Lampiran 1 (Neraca Massa)

LAMPIRAN 1PERHITUNGAN NERACA MASSA

Kapasitas Produksi: 197.000 ton/tahunOperasi Pabrik : 300 hari/tahunBasis Perhitungan : 1 jam operasiSatuan Massa: Kilogram (kg)Bahan Baku : Jerami Padi (Rice Straw)Produk: Bioetanol 99,5 %

Kapasitas produksi (kg) = = 27.361,1111 Kg/jam% kemurnian produk= 99,5% (Fuel Grade Alcohol) Produk : Etanol = 99,5% x 27.361,1111 Kg/jam = 27.224,3055 Kg/jamProduk : Air = 0,5% x 27.261,1111 Kg/jam = 136,8055 Kg/jam

Komposisi Jerami Padi adalah :KomposisiPersentase ( % )

Selulosa37,71 %

Hemiselulosa21,99 %

Lignin16,22 %

Air24,08 %

Sumber : (Dewi, 2002 dalam Anwar,2009)

Fresh feed (Jerami Padi) masuk yang diperlukan untuk memproduksi etanol dengan kapasitas 197.000 ton/tahun adalah 99.792,0349 Kg/jam

1. Mixing Tank-01 (MT-01)Fungsi : Untuk mengencerkan asam sulfat dan mencampurkan asam sulfat dengan bahan baku ( Jerami Padi ).Gambar :

Keterangan:Aliran 3: aliran bahan baku dari Hammer Crusher (HC-01)Aliran 4: aliran asam sulfat 98% dari Tanki (T-02)Aliran 5: aliran air dari UtilitasAliran 6: aliran umpan menuju Reaktor (R-01)

Massa bahan baku (Jerami Padi) yang masuk adalah 99.792,0349 Kg/jam dimana:Massa selulosa = 37,71 % x 99.792,0349 Kg/jam= 37.631,5764 Kg/jam

Massa hemiselulosa= 21,99 % x 99.792,0349 Kg/jam= 21.944,2685 Kg/jam

Massa lignin= 16,22 % x 99.792,0349 Kg/jam= 16.186,2681 Kg/jam

Massa air= 24,08 % x 99.792,0349 Kg/jam= 24.029,9220 Kg/jam

Rasio massa jerami padi dan asam sulfat 1:10 (m/v) (Yoswathana et al., 2010)Massa asam sulfat = 99.792,0349 Kg/jam = 9.979,2035 Kg/jamkebutuhan asam sulfat adalah 1% yang berarti kebutuhan air adalah 99%Massa asam sulfat= 1% x 9.979,2035 Kg/jam = 99,7920 Kg/jamMassa air= 99% x 9.979,2035 Kg/jam = 9.879,4116 Kg/jamAsam sulfat yg di gunakan adalah 98% ( sumber : PT.DKU Sumatera Selatan)yang digunakan 98% yang berarti asam sulfat 98% dan air 2%.Pengenceran asam sulfat 98% menjadi 1% , dimana 0,1-10 % (sumber : US 8278080 B2)V1 . M1 = V2 . M2V1 . (0,98) = (9.979,2035 Kg/jam) . (0,01)V1 = 101,8286 Kg/jamMassa asam sulfat= 0,98 x 101,8286 Kg/jam = 99,7920 Kg/jamMassa air= 0,02 x 101,8286 Kg/jam = 2,0366 Kg/jamBanyaknya air yang ditambahkan = (9.979,2035 101,8286 ) Kg/jam = 9.777,5828 Kg/jam

Neraca Massa Mixing Tank-01 (MT-01)KomponenMasuk (Kg/jam)Keluar (Kg/jam)

Aliran 3Aliran 4Aliran 5Aliran 6

Selulosa37.631,57640,00000,000037.631,5764

Hemiselulosa21.944,26850,00000,000021.944,2685

Lignin16.186,26810,00000,000016.186,2681

H2O24.029,92202,03669.777,582833.809,5414

H2SO40.000099,79200,000099,7920

Sub total99.792,0349101,82869.777,5828109.671,4464

Total109,671.4464109.671,4464

2. Reaktor-01 (R-01)Fungsi : Sebagai tempat terjadinya hidrolisis hemiselulosa menjadi xilosa dengan bantuan asam sulfat sebagai katalis.Gambar :

Keterangan:Aliran 6: aliran feed dari Mixing Tank (MT-01)Aliran 7: aliran keluar ke Reaktor (R-01)

Data operasi dari Patent US 8278080 B2Temperatur : 121 oCTekanan: 1 atmWaktu reaksi: 20 menitKonversi: 90 % (Wyman, 2004)Persamaan reaksi :Reaksi hidrolisisDimana, n = 100 (Ullmann, 1980 dalam lebu,2013) (C5H8O4)100+ 100 H2O 100C5H10O5Hemiselulosa Air XilosaHemiselulosa yang terkonversi menjadi xilosa sebanyak 90%

Hemiselulosa yang bereaksi= = 1,4962 Kmol/jamMassa hemiselulosa bereaksi = 1,4962 Kmol/jam x 13.200 Kg/kmol = 19.749,8416 Kg/jamMassa hemiselulosa sisa= (21.944,2685 19.749,8416)Kg/jam = 2.194,4268 Kg/jamMassa air yang bereaksi= 100 x 1,4962 Kmol/jam x 18 Kg/kmol = 2.693,1602 Kg/jamMassa air sisa= (33.809,5414 2.693,1602) Kg/jam = 31.116,3812 Kg/jamMassa xilosa terbentuk= 100 x 1,4962 Kmol/jam x 150 Kg/kmol = 22.443,0019 Kg/jam

Neraca Massa Reaktor-01Komponen Masuk (Kg/jam)Keluar(Kg/jam)

Aliran 6Aliran 7

Selulosa37.631,576437.631,5 764

Hemiselulosa21.944,26852.194,4268

Lignin16.186,268116.186,2681

H2O33.809,541431.116,3812

H2SO499,792099,7920

Xilosa0,000022.443,0019

Total109.671,4464109.671,4464

3. Netralizer Tank (NT-01)Fungsi : Untuk Menetralkan pHGambar:

Keterangan:Aliran7: Aliran dari Reaktor-01 (R-01)Aliran8: Aliran dari tangki penyimpanan CaCO3Aliran 9: Aliran CO2 ke tangki penyimpananAliran 10: Aliran ke Filter Press-01 (FP-01)

Penambahan CaCO3 untuk menetralkan larutan ( proses netralisasi ), pH netral yaitu pH 7 , hanya jika H2SO4 dan CaCO3 habis bereaksi, maka : Diketahui massa asam sulfat = 99,7920 Kg/jamMol asam sulfat = 99,7920 Kg/jam / 98 kmol/kg = 1,0183 kmolAgar reaksi asam basa ini habis bereaksi, maka mol CaCO3 = 1,0183 kmolPersamaan Reaksi : H2SO4 + CaCO3 CaSO4 + H2O + CO2Mula-Mula1,01831,0183

Bereaksi1,01831,01831,01831,01831,0183

Sisa--1,01831,01831,0183

Massa H2SO4= 1,0183 Kmol/jam x 98 kg/kmol= 99,7920 Kg/jamMassa CaCO3= 1,0183 Kmol/jam x 100 kg/kmol = 101,8286 Kg/jamMassa CaSO4= 1,0183 Kmol/jam x 136 kg/kmol = 138,4869 Kg/jamMassa H2O= 1,0183 Kmol/jam x 18 kg/kmol = 18,3291 Kg/jamMassa CO2= 1,0183 Kmol/jam x 44 kg/kmol = 44,8046 Kg/jam

Neraca Massa N-01KomponenMasuk ( Kg/Jam )Keluar ( Kg/Jam )


Lignin16.186,26810,00000,000016.186,2681

Selulosa37.631,57640,00000,000037.631,5764

Hemiselulosa2.194,42680,00000,00002.194,4268

Xilosa22.443,00190,00000,000022.443,0019

H2O31.116,38120,00000,000031.134,7104

H2SO499,79200,00000,00000,0000

CaCO30,0000101,82860,00000,0000

CaSO4 0,00000,00000,0000138,4869

CO20,00000,000044,80460,0000

Sub Total109.671,4464101,828644,8046109.728,4704

Total109.773,2750109.773,2750

4. Filter Press-01 ( FP-01)Fungsi : Sebagai tempat pemisahan solid dan liquidGambar :

Keterangan : Aliran 10 : Aliran dari Netralizer Tank (NT-01)Aliran 11 : Aliran masuk ke Mixing tank (MT-02)Aliran 12 : Aliran Ke Fermentor (F-01)

Jumlah air yang terikut dalam aliran yaitu 14-16% (Perry,1973) =15% x 31.134,7104 Kg/jam = 4.670,2066 Kg/jamJumlah Air sisa yaitu (31.134,7104 4.670,2066)Kg/jam = 26.464,5038 Kg/jam

Neraca Massa FP-01KomponenMasuk(Kg/jam)Keluar (Kg/jam)

Aliran 10Aliran 11Aliran 12

Selulosa37.631,576437.631,57640,0000

Hemiselulosa2.194,42680,00002.194,4268

Lignin16.186,268116.186,26810,0000

H2O31.134,71044.670,206626.464,5038

CaSo4138,4869138,48690,0000

Xilosa22.443,00190,000022.443,0019

Sub Total109.728,470458.626,537951.101,9325

Total109.728,4704109.728,4704

5. Fermentor-01 (F-01)Fungsi : Tempat terjadinya reaksi fermentasi ( mengkonversikan Xilosa menjadi Etanol dan CO2) .Gambar :

Keterangan:Aliran 12: aliran umpan menuju Fermentor (F-01)Aliran 13: aliran ragi dari Bin Storage (BS-02)Aliran 14: aliran gas karbondioksida menuju tanki penyimpananAliran 15: aliran produk keluar dari fermentor (F-01)Data operasi dari Patent US 8.278.080 B2Temperatur : 30 oCTekanan: 1 atmWaktu reaksi: 24 jamKonversi etanol: 98 % Fermentasi XilosaJumlah ragi yang ditambahkan sebanyak 3% dry content (US 8.278.080 B2)= 3% x (51.101,9325 Kg/jam 26.464,5038 Kg/jam) = 739,1229 Kg/jamPersamaan reaksi :3 C5H10O5 5 C2H5OH + 5 CO2 (Lee et al,2007)Xilosa yang terkonversi menjadi etanol sebanyak 98 % (US 2013/0171707 A1)

Mol xilosa bereaksi= = 146,6276 Kmol/jamMassa xilosa bereaksi= 146,6276 Kmol/jam x 150 Kg/kmol = 21.994,1418 Kg/jamMassa xilosa sisa= (22.443,0019 21.994,1418) Kg/jam= 448,8600 Kg/jamMol etanol terbentuk= (5/3) x 146,6276 Kmol/jam= 244,3794 Kmol/jamMassa etanol terbentuk= 244,3794 Kmol/jam x 46 Kg/kmol = 11.241,4503 Kg/jamMol CO2 terbentuk = (5/3) x 146,6276 Kmol/jam= 244,3794 Kmol/jamMassa CO2 terbentuk = 244,3794 Kmol/jam x 44 Kg/kmol = 10.752,6916 Kg/jamNeraca Massa Fermentor-01 (F-01)KomponenMasuk(Kg/jam)Keluar(Kg/jam)


Hemiselulosa2.194,42680,00000,00002.194,4268

Xilosa22.443,00190,00000,0000448,8600

Ragi0,0000739,12290,0000739,1229

H2O26.464,50380,00000,000026.464,5038

CO20,00000,000010.752,69160,0000

Etanol0,00000,00000,000011.241,4503

Sub Total51.101,9325739,122910.752,691641.088,3638

Total51.841,055451.841,0554

6. Mixing Tank (MT-02)Fungsi : Untuk mengencerkan asam sulfat dan mencampurkan asam sulfat dengan Selulosa dan Lignin.Gambar :

Keterangan:Aliran 16: Aliran dari tangki H2OAliran 17: Aliran dari tangki H2SO4Aliran 18: Aliran dari Filter Press-01Aliran 19: Aliran menuju Centrifuge-01 (CF-01)

Massa bahan baku (Selulosa, Lignin,air,CaSO4) = 58.626,5379 Kg/jam, dimana :Rasio massa bahan baku dan asam sulfat 1:10 (m/v), (Yoswathana et al., 2010)Massa asam sulfat = 58.626,5379 Kg/jam = 5.862,6538 Kg/jamkebutuhan asam sulfat adalah 1,5% yang berarti kebutuhan air adalah 98,5%Massa asam sulfat= 1,5% x 5.862,6538 Kg/jam = 87,9398 Kg/jamMassa air= 98,5% x 5.862,6538 Kg/jam = 5.774,7140 Kg/jamAsam sulfat yg di gunakn adalah 98% ( sumber : PT.DKU Sumatera Selatan)yang digunakan 98% yang berarti asam sulfat 98% dan air 2%. Pengenceran asam sulfat 98% menjadi 1,5 % yaitu : 1,5% (US 8.278.080 B2)V1 . M1 = V2 . M2V1 . (0,98) = (5.862,5379) . (0,015)V1 = 89,7345 Kg/jamMassa asam sulfat= 0,98 x 89,7345 Kg/jam = 87,9398 Kg/jamMassa air= 0,02 x 89,7345 Kg/jam = 1,7947 Kg/jamBanyaknya air yang ditambahkan = (5.862,5379 59,7345 Kg/jam = 5.684,9795 Kg/jam. Agar membentuk slurry di tambahkan air sebanyak= 13% dari dry content solid (US 8.278.080 B2). Selulosa + Lignin + CaSO4 = 53.956,3313 Kg/jamMaka massa air yang di tambahkan 13% x 53.956,3313 Kg/jam= 7.014,3231 Kg/jamSehingga banyaknya air keseluruhan yang di tambahkan = (5.684,9795 + 7.014,3231 ) Kg/jam = 12.699,3026 Kg/jam

Neraca Massa Mixing Tank-02 (MT-02)KomponenMasuk (kg/jam)Keluar (kg/jam)


Selulosa37.631,57640,00000,000037.631,5764

Lignin16.186,26810,00000,000016.186,2681

H2O4.670,20661,794712.699,302617.371,3038

CaSO4138,48690,00000,0000138,4869

H2SO40,000087,93980,000087,9398

Sub Total58.626,537989,734512,699,302671.415,5749

Total71.415,574971.415,5749

7. Reaktor-02 ( R-02 )Fungsi : Sebagai tempat perombakan selulosa dengan sonikasi agar lebih mudah bereaksi dengan enzim, hirolisa selulosa menjadi glukosa, dan penghilangan Lignin.Gambar :

Keterangan :Aliran 19 : Aliran dari Feed dari Mixing Tank (MT-02)Aliran 20 :Aliran Produk Ke Filter Press (FP-02)Data operasi dari patent US 8.278.080 B2Temperatur: 130 oCTekanan: 1 atmWaktu: 40 menitGelombang: 20 KHz

Dimana, n = 200 (Ullmann,1980 dalam Lebu)(C6H10O5)200+ 200H2O 200C6H12O6selulosa Air GlukosaSelulosa yang terkonversi menjadi glukosa sebanyak 55 % (US 8.278.080 B2)

Selulosa yang bereaksi= = 0,6388 Kmol/jamMassa selulosa bereaksi= 0,6388 Kmol/jam x 32.400 Kg/kmol = 20.679,3670 Kg/jamMassa selulosa sisa= (37.361,5761 20.679,3670) Kg/jam= 16.934,2094 Kg/jamMassa air yang bereaksi= 200 x 0,6388 Kmol/jam x 18 Kg/kmol= 2.299,7074 Kg/jamMassa air sisa= (17.371,3038 2.299,7074) Kg/jam= 15.071,5964 Kg/jamMassa glukosa terbentuk= 200 x 0,6388 Kmol/jam x 180 Kg/kmol= 22.997,0744 Kg/jam

Neraca Massa Reaktor-02 (R-02)Komponen Masuk ( kg/jam)Keluar ( kg/jam)

Aliran 19Aliran 20

Selulosa37.631,576416.934,2094

Lignin16.186,268116.186,2681

CaSO4138,4869138,4869

H2O17.371,303815.071,5964

H2SO487,939887,9398

Glukosa0,000022.997,0744

Total71.415,574971.415,5749

8. Centrifuge-01 (CF-01 )Fungsi : Memisahkan Lignin yang terkonversi

Keterangan :Aliran 20: Aliran dari Reaktor-02 (R-02)Aliran 21: Aliran Impurities (Lignin yang terbuang)Aliran 22: Aliran Produk ke Netralizer Tank (NT-02)

Lignin yang terbuang setelah melewati sonikasi yaitu 90% (Rechman et al,2012)Lignin yang terbuang = 90% x 16.186,2681 Kg/jam = 14.567,6413 Kg/jamBanyaknya lignin sisa = ( 16.186,2681 14.567,6413) Kg/jam = 1.618,6268 Kg/jamAir yang terikut dalam aliran yaitu 15% ( Perry,1973)Maka 15% x 15.071,5964 Kg/jam = 2.260,7395 Kg/jamBanyaknya air sisa= (15.071,5964 2.260,7395) Kg/jam = 12.810,8569 Kg/jam

Neraca Massa CF-01KomponenMasuk (Kg/jam)Keluar (Kg/jam)


Selulosa16.934,20940,000016.934,2094

Lignin16.186,268114.567,64131.618,6268

CaSO4138,48690,0000138,4869

Air 15.071,59642.260,739512.810,8569

Asam Sulfat87,93980,000087,9398

Glukosa22.997,07440,000022.997,0744

Sub Total71.415,574916.828,380754.587,1942

Total71,415.574971.415,5749

9. Netralizer Tank-02 (N-02)Fungsi : Untuk Menetralkan pH \Gambar:

Aliran 22: Aliran dari Centrifuge (CF-02) Aliran 23: Aliran dari CaCO3Aliran 24: Aliran Keluar Karbon dioksida ke tanki penyimpanan Aliran 25: Aliran Keluar ke Fermentor-02 (F-02)

Penambahan CaCO3 untuk menetralkan larutan ( proses netralisasi ), pH netral yaitu pH 7 , hanya jika H2SO4 dan CaCO3 habis bereaksi, maka : Diketahui massa asam sulfat = 87,9398 Kg/jamMol asam sulfat = 87,9398 Kg/jam / 98 kmol/kg = 0,8973 kmolAgar reaksi asam basa ini habis bereaksi, maka mol CaCO3 = 0,8973 kmolPersamaan Reaksi : H2SO4 + CaCO3 CaSO4 + H2O + CO2Mula-Mula0,89730,8973

Bereaksi0,89730,89730,89730,89730,8973

Sisa--0,897300,89730,8973

Massa H2SO4= 0,8973 Kmol/jam x 98 kg/kmol= 87,9398 Kg/jamMassa CaCo3= 0,8973 Kmol/jam x 100 kg/kmol = 89,7345 Kg/jamMassa CaSo4= 0,8973 Kmol/jam x 136 kg/kmol = 122,0389 Kg/jamMassa H2O= 0,8973 Kmol/jam x 18 kg/kmol = 16.1522 Kg/jamMassa CO2= 0,8973 Kmol/jam x 44 kg/kmol = 39,4832 Kg/jam

Neraca Massa Netralizer Tank ( N-02)KomponenMasuk (Kg/jam)Keluar (Kg/jam)


Selulosa16.934,20940,00000,000016.934,2094

Lignin1.618,62680,00000,00001.618,6268

H2O12.810,85690,00000,000012.827,0091

H2SO487,93980,00000,00000,0000

CaCO30,000089,73450,00000,0000

Glukosa22.997,07440,00000,000022.997,0744

CaSO4 138,48690,00000,0000260,5258

CO20,00000,000039,48320,0000

Sub Total54.587,194289,734539,483254.637,4455

Total54.676,928754.676,9287

10. Reaktor-03 (R-03)Fungsi : Sebagai Hidrolisis Selulosa Menjadi Glukosa dengan bantuan enzim sebagai katalisGambar :

Keterangan:Aliran 25: Aliran dari Netralizer Tank (NT-02)Aliran 26: Aliran Ragi yang masuk ke Reaktor (R-03)Aliran 27: Aliran Produk menuju Filter Press-02 (FP-02)

Data operasi dari Patent US 8278080 B2 Temperatur : 50 oCTekanan: 1 atmWaktu reaksi: 24 jamKonversi: 70 %

Persamaan reaksi :Reaksi hidrolisisDimana, n = 200 (Ullmann,1980 dalam Lebu,2013)(C6H10O5)200 + 200 H2O 200 C6H12O6 (Wyman, 2005)selulosa Air Glukosa

Selulosa yang bereaksi= = 0,3659 Kmol/jamSakarafikasi, Jumlah Enzim selulase yang di tambahkan sebanyak 4% berat selulosa (Jurnal : Bioethanol Production from rice straw,Yoswathana et al, 2010).= 4% x 16.934,2094 Kg/jam= 677,3684 Kg/jamMassa selulosa bereaksi= 0,3659 Kmol/jam x 32.400 Kg/kmol = 11.853,9466 Kg/jamMassa selulosa sisa= (16.934,2094 11.853,9466)Kg/jam= 5.080,2628 Kg/jamMassa air yang bereaksi= 200 x 0,3659 Kmol/jam x 18 Kg/kmol= 1.317,1052 Kg/jamMassa air sisa= (12.827,0091 1.317,1052) Kg/jam= 11.509,9039 Kg/jamMassa glukosa terbentuk= 200 x 0,3659 Kmol/jam x 180 Kg/kmol= 13.171,0517 Kg/jam

Neraca Massa R-03KomponenMasuk( Kg/jam)Keluar(Kg/jam)

Aliran 25Aliran 26 Aliran 27

Selulosa16.934,20940,00005.080,2628

H2O12.827,00910,000011.509,9039

Lignin1.618,62680,00001.618,6268

CaSO4260,52580,0000260,5258

Enzim0,0000677,3684677,3684

Glukosa22.997,07440,000036.168,1262

Sub total54.637,4455677,368455.314,8139

Total55.314,813955.314,8139

11. Filter Press-02 ( FP-02)Fungsi : Sebagai tempat pemisahan solid dan liquid dari reaktor-03Gambar :

Keterangan : Aliran 27 : Aliran dari Filter Press (FP-02)Aliran 28 : Aliran impurities Aliran 29 : Aliran ke Fermentor (F-02)

Jumlah air yang terikut dalam aliran yaitu 14-16% (Perry,1973)=15% x 11.509,9039 Kg/jam = 1.726,4856 Kg/jamJumlah Air sisa yaitu (11.509,9039 1.726,4856)Kg/jam = 9.783,4183 Kg/jam

Neraca massa FP - 02KomponenMasuk (Kg/jam)Keluar (Kg/jam)


Selulosa5.080,26285.080,26280,0000

H2O11.509,90391.726,48569.783,4183

Enzim677,3684677,36840,0000

Lignin1.618,62681.618,62680,0000

CaSO4260,5258260,52580,0000

Glukosa36.168,12620,000036.168,1262

Sub Total55.314,81399.363,269445.951,5445

Total55.314,813955.314,8139

12. Fermentor-02 (F-02)Fungsi : Tempat terjadinya Fermentasi ( mengkonversi selulosa menjadi Etanol dan CO2)Gambar :

Keterangan :Aliran 29 : Aliran dari Filter press (FP-02)Aliran 30 : Aliran yeast menuju Fermentor (F-02)Aliran 31 : Aliran gas karbondioksida ke tanki penyimpananAliran 32 : Aliran menuju Mixing Point (MP-01)Data operasi dari Patent US 8.278.080 B2Temperatur : 30 oCTekanan: 1 atmWaktu reaksi: 24 jamKonversi etanol: 98 %

Fermentasi GlukosaJumlah ragi yang ditambahkan sebanyak 3% dry content (US 8.278.080 B2)= 3% x ( 36.168,1262 9.783,4183) = 791,5412 Kg/jamPersamaan reaksi C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 (Asian Biomass Handbook, 2008)Glukosa yang terkonversi menjadi etanol sebanyak 98 % (US 2013/0171707 A1)

Mol glukosa = = 196,9154 Kmol/jamMassa glukosa bereaksi = 196,9154 Kmol/jam x 180 Kg/kmol = 35.444,7636 Kg/jamMassa glukosa sisa = (36.168,1262 35.444,7636)Kg/jam = 723,3625 Kg/jamMol etanol terbentuk = 2 x 196,9154 Kmol/jam = 393,8307 Kmol/jamMassa etanol terbentuk = 393,8307 Kmol/jam x 46 Kg/kmol = 18.116,2125 Kg/jamMol CO2 terbentuk = 2 x 196,9154 Kmol/jam = 393,8307 Kmol/jamMassa CO2 terbentuk = 393,8307 Kmol/jam x 44 Kg/kmol = 17.328,5511 Kg/jamNeraca Massa F-02KomponenMasuk (Kg/jam)Keluar (Kg/jam)


H2O9.783,41839.783,41830,0000

Glukosa36.168,1262723,36250,0000

Etanol0,000018.116,21250,0000

Ragi791,5412791,54120,0000

CO20,00000,000017.328,5511

Sub Total46.743,085829.414,534617.328,5511

Total46.743,085846.743,0858

13. Mixing Point (01)Fungsi : Untuk mencampurkan produk dari FT-01 dan FT-02.Gambar :

Keterangan:Aliran 15: aliran produk Fermentor (FT-01)Aliran 32: aliran produk Fermentor (FT-02)Aliran 33: aliran produk menuju ke Centrifuge (CF-02)

Kondisi Operasi :Temperatur : 30 oCTekanan: 1 atmNeraca Massa (MP-01)KomponenMasuk(Kg/jam)Keluar(Kg/jam)


Hemiselulosa2.194,42680,00002.194,4268

Glukosa0,0000723,3625723,3625

Xilosa448,86000,0000448,8600

H2O26.464,50389.783,418336.247,9222

Ragi739,1229791,54121.530,6641

Etanol11.241,450318.116,212529.357,6628

Sub Total41.088,363829.414,534670.502,8984

Total70.502,898470.502,8984

14. Centrifuge-02 (CF-02)Fungsi : Memisahkan stillage dari campuran air-etanol.Gambar :

Keterangan :Aliran 33 : Aliran produk masuk Centrifuge (CF-02) dari Mixing Ponit (MP-01)Aliran 34: Stillage keluar centrifuge (CF-02) menuju tank penampunganAliran 35: Campuran air-etanol keluar centrifuge (CF-02) menuju destilasi (KD-01)

Pada Centrifuge-02 campuran air, etanol dan ragi akan dipisahkan dari stillage yang larut dalam air ( Kirk-Othmer, 1967 ). Etanol,glukosa dan xilosa yang terbawa aliran sekitar 2%-10% dan air yang terbawa aliran sekitar 14%-16%. ( Perry, 1973 ).

Asumsi etanol yang terbawa aliran sebanyak 2 % yaitu 587,1533 Kg/jamJumlah etanol sisa = (28.770,5095 587,1533) Kg /jam= 28.770,5095 Kg/jam Asumsi air yang terbawa aliran adalah 15 % yaitu 5.437,1883 Kg/jamJumlah air sisa= (36.247,9222 5.437,1883) Kg/jam= 30.810,7338 Kg/jam

Neraca Massa Centrifuge - 02 ( CF - 02)KomponenMasuk(Kg/jam)Keluar(Kg/jam)


Hemiselulosa2.194,42682.194,42680,0000

Glukosa723,3625723,36250,0000

Xilosa448,8600448,86000,0000

H2O36.247,92225.437,188330.810,7338

Ragi1.530,66411.530,66410,0000

Etanol29.357,6628587,153328.770,5095

Sub Total70.502,898410.921,655159.581,2434

Total70.502,898470.502,8984

15. Kolom Destilasi 01 ( KD- 01 )Fungsi: Memisahkan air dan etanol berdasarkan perbedaan titik didih.Gambar :

Keterangan :Aliran 35: Aliran etanol-air masuk KD-01Aliran 36: Aliran umpan masuk CD-01Aliran 37: Aliran refluks masuk KD-01Aliran 38: Aliran destilat dari CD-01Aliran 39: Aliran trapout menuju RB-01Aliran 40: Aliran uap keluar dari RB-01Aliran 41: Aliran residu dari RB-01

Kondisi operasi dari trial and error :T feed= 97,2657 oCTdestilat= 82,0873 oCTbottom= 106,9625 oC

Komposisi umpan masuk KD-01KomponenMasuk ( Kg )Masuk ( Kmol )Fraksi mol,Xi

Etanol28.770,5095625,44590,2676

Air30.810,73381.711,70740,7324

Total59.581,24342.337,15331,0000

Pada destilasi etanol distilat (95%) ( Coulson & Richardson,R.K SINNOT, 2005)Mol fraksi etanol pada distilat (Xd)Xd= (95/46) / ((95/46)+(5/18))Xd=0,8814Mol fraksi etanol pada bottom (Xb)Xb= (5/46) / ((5/46)+(95/18))Xb=0,0202Material balanceF=D+B (R.E. Treybal, pers. .9.75)2.337,1533=D+BD=2.337,1533-B ..........(1)F.Xf=D.Xd+B.Xb (R.E. Treybal, pers.9.76)625,4459=D.(0,8814)+B.(0,0461)...........(2)Subtitusi persamaan (1) ke persamaan (2)625,4459=2.337,1533 (- 0,8814) + 0,0202 B625,4459=2.060,0681 0,8613BB= 1.665,7173 kmolSubtitusi nilai B pada persamaan 1D=2.338,1533 - BD=671,4360 kmol

Komponen DistilatKomponenFraksi molDistilat ( Kmol )Distilat ( Kg )

Etanol0,8814591,832727.224,3055

Air0,118679,6032 1.432,8582

Total1,000671,436028.657,1637

Komponen BottomKomponenFraksi molBottom ( Kmol )Bottom ( Kg )

Etanol0,0202 33,61311.546,2040

Air0,97981.632,1042 29.377,8756

Total1,0001.665,7173 30.924,0796

Neraca massa Kolom Destilasi - 01KomponenMasuk (kg)Keluar (kg)

Masuk (kg)Distilat (kg)Bottom (kg)

Etanol28.770,509527.224,30561.546,2040

Air30.810,73381.432,858229.377,8756

Subtotal59.581,243428.657,163730.924,0796

Total59.581,243459.581,2434

16. Condensor 01Fungsi: Mengkondensasi produk top KD-01Gambar:

Keterangan:V=aliran feed CD-01L=RefluxD=Distilat

Neraca Massa total :V = L + D (Treybal, pers. 9.115)L=R x D (Treybal, pers. 9.49)R=Lo / D (Mc Cabe, pers. 8.17) Dari grafik kesetimbangan uap-cair etanol, diperoleh : Rasio refluks minimumXd / Rm + 1=0,4100 ( dari grafik kesetimbangan )Rm=1,1499R=1,5 Rm=1,7248V = ( R x D )=1.158,0878 kmol L = ( R+1 )D=1.829,5237 kmol

Komponen uap etanol masuk (V) :Xd etanol=0,8814 Xd air=0,1186Etanol=0,8814 x 1.829,5237 kmol= 1.612,6214 kmol=74.180,5852 kg

Air=0,1186 x 1.829,5237 kmol=216,9023 kmol=3.904,2413 kg Komposisi Reflux (L)Etanol=0,8814 x 1.158,0878 kmol= 1.020,7887 kmol=46.956,2796 kgAir=0,1186 x 1.158,0878 kmol=137,2991 kmol=2.471,3831 kg

Komposisi Destilat (D)Etanol=74.180,5852 kg 46.956,2796 kg = 27.224,3056 kgAir= 2.471,3831 kg 1.432,8582 kg = 1.432,8582 kgTabel Neraca Massa Condensor 01KomponenMasuk ( kg )Keluar ( kg )

Masuk Bottom Distilat

EtanolAir74.180,5852 3.904,241346.956,2796 2.471,383127.224,30561.432,8582

Subtotal78.084,8265 49.427,662728.657,1637

Total 78.084,826578.084,8265

17. Accumulator-01 (ACC-01)Fungsi: Menampung hasil kondensasi dari CD-01.Gambar :

Keterangan:Aliran 22 : aliran umpan masuk ke CD-01 (Vapour)Aliran 23 : aliran refluks ke KD-01 (Liquid)Aliran 24: aliran destilat dari CD-01 (Destilat)

Neraca Massa Accumulator-01 (ACC-01)KomponenMasuk ( kg )Keluar ( kg )


Etanol74.180,585246.956,279627.224,3056

Air3.904,24132.471,38311.432,8582

Subtotal78.084,826549.427,662728.657,1637

Total 78.084,826578.084,8265

18. Reboiler -01Fungsi: Menguapkan kembali liquid yang masuk KD 01Gambar:

Keterangan :L*= Feed RB-01V*= Vapor keluar RB-01B*= bottom produk Komposisi feed masuk RB 01 L*= qF + L (Treyball, pers. 9.126)dimana q= 1L*= 3.495,2410 kmolKomposisi L*Xdn(kmol)m (kg)

Etanol0,0202 70,5318 3.244,4614

Air0,95393.424,709361.644,7669

Total1,0003.495,241064.889,2284

Komposisi vapor keluarV*=F(q-1) + V= 1.829,5237 kmolKomposisi V*Xdn(kmol)m (kg)

Etanol0,020236,91861.698,2574

Air0,97981.792,605132.266,8913

Total1,0001.829,523733.965,1487

Komposisi bottom productB*= L* - V*= 1.729,8276 kmol

Komposisi B*Xdn(kmol)m (kg)

Etanol0,0202 33,61311.546,2040

Air0,97981.632,104229.377,8756

Total1,0001.665,717330.924,0796

Neraca Massa RB-01KomponenMasuk (kg)Keluar (kg)

Liquid (kg)Vapor (kg)Bottom (kg)

Etanol3.244,46141.689,2574 1.546,2040

Air61.644,766932.266,891329.377,8756

Subtotal64.889,228433.965,148730.924,0796

Total64.889,228464.889,2284

19. Moleculer Sieve Adsorber -01 ( MSA-01 )Fungsi : Mengadsorb kandungan air dalam produk etanol sehingga dicapai kemurnian 99,5%Gambar:

Keterangan :Aliran 25 : Aliran produk masuk MS-01 dengan kemurnian 95%Aliran 26: Produk Etanol 99,5% keuar menuju tank penyimpanan

Jumlah etanol yang keluar= 27.224,3056 kg Jumlah air yang keluar= (100%- 99.5%) x 27.224,3056kg= 136,1215 kgJumlah air terserap adsorbant= (1.432,8582 136,1215)kg= 1.296,7367 kg

Tabel Neraca Massa MSA-01KomponenMasuk (kg)Keluar (kg)

Masuk (kg)Etanol 99,5% (kg)Air yang teradsorbsi (kg)

Etanol27.224,305627.224,3056 0,0000

Air1.432,8582136,1215 1,296,7367

Subtotal28.657,163727.360,42711.296,7367

Total28.657,163728.657,1637

CD-01

CD-01

ACC-01

(37)

Lampiran 1 (Neraca Massa)

Documents

Transcript of Lampiran 1 (Neraca Massa)