Teori Untuk Makalah Bagian Zarah (Batch, Analisis CSTR)

8/18/2019 Teori Untuk Makalah Bagian Zarah (Batch, Analisis CSTR)

1/10

1. Sistem Bioreaktor Curah atau Batch (Diskontinyu)

Gambar 1. Reaktor batch

(Sumber: www.essentialchemicalindustry.org)

Reaktor batch termasuk reaktor dengan bentuk yang paling sederhana. Pada

sistem ini bahan media dan inokulum dalam waktu yang hampir bersamaan

dimasukkan ke dalam bioreaktor dan pada saat proses berlangsung akan terjadi

perubahan kondisi di dalam bioreaktor (Mayasari, 2010. !ebagai tambahan, reaktor

batch dapat mudah dipanaskan atau didinginkan menggunakan heating atau cooling

jacket . Reaktor batch (discontinuous adalah suatu reaktor dengan sistem

termodinamika yang tertutup. Reaktor jenis ini biasanya sangat cocok digunakan

untuk produksi berkapasitas kecil misalnya dalam proses pelarutan padatan,

pencampuran produk, Reaktor jenis ini memiliki ciri tidak terdapat aliran inlet atau

outlet selama operasi, memiliki pengaduk untuk mencampur reaktan, dan dalam

prosesnya harus berutan (tidak dapat dilakukan bersamaan antara mengisi bahan

baku, operasi, pengeluaran produk, cleaning, dan conditioning untuk mengolah bahan baku berikutnya ("udiman, 2001.

#alam keadaan ideal, reaktor batch diisi dengan reaktan pada waktu t$0.

Pencampuran kemudian dilakukan secara intensi% sehingga konsentrasi spesies


2/10

bersi%at homogen, yaitu bernilai sama pada titik manapun dalam reaktor. Maka, dalam

perhitungannya dapat diasumsikan&

• 'o $ ' $ 0

• ercampur sempurna sehingga konsentrasi spesies sama pada semua titik dalam

reaktor

)o $ ) $ konstan

ipe bioreaktor batch lebih cocok digunakan untuk bahan yang memiliki

kandungan padatan tinggi (2*+ atau bahan berserat yang sulit diproses

dibandingkan dengan tipe bioreaktor kontinyu karena lama proses dapat ditingkatkan

dengan mudah. "ila proses terjadi kesalahan, misalnya karena bahan beracun, proses

dapat dihentikan dan dimulai dengan yang baru. amun, penyiapan serta

pembersihan pada bioeraktor batch tidak mudah.

-elebihan dari bioreaktor batch adalah&

a. Resiko kontaminasi rendah b. idak membutuhkan mikroba dengan kestabilan tinggi

c. ebih %leksibel dalam perencanaan produksi dalam aspek rekayasa proses,

terutama untuk memproduksi beragam produk dengan pasar atau skala kecild. Mudah dalam proses sterilisasi dan pengontrolan alat

e. "anyak diaplikasikan pada industri etanol karena dapat menghasilkan kadar

etanol yang tinggi

amun, bioreaktor batch juga memiliki kekurangan yaitu, terakumulasinya

produk yang menghambat pertumbuhan di dalam bioreaktor sehingga metabolisme

sel terganggu.

"ioreaktor batch dapat digunakan untuk&

a. Memproduksi biomassa

Menggunakan kondisi kulti/asi yang mendukung pertumbuhan biomassa

sehingga mencapai maksimal.

b. Metabolit primer -ondisi kulti/asi harus dapat memperpanjang %ase eksponensial yang diikuti

dengan sintesis produk (pengaturan konsentrasi substrat.

c. Metabolit sekunder


3/10


4/10

komponennya (misalkan komponen j seragam pada semua titik dalam reaktor, untuk

reaktan pembatas j pada waktu t . -eseluruhan konten diasumsikan sebagai elemen

/olume reaktor. #engan asumsi pengadukan sempurna (konsentrasi j konstan, maka

persamaan sebelumnya dapat die/aluasi sebagai berikut (Rawlings, 2002&

C jdV =¿C jV R

∫V

R

❑

¿

R jdV =¿ R jV R

∫V R

❑

¿

Pada reaktor batch, tidak ada laju alir masuk maupun laju alir keluar karena

reaktan dimasukkan sebelum reaksi dimulai dan produk dikeluarkan setelah reaksi

selesai, tanpa mempengaruhi prosesnya. Maka, Qo=Q1=0 . Persamaan (2 dapat

ditulis ulang sebagai (Rawlings, 2002&

d (C jV R)dt

= R jV R

#alam reaktor batch yang memiliki /olume konstan, maka (Rawlings, 2002&

dC j

dt = R j

eraca massa dapat diselesaikan secara numerik maupun analitik. !ecara

umum, neraca massa harus diselesaikan secara numeric. amun jika reaktor yangdigunakan bersi%at isotermal, memiliki jumlah komponen yang tidak terlalu banyak,

dan memiliki kinetika reaksi yang sederhana, maka neraca massa dapat diselesaikan

secara analitik.

2.2. inetika Reaksi Reaktor Batch

(26

(27

(28

(29


5/10

1. eraca massa ('ogler, 200*

!el&

V C c

dt

=( rg−rd )V

!ubstrat&

V d C s

dt =Y s

c

(−r g )V −rmV

Produk&

V d C p

dt =Y p

c

(rgV )

2. :ukum -inetika ('ogler, 200*

rg= μmax(1−C pC p¿ )0.52

C cC s

K s+C

rd=k dC c

rsm=mC c

(;0

(;1

(;2

(;;

(;5

(;*


6/10

B!B "

!N!#S$S D!N %&MB!'!S!N

!nalisis %erancanan %rouksi Bioethanol enan Bioreaktor CS*R

Pada produksi bioethanol dengan bioreaktor

jumlah dari %lowrate substrat dan %lowrate dari sel. -onsentrasi substrat yangdimasukkan ke dalam bioreaktor harus jauh lebih besar dari konsentrasi sel yang

dimaukkan ke dalam bioreaktor. :al tersebut disebabkan substrat merupakan nutrisi

yang diperlukan sel !acharomyces cere/icae untuk tumbuh sehingga dapat

ber%ermentasi menghasilkan produk ethanol. aju pertumbuhan sel sangatlah tinggi

sehingga membutuhkan jumlah substrat yang sangat banyak. :al tersebut dapat

dilihat pada tabel 1== dengan /olume reaktor 5000 di bawah ini&

*abel 1++. :asil operasi

, s

( m - . / a m ) ,

c

( m - . / a m ) ,

0

( m - . / a m )

onsentrasi

Substrat

onsentrasi

Sel

onsentrasi

%rouk

Massa0rouk

hari

(k)

!al !khir !al !khir !al !khir

2*0 2*0 *00 ;80.00 2.90 7.00 20.7; 0 79.88 9*8,*60

Pada tabel 1== simulasi dilakukan dengan memasukkan konsentrasi substrat sebesar

;80 kg sedangkan konsentrasi sel hanya 7 kg. amun, pada waktu 25 jam terlihat bahwa konsentrasi substrat akhir sudah hampir habis, dan konsentrasi sel akhir

meningkat sehingga menghasilkan konsentrassi produksi dengan jumlah tinggi yang

dapat dilihat pada gambar 1==


7/10

Gambar 1++. ra%ik produksi bioethanol dengan bioreaktor

:al tersebut menguntungkan dalam produksi bioethanol karena hal tersebut

menandakan bahwa selnya tumbuh dengan baik karena cukupnya nutrisi untuk

pertumbuhannya sehingga menghabiskan konsentrasi subtrat yang ada dan

menghasilkan produksi bioethanol yang optimal. !ehingga, produk yang dihasilkan

yaitu sebesar 9*8.*60 kg> hari dan sudah memenuhi kapasitas produksi yang

ditargetkan yaitu sebesar 89*.*22 kg>hari. :asil perhitungan ekonomi yang diperoleh

pada simulasi ke 1 dapat dilihat pada tabel 2==.

*abel 2++. :asil perhitungan ekonomi

C!%&

0ertahu

n (3SD)

4%& (3SD)

%en/ualan

&t4'

(3SDtahun)

Marinaltahu

n (3SD)

500.001*,;05,020.0

0

;;0,000,000.0

0;15,69*,980.00

Pada tabel ;== dengan /olume reaktor 5*00 terlihat bahwa kapasitas produksi tidak

dapat terpenuhi*abel -++. :asil operasi

, s

( m - . / a m ) ,

c

( m - . / a m ) ,

0

( m - . / a m )

onsentrasi

Substratonsentrasi Sel

onsentrasi

%rouk

Mas

0ro

har

(k!al !khir !al !khir !al !khir


8/10

250 250 580 ;80 1.;8 10 26.007 0 76.8; 88*.

:al tersebut dikarenakan laju alir produk diturunkan namun /olume reaktor lebih

besar sehingga tidak terjadinya laju pengaliran substrat, sel maupun produk yangoptimal di dalam bioreaktor sehingga dalam 25 jam hanya memenuhi kapasitas

produksi sebesar 88*.08 kg>hari. ?alaupun, pada gambar 2== menunjukkan bahwa

konsentrasi substrat sudah akan habis dan konsentrasi sel serta produksi meningkat

pada waktu 25 jam namun hal ini kurang e%ekti% dalam pemenuhan kapasitas produksi

yang sudah ditargetkan.

Gambar 2++. ra%ik produksi bioethanol dengan bioreaktor

:asil perhitungan ekonomi yang diperoleh untuk simulasi ke * dapat dilihat

pada tabel5==

*abel "++. :asil perhitungan ekonomi

C!%&

0ertahu

n (3SD)

4%& (3SD)

%en/ualan

&t4'

(3SDtahun)

Marinaltahu

n (3SD)

5*0.0015,709,982.*

0

;;0,000,000.0

0;1*,290,017

Pada tabel 5==,


9/10

dihasilkan tidak sesuai target namun marginal per tahun yang diperoleh lebih tinggi

dibandingkan dengan hasil perhitungan

tabel 2==

!elain itu, jika konsentrasi sel dinaikkan namun laju alir produk dan

konsentrasi substrat tetap maka akan sulit untuk memperoleh kapasitas produksi yang

sudah ditargetkan. :al tersebut dikarenakan sel tidak cukup menghasilkan produk

dari hasil %ermentasinya karena sumber nutrisi sel tersebut (substrat tidak

ditambahkan untuk mengimbangi banyaknya konsentrasi sel yang masuk.

Margin yang paling besar dan juga menghasilkan kapasitas produksi yang

sesuai dengan yang ditargetkan yaitu ;1*.;07.020 D!# dengan /ariasi data yang

dapat dilihat pada tabel *==.

abel *==. :asil operasi

, s

( m - . / a m ) ,

c

( m - . / a m ) ,

0

( m - . / a m )

onsentrasi

Substrat

onsentrasi

Sel

onsentrasi

%rouk

Massa

0roukhari

(k)

, s

( m - . / a m )

250 250 580 ;80 7 79.;* 5000 915.11

Massa produksi per hari yang dihasilkan memebuhi kapasitas produksi yangsudah ditargetkan yaitu 915.11 kg>hari dengan meminimumkan laju pengaliran subrat

serta sel, jumlah konsentrasi sel awal yang dimasukkan ke dalam bioreaktor serta

/olume reaktor. !ehingga hasil perhitungan ekonomi

6==

*abel 6++. :asil perhitungan ekonomi

C!%&

0ertahu

n (3SD)

4%& (3SD)

%en/ualan

&t4'

(3SDtahun)

Marinaltahu

n (3SD)

500.0015,692,980.0

0

;;0,000,000.0

0;1*,;07,020


10/10

substrat dan sel serta konsentrasi sel awal masuk yang disesuaikan dengan jumlah

konsentrasi substrat awal yang dimasukkan ke dalam bioreaktor

simulasi ke 5.

Teori Untuk Makalah Bagian Zarah (Batch, Analisis CSTR)

Documents

Transcript of Teori Untuk Makalah Bagian Zarah (Batch, Analisis CSTR)