetPabrik BioetPabrik Bioetanol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)anol dari jambu mete (Anacardium Occidentale)

dengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasidengan proses fermentasi

91

ρ sari buah = (fraksi × sg) × ρ air pada 30OC

= 1,237 × 995,647 kg/m3

= 1231,46 kg/m3

Volume feed sari buah (V1) = m/ρ

= 33622,34/1231,46

= 27,302 m3

= 27302,82 liter

� Penambahan H2SO4

pH awal (feed) pH awal (feed)

pH = - log [H+] pH = - log [H

+]

6 = - log [H+] 5 = - log [H

+]

[H+] = 10

-6 [H

+] = 10

-5

[H+] = Ma.Ka [H

+] = Ma.Ka

10-6

= Ma1082,1 5 ⋅⋅ − 10-5

= Ma1082,1 5 ⋅⋅ −

M1 = 5,5.10-8

M3 = 5,49.10-6

Volume mash akhir : V3 = V1 + V2

Konsentrasi H2SO4 98% : BM

10%M2

⋅⋅ρ=

98

10988,1 ⋅⋅= = 18 M

Volume H2SO4 98% yang dibutuhkan = V2

M1 . V1 + M2 . V2 = M3 . V3

(5,5.10-8

× 27302,82) + 18 . V2 = 5,49.10-6

× (27302,82 + V2)

0,002 + 18 . V2 = 0,15 + 5,49.10-6

V2

V2 = 0,008 liter

Massa H2SO4 98% yang dibutuhkan = V2 . ρ

= 0,008 × 1,8

= 0,015 kg

Volume H2O dalam H2SO4 98% = 0,02 liter × 0,015

= 0,0003 liter

Massa H2O dalam H2SO4 98% = 0,0003 × 0,99708

= 0,0003 kg



92 92

Massa H2O total = H2O yang ditambahkan + H2O dari feed

= 0,0003 + 19011,95 = 19011,9503

Neraca Massa pada Tangki Mixing (M-120)


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)




93

Neraca Massa pada Tangki Sterilisasi (M-130)


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)


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)



94 94

6. TANGKI STARTER (R-210) Fungsi : untuk membiakkan bakteri sesuai dengan medianya.

Komponen Massa (kg) fraksi sg fraksi*sg

Air 950,60 0,565 1,000 0,565

Glukosa 712,08 0,424 1,562 0,662

Mineral 3,46 0,002 1,260 0,0026

Protein 8,07 0,005 1,100 0,0053

Lemak 6,91 0,004 0,460 0,0019

H2SO4 0,0007 1,574×10-5

1,834 3,9×10-5

Total 1681,12 1 7,216 1,237

� Larutan

ρ larutan = (fraksi × sg) × ρ air pada 32OC

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

3

Volume larutan = tanlaru

tanlarum

ρ

= 3

3m37,1

mkg1230,73

kg1681,12=

Nutrien yang ditambahkan : - (NH4)2SO4 = 70 ppm dari mash (Gumbira.,1987)

= kg096,0gr96mashm1

m37,1gr703

3

==×

- H3PO4 = 70 ppm dari mash (Gumbira.,1987)

= kg096,0gr96mashm1

m37,1gr703

3

==×

Tangki Sterilisasi

M-130 5% sari buah (32

OC) Mash (32

OC)

(Ke R-220)

Nutrien Saccharimyces

cereviseae

(dari F-212)

Antifoam

CO2




95

- Antifoam yang ditambahkan = 10 ppm

kg0,014

gr66,13

mash3m1

3m37,1gr10

=

=

×=

� Biomassa Volume biomass = 15% × volume larutan (Riegel’s.,1974)

= 15% × 1,37 m3 = 0,205 m

3

ρ biomass yang masuk = 33 m

kg93,0

m 0,205

kg19,0=

Massa biomass yang masuk = ρ 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

+

×µ=µ (Gumbira.,1987)

Dimana :

µ = rate pertumbuhan spesifik biomass (liter/jam)

µm = 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=

3

3m/kg3,521

m 1,37

kg712,08==



96 96

( )( )

jam/liter43,03,521025,0

3,52143,0µ =

+

×=

� Menghitung kecepatan tumbuh biomass (Rv)

Rv = µ × Xvo

Xvo = konsentrasi biomass mula-mula

3

3m/kg12,0

m1,57

kg19,0==

Rv = 0,43 liter/jam × 0,12 kg/m3 = 0,05 kg/m

3.jam

Pertumbuhan biomass dilakukan selama 24 jam (1 hari)

Xvt = 24 × Rv

= 24 jam × 0,05 kg/m3.jam

= 1,26 kg/m3

Biomass tumbuh = Xvt × volume larutan

= 1,26 kg/m3 × 1,37 m

3 = 1,72 kg

NERACA MASSA BIOMASS Biomass keluar = biomass masuk + biomass tumbuh

= (0,19 + 1,72) kg

= 1,91 kg

GLUKOSA SISA Bahan masuk = Bahan keluar

5% mash + biomass masuk + nutrien = biomass keluar + H2O +

protein + lemak + mineral

+ glukosa sisa

1681,5 = 970,94 + glukosa sisa

Glukosa sisa = 1681,5 – 970,94 kg = 710,56 kg

Glukosa yang dikonsumsi biomass = 712,08 – 710,56 kg

= 1,52 kg

Pada tangki starter ini telah dihasilkan produk etanol. Hal ini

disebabkan karena dalam tangki ini terdapat biakan biomass

“Saccharomyces cerevisae” dan nutrien-nutrien.

Reaksi I C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2

S..cereviseae




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)


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


= 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

+



98 98

Massa CH3COOH terbentuk = 1,72 kmol x 60 kg/kmol

= 103,03 kg


= 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)


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.




99

Massa Masuk (kg)

Komponen T.starter

T.Penampung

Sari Buah

Massa

Total

(kg)

fraksi s.g volume

Glukosa 0,00 13529,59 13529,59 0,4024 1,562 8,71

H2O 919,69 18061,35 18981,04 0,565 1,000 19,08

C2H5OH 126,20 - 126,20 0,021 0,789 0,16

CH3COOH 103,03 - 103,03 0,00 1,049 0,10

C3H8O3 315,96 - 315,96 0,00 1,260 0,25

Mineral 3,46 13529,59 69,13 0,002 1,260 0,06

Protein 8,07 18061,35 161,31 0,0048 1,100 0,15

Lemak 6,91 - 138,27 0,004 0,460 0,30

Biomass

akhir 1,91 - 1,91 0,00 1,588 0,00

H2SO4 - 13529,59 0,01 0,00 1,834 0,00

Total 1485,23 18061,35 33426,47 1 28,80

Fraksi glukosa totalberat

glukosaberat=

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

Volume glukosa C32airglukosasg

glukosaberatoρ×

=

Tangki

Fermentor

R-220

95% sari buah (32OC)

Etanol 8 % (32OC)

(Ke D-310)

(dari F-212)

Antifoam

CO2

Biakan (32OC)

(dari R-210)



100 100

ρ larutan tanlaruv

tanlarum=

3m/kg71,116028,80

33426,47==

Volume larutan tanlaru

tanlarum

ρ=

3m/kg80,2871,1160

33426,47==

Antifoam yang ditambahkan = 10 ppm

kg29,0

m80,28m/kg01,0

tanlaruvolumem/kg01,0

m1

dm10

mg10

kg1

dm

mg10

liter

mg10ppm10

33

3

3

33

63

=

×=

×=

⋅

⋅

==

� Perhitungan neraca biomass untuk menghitung

pertumbuhan bakteri Dengan menggunakan persamaan ”Monod” yaitu :

Sks

Sm

+

×µ=µ (Gumbira.,1987)

Dimana :

µ = rate pertumbuhan spesifik biomass (liter/jam)

µm = 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=

3

3m/kg81,469

m 28,80

kg13529,59==




101

( )( )

jam/liter43,081,469025,0

81,46943,0µ =

+

×=

� Menghitung kecepatan tumbuh biomass (Rv)

Rv = µ × Xvo

Xvo = konsentrasi biomass mula-mula

3

3m/kg07,0

m 28,80

kg1,91==

Rv = 0,43 liter/jam × 0,07 kg/m3 = 0,03 kg/m

3.jam

Pertumbuhan biomass dilakukan selama 24 jam (1 hari)

Xvt = 24 × Rv

= 24 jam × 0,03 kg/m3.jam

= 0,91 kg/m3

Biomass tumbuh = Xvt × volume larutan

= 0,91 kg/m3 × 28,80 m

3 =26,24 kg

NERACA MASSA BIOMASS Biomass keluar = biomass masuk + biomass tumbuh

= (1,91 + 26,24) kg

= 28,15 kg

GLUKOSA SISA Bahan masuk = Bahan keluar

95% mash + biomass masuk + nutrien = biomass keluar + H2O +

protein + lemak + mineral

+ glukosa sisa

31943,44 = 19377,91 + glukosa sisa

Glukosa sisa = 31943,44 – 19377,91 kg

= 12565,53 kg

Glukosa yang dikonsumsi biomass = 13529,59 –12565,53 kg

= 964,06 kg

Reaksi I


kg 12565,53=




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


= 2055,16 kg


= 1965,81 kg

Reaksi II

(Austin T. George, 1979)


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


= 1091,80 kg

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

= 1424,09 kg



+

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

2C3H8O3

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

+




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)


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


- Mineral 3,46

Ke D-310 - Air 18553,81

- Glukosa 0,00

- C2H5OH 3273,17

- CH3COOH 1527,12

- C3H8O3 4683,18


- Mineral 69,13

- Protein 161,31

- Lemak 138,27

- Antifoam 0,29

CO2 ke gas waste - CO2 13704,35



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)


Dari D-310 - Air 18553,81

- Glukosa 0,00

- C2H5OH 3273,17

- CH3COOH 1527,12

- C3H8O3 4683,18


- 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


- 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)




105

9. PRE-HEATER (E-222)

Neraca Massa pada Pre- Heater (E-222)


Dari F-221

- H2O 18553,81

- C2H5OH 3273,17

- CH3COOH 1527,12

- C3H8O3 4683,18


- 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


- 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



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




107

t trial = 93,3566oC

T = (273 + 93,356) K = 366,356 K

o

ii

P

PK = dimana

( )

+−=

TC

BAPln

sat (Smith 5th., 1996)

( )

755,1760

638,1333K

mmHg638,1333Pi

196,7

356,36668,41

98,38039119,18Pln

i

i

==

=

=

+=

Menghitung dengan cara yang sama untuk komponen lain

berdasarkan data dari literatur.

Ki = konstanta keseimbangan liquida-uap

Dimana Kc komponen yang paling berat (“Heavy Key”) = Air

c

iI

K

KaargH =α (Geankoplis 4

th., 2003)

misalnya perhitungan pada light key

248,278,0

755,1i ==α

αI = volatilitas relatif

Untuk “bubble point” pada distilasi multi komponen adalah:

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

Dimana ii

iii

x

xy

⋅α∑

⋅α= (Geankoplis 4

th., 2003)

yi = komposisi uap

ii

cx

1KaargH

⋅α∑= (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



108 108

H2O (HK) 373,2 K 18,3036 3816,44 -46,13

CH3COOH 391,1 K 16,808 3405,57 -56,34

C3H8O3 563 K 17,2392 4487,04 -140,2

(Reid.,.The Properties of Gases and Liquids..Hal.624)

P operasi = 1 atm = 760 mmHg

t trial = 93,356oC

T = (273 + 93,356) K = 366,356 K

Dipilih light key adalah etanol dan heavy key adalah air.

Komponen BM Massa

(kg) Kmol xF

C2H5OH (LK) 46 136,38 2,96 0,06

H2O (HK) 18 773,08 42,95 0,87

CH3COOH 60 63,63 1,06 0,02

C3H8O3 92 195,13 2,12 0,04

Jumlah 1168,22 49,09 1

Komponen Ln Pi Pi Ki αi

C2H5OH (LK) 7,20 1333,64 1,75 2,25

H2O (HK) 6,39 593,27 0,78 1

CH3COOH 5,82 337,94 0,44 0,57

C3H8O3 -2,60 0,07 9,76 ×10-5

1,25 ×10-4

Komponen αi.xF yi log αi

C2H5OH (LK) 0,14 0,13 0,35

H2O (HK) 0,87 0,86 0,00

CH3COOH 0,01 0,01 -0,24

C3H8O3 5,40 ×10-6

5,28×10-6

-3,90

Jumlah 1,02 1,000




109

Asumsi distribusi produk distilat dan bottom :

1. Ethanol (light key) di overhead = 0,89 feed

2. Air (heavy key) di bottom = 0,89 feed

� C2H5OH (LK)

n distilat = 0,89 x kmol C2H5OH = 0,05 kmol

n bottom = 0,11 x kmol C2H5OH = 0,007 kmol

� H2O (HK)

n distilat = 0,11 x kmol H2O = 0,096 kmol

n bottom = 0,89 x kmol H2O = 0,779 kmol

Komposisi n distilat N bottom mol D/B log D/B

C2H5OH (LK) 0,05 0,007 8,09 0,908

H2O (HK) 0,096 0,779 0,12 -0,908

Komposisi log α log D/B

C2H5OH(LK) 0,352 0,908

H2O (HK) 0 -0,908

Grafik distribusi komponen dalam distilat dan bottom

y = 4,7393x - 0,908

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

log α

log

D/B



110 110

Untuk distribusi komponen dalam distilat (produk atas) dan

bottom (produk bawah) dengan membuat persamaan garis antara

heavy key dan light key dengan absis log α dan ordinat log(D/B)

diperoleh persamaan sebagai berikut (Winkle.,1967) :

log(D/B) = m log( α ) + c

Persamaan grafik : y = 4,7393 x – 0,908

m = 4,7393

c = -0,908

DISTILAT (D)

Menentukan T “Buble Point” dari distilat

P = 1 atm = 760 mmHg

T trial = 90,20 0C = 363,20

0K

Komponen log(D/B) D/B kmol xD(mol)

C2H5OH (LK) 0,76 5,74 2,53 0,35

H2O (HK) -0,91 0,12 4,72 0,65

CH3COOH -2,07 0,01 0,01 1,24×10-3

C3H8O3 -19,41 3,93×10-20

8,34×10-20

1,15×10-20

Total 7,259 1

Komponen Ln Pi Pi Ki yi=Ki.xD

C2H5OH (LK) 7,08 1188,75 1,56 0,54

H2O (HK) 6,27 526,90 0,69 0,45

CH3COOH 5,71 301,83 0,40 4,94×10-4

C3H8O3 -2,88 0,06 7,37×10-5

8,47×10-25

Jumlah 1

Trial suhu = 90,20 0C = 363,20

0K benar

Menentukan T “Dew Point” dari distilat





111

t trial = 93,92oC

T = (273 + 93,92) K = 366,92 K

Komponen yi Ln Pi Pi Ki xi=yi/Ki

C2H5OH

(LK) 0,35 7,22 1361,01 1,79 0,19

H2O (HK) 0,65 6,41 605,83 0,80 0,82

CH3COOH 0,001 5,84 344,75 0,45 0,003

C3H8O3 1,15×10-20

-2,55 0,08 0,0001 1,12×10-16

Jumlah 1 1

Trial suhu = 93,92oC = 366,92 K benar

BOTTOM (B)

Menentukan T “Bubble Point” dari bottom distilasi P = 1 atm = 760 mmHg

T trial = 101,90oC = 374,90

oK

Kmol bottom/kmol feed = kmol feed-kmol distillat

Komponen log(D/B) D/B kmol xB(mol)

C2H5OH(LK) 0,76 5,74 0,44 0,01

H2O(HK) -0,91 0,12 38,22 0,91

CH3COOH -2,07 0,01 1,05 0,03

C3H8O3 -19,41 3,93 ×10-20

2,12 0,05

Jumlah 41,84 1

Komponen Ln Pi Pi Ki yi =Ki .xB

C2H5OH (LK) 7,50 1800,97 2,37 0,02

H2O (HK) 6,70 808,65 1,06 0,97

CH3COOH 6,12 453,72 0,60 0,02

C3H8O3 -1,88 0,15 0,0002 1,02×10-5

Jumlah 1



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


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 (αL,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

αLd = α light key C2H5OH pada distilat = 2,26

αLb = α light key C2H5OH pada bottom = 2,23

αL, avg = rata–rata α light key C2H5OH pada distilat dan bottom

αeth,av = ethBα

ethDα = 2,24

Nm = 4,76 (teoritical stages)

Jumlah tray teoritis = 4,76 – 1 = 3,76




113

Menentukan refluks minimum beer still Kondisi operasi :

P = 1 atm = 760 mmHg.

T dew point distilat = 366,920K

T bubble point bottom = 374,90 0K

T feed average = (366,92+374,90) / 2

= 370,91 °K

Persamaan 1 – q = ]θ)

i(α

)if

xi.

(α[

−∑

(Geankoplis 3th

, 1997)

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

,1997)

Maka θα

.xα

i

ifi

−= 0

Ki = oP

iP

dimana ln Pi = ]C)(T

B[A

+− (Smith, 1996)

Harga c

i

K

Kα = (Geankoplis 3

th, 1997)

Dimana : Ki = konstanta kestimbangan uap

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

yi = komposisi uap

αI = volatilitas relative

Ditentukan :

Light key = C2H5OH (A)

Heavy key = H2O (B)

Trial θ = 2,0672

Contoh perhitungan pada komposisi H2O berdasarkan rumus

diatas :

ln Pi = ]C)(T

B[A

+− =18,304 -

[ ])13,46(370,91

3.816,44

−+ = 6,55

Pi = 701,17



114 114

Ki = Po

Pi =

760

701,17= 0,92

xf = fraksi mol H2O pada feed = 0,870

Kc

Kiαi =

0,870

0,870= = 1

θαi

.xf αi

−=

2,0672-1

0,870 x 1= -0,82


berdasarkan data dibawah ini.

Komposisi BM A B C

C2H5OH (LK) 46 18,912 3.803,98 -41,68

H2O (HK) 18 18,304 3.816,44 -46,13

CH3COOH 60 16,808 3.405,57 -56,34

C3H8O3 92 17,239 4.487,04 -140,2

Komponen αi αi.xf/α-θ αi.xd /αi - θ

C2H5OH(LK) 2,24 0,80 4,59

H2O(HK) 1,00 -0,82 -0,61

CH3COOH 0,57 -0,01 -0,0005

C3H8O3 0,0002 -2,29×10-7

0,000

Total 3,80 0,00 3,98

Sebagai referensi adalah air (heavy key) :

1-q = θαi

.xf αi

−∑

Komponen ln Pi Pi Ki xf

C2H5OH(LK) 7,36 1568,27 2,06 0,06

H2O (HK) 6,55 701,17 0,92 0,87

CH3COOH 5,98 396,19 0,52 0,02

C3H8O3 -2,21 0,11 0,0001 0,04

Total 17,68 2665,74 3,51 1




115

θαi

.xf αi

−∑ = 0,000

Maka trial θ = 2,0672 adalah benar

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

th, 1997)

Asumsi R = 1,5 Rm.

∑

−=+

θ)i

(α

i.α

iDx

1mR

1θ)

i(α

i.α

iDx

mR −∑−

=

(Geankoplis 3th

, 1997)

Rm+1 = 3,98

Rm = 3,98-1 = 2,98

R = 1,5Rm = 3,58

Menghitung jumlah stage teoritis – metode Erbar-

Maddox

1R

R

+=

13,58

3,58

+ = 0,78

1Rm

Rm

+=

12,98

2,98

+ = 0,75

Dari fig.11.7-3, diperoleh: 0,6N

mN= (Geankoplis 3

th, 1997)

N = 6,0

4,76

Dari Erbar-Maddox, diperoleh: N = 7,93 (Geankoplis 3th, 1997)



116 116

Menentukan lokasi feed plate metode Kirkbride

=

2

)HD

(x

)LB

(x

D

B

)LF

(x

)HF

(x0,206log

Ns

eNlog

(Geankoplis 3th

, 1997)

Dimana :

Xhf = fraksi kmol heavy key H2O pada feed = 0,88

Xlf = fraksi kmol light key H2O pada feed = 0,06

W = Σ kg bottom yang didapat dari hasil penentuan grafik

distribusi komponen distilat dan bottom =966,48 kg

D = Σ kg distilat yang didapat dari hasil penentuan grafik

distribusi komponen distilat dan bottom = 201,74 kg

Xlb = xb light key pada bottom = 0,01

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

-0,36sN

eNlog =

44,0sN

eN=

Ne + Ns = N = 7,93

Ne / Ns = 0,44

0,44 Ns + Ns =7,93

1,44 Ns = 7,93

Ns = 6,49

Ne = 1,44

Ns = jumlah stage di bawah feed plate = 6,49

Ne = jumlah stage di atas feed plate = 1,44

Menghitung neraca massa kondensor

RD

L=




117

D = 7,26 kgmol (Σ kgmol distilat pada distribusi komponen)

L = R x D

= 3,58 × 7,26 kgmol

= 25,97 kgmol

V = D (R +1)

= 7,26 (3,58 + 1) = 7,26 kmol

Vi = V . yvi = 7,26 × 0,35 = 2,53 kmol

Li = L . xLi = 78,002 × 0,35 = 9,04 kmol

Di = D . xDi = 7,26 × 0,35 = 2,53 kmol

Karena kondensasi total, maka yV = xL = xD

Komposisi yv = xl = xd

C2H5OH (LK) 0,35

H2O (HK) 0,65

C3H8O3 0,00

CH3COOH 0,00

Total 1

Neraca massa Kondensor :

Komposisi V (kmol) L (kmol) D (kmol)

C2H5OH (LK) 2,53 9,04 2,53

H2O(HK) 4,72 16,91 4,72

C3H8O3 0,01 0,03 0,03

CH3COOH 8,34×10-20

2,98×10-19

8,34×10-20

Total 7,26 25,97 7,28

Komposisi V (kg) L (kg) D (kg)

C2H5OH (LK) 116,16 415,66 19120,23

H2O (HK) 85,04 304,29 85,04

C3H8O3 0,54 1,94 1,94

CH3COOH 0,00 0,00 0,00

Total 201,74 721,89 19207,20



118 118

Menghitung neraca massa reboiler Pada t =370,91

oK, jumlah uap yang dihasilkan reboiler dapat

dihitung dengan cara trial dan error dengan persamaan:

Trial L = 95%

V = 5 %

zi = xi (L + V.Ki)

L = 1 - V dan Σzi = 1

Contoh perhitungan dari rumus diatas untuk komponen H2O :

kgmol yang digunakan adalah kgmol H2O pada bottom produk.

xi = kgmol

O2

H mol kg

∑=

41,84

38,22= 0,91

zi = xi (L + V.Ki)

zi = 0,91 (0,95 + (0,05 x 1,06)

= 0,92

yi = xb

O2

H xb

∑= 0,97


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




119

Karena Σzi = 1, maka trial L = 95% dan V = 5% benar

Jumlah mol produk bawah = 38,22 kmol

Jumlah mol produk uap = % 95

% 5x 38,22 kmol

= 2,02 kmol

Jumlah mol feed reboiler = jumlah mol produk bawah +

jumlah mol produk uap

= 38,22 + 2,02 kmol

= 40,24 kmol

Neraca massa reboiler :

Keluar (kmol) Komposisi Masuk (kmol)

uap liquid

C2H5OH 0,46 0,02 0,44

H2O 40,24 2,02 38,22

CH3COOH 1,11 0,06 1,05

C3H8O3 2,12 0,00 2,12

2,09 41,84

Total 43,93 43,93

Komposisi zi= xi(L + V.Ki) Yi

C2H5OH 0,01 0,02

H2O 0,92 0,97

C3H8O3 0,02 0,02

CH3COOH 0,05 0,00

Total 1 1



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




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



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.


t trial = 92,53oC

T = (273 + 92,53) K = 365,53 K




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

==

=

=

+−−=


berdasarkan data dari literatur.

Ki = konstanta keseimbangan liquida-uap

Dimana Kc komponen yang paling berat (“Heavy Key”) = Air

c

iI

K

KaargH =α (Geankoplis 4

th., 2003)

misalnya perhitungan pada light key

25,276,0

70,1i ==α

αI = volatilitas relatif

Untuk “bubble point” pada distilasi multi komponen adalah:

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

Dimana ii

iii

x

xy

⋅α∑

⋅α= (Geankoplis 4

th., 2003)

yi = komposisi uap

ii

cx

1KaargH

⋅α∑= (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



124 124

H2O (HK) 373,2 K 18,3036 3816,44 -46,13

CH3COOH 391,1 K 16,808 3405,57 -56,34

C3H8O3 563 K 17,2392 4487,04 -140,2

(Reid.,.The Properties of Gases and Liquids..Hal.624)

P operasi = 1 atm = 760 mmHg

t trial = 92,53oC

T = (273 + 92,53) K = 365,53 K

Dipilih light key adalah etanol dan heavy key adalah air.

Komponen BM massa

(kg) Kmol xF

C2H5OH (LK) 46 116,16 2,53 0,35

H2O (HK) 18 85,04 4,72 0,65

CH3COOH 60 0,54 0,01 0,00

C3H8O3 92 0,00 0,00 0,00

Total 201,74 7,26 1

Komponen Ln Pi Pi Ki αi αi.xF yi log αi

C2H5OH (LK) 7,17 1294,37 1,70 2,25 0,55 0,78 0,35

H2O (HK) 6,35 575,26 0,76 1,00 0,45 0,65 0,00

CH3COOH 5,79 328,16 0,43 0,57 0,00 0,00 -0,24

C3H8O3 -2,67 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 -3,92

Total 1,43 1

Asumsi distribusi produk distilat dan bottom :

1. Ethanol (light key) di overhead = 0,99 feed

2. Air (heavy key) di bottom = 0,89 feed

� C2H5OH (LK)

n distilat = 0,99 x kmol C2H5OH = 0,31 kmol

n bottom = 0,01 x kmol C2H5OH = 0,003 kmol




125

� H2O (HK)

n distilat = 0,11 x kmol H2O = 0,07 kmol

n bottom = 0,89 x kmol H2O = 0,58 kmol

Komposisi n distilat n bottom mol D/B log D/B

C2H5OH (LK) 0,31 0,003 99 1,996

H2O (HK) 0,07 0,58 0,12 -0,908

Komposisi log α log D/B

C2H5OH(LK) 0,352 1,996

H2O (HK) 0 -0,908

Grafik distribusi komponen dalam distilat dan bottom

y = 5,2932x - 0,908

-1.500

-1.000

-0.500

0.000

0.500

1.000

1.500

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400

log α

log

D/B

Untuk distribusi komponen dalam distilat (produk atas) dan

bottom (produk bawah) dengan membuat persamaan garis antara

heavy key dan light key dengan absis log α dan ordinat log(D/B)

diperoleh persamaan sebagai berikut (Winkle.,1967) :

log(D/B) = m log( α ) + c

Persamaan grafik : y = 5,2932 x – 0,908

m = 5,2932

c = -0,908



126 126

DISTILAT (D)

Menentukan T “Buble Point” dari distilat


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


t trial = 83,72oC

T = (273 + 83,72) K = 356,72 K


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




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


T trial = 99,20oC = 372,20

oK


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



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 (αL,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

αLd = α light key C2H5OH pada distilat = 2,28

αLb = α light key C2H5OH pada bottom = 2,24

αL, avg = rata–rata α light key C2H5OH pada distilat dan bottom

αeth,av = ethBα

ethDα = 2,26

Nm = 5,27 (teoritical stages)

Jumlah tray teoritis = 5,27 – 1 = 4,27

Menentukan refluks minimum Rectifying Column Kondisi operasi :

P = 1 atm = 760 mmHg.

T dew point distilat = 356,720K

T bubble point bottom = 371,35 0K

T feed average = (356,72+371,35) / 2

= 364,04°K

Persamaan 1 – q = ]θ)

i(α

)if

xi.

(α[

−∑

(Geankoplis 3th

, 1997)

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

, 1997)

Maka θα

.xα

i

ifi

−= 0




129

Ki = oP

iP

dimana ln Pi = ]C)(T

B[A

+− (Smith, 1996)

Harga c

i

K

Kα = (Geankoplis 3

th, 1997)

Dimana : Ki = konstanta kestimbangan uap

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

yi = komposisi uap

αI = volatilitas relative

Ditentukan :

Light key = C2H5OH (A)

Heavy key = H2O (B)

Trial θ = 2,23

Contoh perhitungan pada komposisi H2O berdasarkan rumus

diatas :

ln Pi = ]C)(T

B[A

+− =18,304 -

[ ])13,46(364,04

3.816,44

−+ = 6,30

Pi = 543,83

Ki = Po

Pi =

760

543,83= 0,72

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

Kc

Kiαi =

0,72

0,72= = 1

θαi

.xf αi

−=

2,23-1

10 1,15 1 -20××= -9,34 × 10

-21


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



130 130

C3H8O3 92 17,239 4.487,04 -140,2

Komponen αi αi.xf/α-θ αi.xd /αi - θ

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

H2O(HK) 1 -9,34×10-21

-0,77

CH3COOH 0,57 -0,34 -6,93×10-4

C3H8O3 1,11×10-5

0,00 0,00

Total 3,83 0,00 4,54

Sebagai referensi adalah air (heavy key) :

1-q = θαi

.xf αi

−∑

θαi

.xf αi

−∑ = 0,000

Maka trial θ = 2,23 adalah benar

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

th, 1997)

Asumsi R = 1,5 Rm.

∑

−=+

θ)i

(α

i.α

iDx

1mR

1θ)

i(α

i.α

iDx

mR −∑−

=

(Geankoplis 3th

, 1997)

Rm+1 = 4,54

Komponen ln Pi Pi Ki xf

C2H5OH(LK) 7,11 1225,75 1,61 1,24×10-3

H2O (HK) 6,30 543,83 0,72 1,15×10-20

CH3COOH 5,74 311,06 0,41 1

C3H8O3 -2,81 0,06 0,00 0,00

Total 16,34 2080,70 2,74 1




131

Rm = 4,54-1 = 3,54

R = 1,5Rm = 5,31

Menghitung jumlah stage teoritis – metode Erbar-

Maddox

1R

R

+=

15,31

5,31

+ = 0,84

1Rm

Rm

+=

13,54

3,54

+ = 0,78

Dari fig.11.7-3, diperoleh: 0,65N

mN= (Geankoplis 3

th, 1997)

N = 65,0

5,27

Dari Erbar-Maddox, diperoleh: N = 8,11 (Geankoplis 3th, 1997)

Menentukan lokasi feed plate metode Kirkbride

=

2

)HD

(x

)LB

(x

D

B

)LF

(x

)HF

(x0,206log

Ns

eNlog

(Geankoplis 3th

, 1997)

Dimana :

Xhf = fraksi kmol heavy key H2O pada feed = 1,15 × 10-20

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

W = Σ kg bottom yang didapat dari hasil penentuan grafik


D = Σ kg distilat yang didapat dari hasil penentuan grafik


Xlb = xb light key pada bottom = 0,06

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

75,3sN

eNlog −=



132 132

41079,1

sN

eN −×=

Ne + Ns = N = 8,11

Ne / Ns = 1,79 × 10-4

1,79 × 10-4 Ns + Ns =8,11

1,000179 Ns = 8,11

Ns = 7,11

Ne = 1

Ns = jumlah stage di bawah feed plate = 7,11

Ne = jumlah stage di atas feed plate = 1

Menghitung neraca massa kondensor

RD

L=

D = 2,79 kgmol (Σ kgmol distilat pada distribusi komponen)

L = R x D

= 5,31 × 2,79 kgmol = 14,82 kgmol

V = D (R +1)

= 2,79 (5,31 + 1) = 2,79 kmol

Vi = V . yvi = 2,79 × (0,81) = 2,27 kmol

Li = L . xLi = 14,82 × (0,81) = 12,06 kmol

Di = D . xDi = 2,79 × (0,81) = 2,27 kmol

Karena kondensasi total, maka yV = xL = xD

Komposisi yv = xl = xd

C2H5OH (LK) 0,81

H2O (HK) 0,19

C3H8O3 0,00

CH3COOH 0,00

Total 1




133

Neraca massa Kondensor :

Komposisi V (kmol) L (kmol) D (kmol)

C2H5OH (LK) 2,27 12,06 2,27

H2O(HK) 0,52 2,76 0,52

C3H8O3 0,00 0,00 0,00

CH3COOH 0,00 0,00 0,00

Total 2,79 14,82 2,79

Komposisi V (kg) L (kg) D (kg)

C2H5OH (LK) 104,59 554,97 104,59

H2O (HK) 9,35 49,63 9,35

C3H8O3 0,00 0,02 0,02

CH3COOH 0,00 0,00 0,00

Total 113,95 604,63 113,96

Menghitung neraca massa reboiler Pada t =364,04

oK, jumlah uap yang dihasilkan reboiler dapat

dihitung dengan cara trial dan error dengan persamaan:

Trial L = 95%

V = 5 %

zi = xi (L + V.Ki)

L = 1 - V dan Σzi = 1

Contoh perhitungan dari rumus diatas untuk komponen H2O :

kgmol yang digunakan adalah kgmol H2O pada bottom produk.

xi = kgmol

O2

H mol kg

∑=

4,47

4,20= 0,94

zi = xi (L + V.Ki)

zi = 0,94 (0,95 + (0,05 x 0,94)

= 0,94



134 134

yi = xb

O2

H xb

∑= 0,88


berdasarkan data dibawah ini :

Komposisi kgmol xi ki

C2H5OH 0,25 0,06 2,10

H2O 4,20 0,94 0,94

C3H8O3 0,01 0,00 0,53

CH3COOH 0,00 0,00 0,00

Total 4,47 1 3,56

Karena Σzi = 1, maka trial L = 95% dan V = 5% benar

Jumlah mol produk bawah = 4,20 kmol

Jumlah mol produk uap = % 95

% 5x 4,20 kmol

= 0,22 kmol

Jumlah mol feed reboiler = jumlah mol produk bawah +

jumlah mol produk uap

= 4,20 + 0,22 kmol

= 4,43 kmol

Komposisi zi= xi(L + V.Ki) yi

C2H5OH 0,06 0,12

H2O 0,94 0,88

C3H8O3 0,00 0,00

CH3COOH 0,00 0,00

Total 1 1




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



136 136

Neraca Massa pada Rectifying Column (D-320)


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




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)


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



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



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


Documents

ITS NonDegree 13074 Enclosure List