PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN KALSIUM LAKTAT DARI UBI KAYU BERKAPASITAS TON/TAHUN TUGAS AKHIR

Transkripsi

1 PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN KALSIUM LAKTAT DARI UBI KAYU BERKAPASITAS TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia Oleh : ERI SUSANTO NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA EKSTENSION DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 008

2 PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN KALSIUM LAKTAT DARI UBI KAYU BERKAPASITAS TON/TAHUN TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Nimia Oleh : ERI SUSANTO NIM : Penguji I Menyetujui, Penguji II Penguji III Ir.Indra Surya, MSc NIP : DR.Eng.Ir.Irvan, M.Si NIP : Rondang Tambun, ST.MT NIP : Koord. Tugas Akhir Mengetahui, Pembimbing I Pembimbing II DR.Eng.Ir.Irvan, M.Si NIP : Ir.Indra Surya, MSc NIP : Ir.Indra Surya, MSc NIP : PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA EKSTENSION DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 008

3 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas berkat dan rahmat-nya lah penulis diberikan petunjuk dan jalan, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan lancar dan baik. Adapun judul dari tugas akhir ini adalah Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Kalsium Laktat dari Ubi Kayu dengan Kapasitas Ton/Tahun. Pra rancangan pabrik ini disusun untuk melengkapi tugas dan syarat dalam menempuh ujian sarjana pada Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini penulis banyak menerima bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan segala ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Ibu Ir. Renita Manurung, MT selaku Ketua Departemen Teknik Kimia. Bapak Ir.Indra Surya, Msc selaku pembimbing Tugas Akhir. Ibu Maya Sarah, ST.MT selaku co-pembimbing Tugas Akhir 4. Bapak DR.Ir.Irvan,MSi dan Rondang Tambun,ST.MT selaku Dosen penguji pada sidang akhir Sarjana. 5. Seluruh Bapak dan Ibu Staf Pengajar dan Pegawai Jurusan Teknik Kimia 6. Orang Tua penulis yang tercinta, Ayahanda dan Ibunda yang telah membesarkan, memberikan doa, motivasi dan cinta serta mendidik ananda hingga menjadi Sarjana. 7. Seluruh teman-teman di jurusan Teknik Kimia Ekstension Stambuk 05, semoga menjadi orang sukses semua dan kelak kita bertemu kembali dalam reuni nantinya. Medan, 1 Maret 008

4 Penulis DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN KATA PENGANTAR i INTISARI... iii DAFTAR ISI.. iv DAFTAR TABEL. vi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang I Rumusan Masalah.. I Tujuan Perancangan... I Manfaat Rancangan... I- BAB II TINJAUAN PUSTAKA.1. Ubi Kayu. II-1.. Glukosa.. II-..1. Kalsium Karbonat. II-6... Asam Laktat. II-7... Kalsium Laktat. II-7.. Deskripsi Proses II-11 BAB III NERACA MASSA III- 1 BAB IV NERACA PANAS IV- 1 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN. V- 1 BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA

5 1 7 BAB VII Instrumentasi.. VI- 6.. Keselamatan Kerja.. VI- UTILITAS 7.1. Kebutuhan Uap (Steam). VII- 7.. Kebutuhan Air. VII- 7.. Kebutuhan Listrik VII Kebutuhan Bahan Bakar. VII Unit Pengolahan Limbah VII Spesifikasi Peralatan Utilitas.. VII- BAB VIII BAB IX BAB X LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK 8.1. Lokasi Pabrik.. VIII Tata Letak Pabrik... VIII Perincian Luas Tanah. VIII-5 ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERUSAHAAN 9.1. Pengertian Organisasi Dan Manajemen.. IX Bentuk Badan Usaha... IX Bentuk Struktur Organisasi. IX Uraian Tugas, Wewenang dan Tanggung Jawab IX Tenaga Kerja dan Jam Kerja... IX Kesejahteraan Tenaga Kerja... IX-11 EKONOMI DAN PEMBIAYAAN Modal Ivestasi X Biaya Produksi Total (BPT).... X-4

6 10.. Analisa Aspek Ekonomi X-5 BAB XI KESIMPULAN. XI-1 DAFTAR PUSTAKA DP-1 LAMP.A PERHITUNGAN NERACA MASSA LA-1 LAMP.B PERHITUNGAN NERACA PANAS. LB-1 LAMP.C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN LC-1 LAMP.D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS LD-1 LAMP.E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI. LE-1

7 DAFTAR TABEL Halaman Tabel.1. Neraca Massa Pada Reaktor Hidrolisa. III-1 Tabel.. Neraca Massa Pada Sentrifuge. III-1 Tabel.. Neraca Massa Pada Reaktor Neutralizer. III- Tabel.4. Neraca Massa Pada Membran Reverse Osmosis III- Tabel.5. Neraca Massa Pada Evaporator 01.. III- Tabel.6. Neraca Massa Pada Mixer 0.. III- Tabel.7. Neraca Massa Pada Fermentor III- Tabel.8. Neraca Massa Pada Decanter... III-4 Tabel.9. Neraca Massa Pada Filter Press. III-4 Tabel.10. Neraca Massa Pada Evaporator 0.. III-4 Tabel 4.1. Neraca Panas Pada Reaktor Hidrolisa IV-1 Tabel 4.. Neraca Panas Pada Cooler C-01 IV - Tabel 4.. Neraca Panas Pada Reaktor Neutralizer... IV - Tabel 4.4. Neraca Panas Pada Evaporator..... IV - Tabel 4.5. Neraca Panas Pada Cooler C 0 IV -4 Tabel 4.6. Neraca Panas Pada Fermentor.. IV -4 Tabel 4.7. Neraca Panas Pada Tangki Sterilisasi. IV -5 Tabel 4.8. Neraca Panas Pada Cooler C-0... IV-5 Tabel 4.9. Neraca Panas Pada Decanter... IV-5 Tabel Neraca Panas Pada Evaporator E-0 IV-6 Tabel Neraca Panas Pada Rotary Cooler C-04.. IV -6 Tabel 7.1 Kebutuhan Steam Pada Pabrik Kalsium Laktat VII -1 Tabel 7.. Kebutuhan Air sebagai Media Pendingin. VII - Tabel 7.. Kebutuhan Air sebagai Air Proses VII- Tabel 7.4. Perkiraan Pemakaian Air Untuk Kebutuhan. VII- Tabel 7.5. Kualitas Air Sungai Silau.. VII - Tabel 7.6. Perincian Limbah Proses... VII -11

8 Tabel 8.1. Perincian Luas Tanah VIII -6 Tabel 9.1. Jumlah Tenaga Kerja Deserta Tingkat Pendidikan.. IX -9 Tabel 9.. Pembagian Kerja Shift Tiap Regu IX -11 Tabel Modal Investasi Tetap. X - Tabel 10.. Modal Kerja X - Tabel 10.. Biaya Tetap. X - 4 Tabel Biaya Variable X - 4

9 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Pada masa sekarang ini, Indonesia sedang menitik beratkan pembangunan nasional dibidang perekonomian yang diperioritaskan pada keterkaitan industri dan pertanian dengan bidang lainnya yang bisa tumbuh dan berkembang dengan kemampuan sendiri. Pembangunan industri ditujukan untuk membantu memperkokoh struktur ekonomi nasional dengan keterkaitan yang kuat dan saling mendukung antar sektor, memperluas lapangan kerja dan kesempatan usaha sekaligus mendorong berkembangnya kegiatan diberbagai sektor pembangunan lain dengan meningkatkan kemandirian perekonomian nasional, meningkatkan kemampuan bersaing dengan pangsa pasar dalam dan luar negeri serta tetap memelihara fungsi lingkungan hidup. Sampai saat ini kebutuhan industri dalam negeri masih harus diimpor dari luar negeri. Salah satu jenis produksi industri yang dibutuhkan dalam jumlah kebutuhannya yang terus meningkat adalah kalsium laktat yang hingga saat ini masih harus di impor dari luar negeri. Industri kalsium laktat melalui proses hidrolisa glukosa ubi kayu dan dilanjutkan fermentasi asam laktat dengan kalsium karbonat merupakan proses yang menguntungkan. Industri ini sangat diperlukan di Indonesia yang mana dimanfaatkan sebagai bahan baku industri farmasi diantaranya digunakan sebagai antasida serta untuk melawan defisiensi kalsium pada manusia. Kalsium laktat dapat diserap dalam berbagai kondisi ph dan tidak memerlukan tambahan zat nutrisi lain untuk daya serapnya. 1.. Rumusan Masalah Masalah produktivitas dan kebutuhan konsumsi kalsium laktat dalam masyarakat perlu ditangani dengan serius, terutama oleh para pelaku industri. Untuk dapat mengembangkan kuantitas dan kualitas produksi kalsium laktat maka dibuka pabrik kalsium laktat yang memanfaatkan ubi kayu sebagai bahan baku utama.

10 Tuntutan untuk memenuhi kebutuhan kalsium laktat mendorong eksperimeneksperimen baru dan diharapkan dapat menyelesaikan masalah konsumsi kalsium laktat oleh para konsumen baik secara langsung maupun tidak langsung. 1.. Tujuan Rancangan Tujuan perancangan pabrik kalsium laktat ini adalah untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan kalsium laktat sebagai bahan pengawet dan bahan tambahan untuk industri farmasi. Dengan adanya pabrik kalsium laktat di Indonesia diharapkan dapat memanfaatkan ubi kayu secara maksimal sehingga memiliki nilai tambah. Disamping itu pabrik ini diharapkan mampu menyerap tenaga kerja yang jumlahnya terus bertambah dan merangsang munculnya industri-industri lanjutan di Indonesia. 1.. Manfaat Rancangan Manfaat dari perancangan pabrik pembuatan kalsium laktat ini adalah: 1. Membuka lapangan kerja baru.. Masyarakat mendapatkan informasi tentang proses perancangan suatu pabrik kimia, seperti pabrik pembuatan kalsium laktat.. Menambah devisa negara.

11 BAB II TINJAUAN PUSTAKA.1. Ubi Kayu Ubi kayu (Manihot utilissima Pohl) atau (Manihot esculenta Crant) berasal dari Amerika Selatan (Brazillia). Masuk ke Indonesia pada abad ke 17 melalui pedagang Portugis. Dalam dunia perdagangan ubi kayu dikenal dengan Cassava (Inggris), Yuka (Spanyol) dan mandiaca (Portugal). Sekarang ini Indonesia menjadi penghasil ubi kayu terbesar kedua di dunia. Pembudidayaan ubi kayu tidak sukar dan dapat tumbuh di tanah-tanah yang kurang subur dengan hasil yang cukup memuaskan (Brautlecht, 195) Adapun sistematika dari tanaman ubi kayu adalah sebagai berikut: Divisio : Spermatophyta Sub divisio : Angiospermae Kelas : Dicotiledoneae Ordo : Euphorbiales Familia : Euphorbiaceae Genus : Manihot utilissima Pohl atau Manihot esculenta Crant Nama Daerah : Kentila (Aceh), Godong hau (Batak), Gawi farasi (Nias), Singkong, Sampean (Sunda).1.1. Komposisi Zat Yang Dikandung Kandungan karbohidrat dari ubi kayu adalah tertinggi dibandingkan dengan jenis umbi-umbian lainnya dan hal ini dapat dilihat pada table 1. Komposisi ubi kayu dipengaruhi oleh varietas, umur panen, lingkungan agronomi dan tempat tumbuh (Wijandi, 1976) Pada umumnya kadar pati pada ubi kayu rata-rata 0 %. Kadar pati pada jenis ubi kayu pahit lebih tinggi dari pada ubi kayu manis, sehingga jenis ubi kayu yang pahit lebih banyak diperdagangkan untuk membuat tepung tapioca (Ciptadi, 1976)

12 Tabel 1. Komposisi kimia ubi kayu segar per 100 gram. Bahan Symbol Ubi Kayu Putih Ubi Kayu Kuning Kalori cal 146,00 157,00 Protein gr 1,0 0,80 Lemak gr 0,0 0,0 Karbohidrat gr 4,70 7,90 Kalsium mg,00,00 Phospor mg 40,00 40,00 Besi mg 0,70 0,70 Vitamin A SI 0,00 85,00 Vitamin B1 mg 0,06 0,06 Vitamin C mg 0,00 0,00 Air gr 75,00 75,00 Bagian yang dapat % 75,00 75,00 dimakan Sumber : Direktorat Gizi Dep.Kes R.I (197), di dalam Ciptadi, Glukosa Monosakarida yang terpenting dan mengandung enam atom karbon, dikenal dengan nama glukosa ( C 6 H 1 O 6 ) dan dektrosa (C 6 H 10 O 6 ) yang disebut juga gula darah atau gula anggur. Glukosa merupakan salah satu aldoheksosa yang berisomer, yang merupakan unsure penting dalam alam, maupun karena peranannya yang penting

13 dalam proses biologis. Glukosa adalah gula yang merupakan hasil ubahan semua karbohidrat dalam tubuh sebelum proses-proses oksidasi. Glukosa dijumpai dalam semua buah-buahan masak, dan terutama melimpah dalam anggur. Banyak karbohidrat lain misalnya : Maltosa, Sukrosa, dan pati menghasilkan glukosa bila dihidrolisa. Reaksi kimia dan analisa menyatakan bahwa molekul glujkosa mengandung lima gugus hidroksil dan sebuah gugus aldehida yang direkatkan pada rantai enam karbon. Maka glukosa dapat dipaparkan oleh rumus bangun berikut ini. (Fessenden, 1999) H HOCCHCHCHCHC=O OH OHOHOH Terdapat empat atom karbon kiral yang tidak sama dalam sebuah molekul glukosa, maka akan terdapat 4 atau 16 isomer optis yang mungkin, artinya glukosa biasa adalah salah satu dari enam belas aldoheksosa, semuanya mempunyai rumus bangun yang sama. Keenam belas gugus itu diisolasi dan diidentifikasi. Sifat-sifat glukosa : Optis aktif Memutar bidang polarisasi Tidak berbau, berbhentuk kristal putih, rasanya manis Titik lebur (m.p) = C Titik beku = 141,8 0 C Berat molekul = 180,16 gr/mol Kapasitas panas = 0,9 kkal/kg 0 C Spesifik gravity (5 0 C) = 1,544 (Perry, 1997) Sirup glukosa (gula cair) banyak digunakan dalam pembuatan permen, es krim, manisan buah-buahan, campuran obat-obatan, campuran tembakau, campuran semir sepatu, pembuatan sabun, perekat dan sebagainya. Penggunaannya tergantung pada kadar dektrosa (D-Glukosa) dan kemurnian sirup.

14 .. Pati Pati adalah homopolimer dari monosakarida yang merupakan sumber utama energi yang menyusun sebagian besar makanan. Berbagai jenis hasil pertanian digunakan sebagai sumber pati seperti ubi kayu, jagung, sagu, ubi jalar dan jenis umbi-umbian lainnya (Goutara dan Wijandi, 1975). Pati tersusun dari unsure karbon, hydrogen dan oksigen dengan rumus kimia (C6H10O5)n. Struktur pati terdiri dari dua komponen yaitu amilosa 10 0 % dan amilopektin %. Amilosa merupakan komponen pati yang tidak larut dalam air dingin tetapi larut dalam air panas ( C), mempunyai berat molekul rata-rata yang terdiri dari rantai satuan glukosa yang dihubungkan pada kedudukan atom karbon 1,4 oleh α - glukosida. CHOH CHOH CHOH O O O OH OH O O O O OH OH OH Gambar 1. Rumus Molekul Amilosa Amilopektin adalah bagian pati yang tidak larut, mempunyai berat molekul rata-rata yang terdiri dari rantai satuan glukosa yang dihubungkan pada kedudukan atom karbon dari rantai cabang 1,6 oleh ikatan α - glukosida (Holleman dan Aten, 1956; Mertz, 1960)

15 H CHOH H n OH H O CHOH H OH CH H H H H O O n O n OH H OH H H OH H OH Gambar : Rumus Molekul Amilopektin Komposisi Kimia Pati MenurutBrautlecht (195), komposisi kimia pati ubi kayu yang sudah diselidiki bersama Eynen Lane dapat dilihat dalam table berikut : Tabel. Komposisi Tapioka Menurut Brautlecht Kompaonen Hasil Analisis (%) Eynen lane Air 9,00 18,00 Protein 0,0 1,00 Lemak 0,10 0,40 Abu 0,10 0,80 Pati 81,00 89,00 Sumber : Brautlecht (195) Barutlecht 11,0 0,50 0,10 0,90 88,01

16 Pada garis besarnya, proses pembuatan pati (tapioca) terdiri dari beberapa tahap (Brautlecht, 195) : a. Umbi ubi kayu dibuang kulit luarnya lalu dibersihkan b. Pemarutan umbi, untuk memecahkan dinding sel agar butir pati di dalamnya dapat terlepas. Dalam pemarutan ini tidak semua sel-sel itu pecah oleh karena itu hasil parutan diremas kuat c. Peremasan dan penyaringan dengan penambahan air, kemudian pengendapan pati 4 jam di bak (panci). Pati yang mengendap di cuci beberapa kali dengan air sampai cairan menjadi jernih d. Pengeringan dapat dilakukan di sinar matahari atau di alat pengering, untuk mencegah perkembangan mikroba e. Menggiling pati yang masih kasar dan pengayakan Menurut Brautlecht (195), dalam hal pengeringan tepung tapioka kadar air yang terbaik berada diantara %. Tetapi pada umumnya untuk pengeringan tepung tapioka ditetapkan sampai kadar air 14,55 17,5 %. Kadar air yang tinggi akan memudahkan tumbuhnya jamur dan berbau sehingga tepung menjadi rusak dan mutunya menurun. Pati dapat dimodifikasi melalui cara hidrolisis, oksidasi, cronslinking dan subtitusi. Produk-produk modifikasi tersebut diantaranya thin boiling starch, pati teroksidasi, pregelatinized starch dan glukosa (Tjokroadikoesoemo, 1986)..1.. Kalsium Karbonat (CaCO ) Kalsium karbonat adalah suatu senyawa kimia dengan rumus CaCO. Kalsium karbonat merupakan suatu unsur yang umum dapat ditemui dalam semua bagian didunia, yang mana sumber utamanya berasal dari kulit kerang dan organisme organisme laut lainnya dan cangkang telur. Kalsium karbonat dipakai dalam bahan ramuan kapur untuk kesuburan tanah pertanian yang mengandung mineral. Pada obat obatan biasanya digunakan sebagai anti defisiensi zat kapur dan sebagai antasida. Kalsium karbonat jika bereaksi dapat terurai menjadi karbonat lainnya seperti: 1. Jika bereaksi dengan asam kuat akan menghasilkan karbondioksida

17 CaCO + HCl CaCl + CO + H O. Senyawa ini melepas karbondioksida pada pemanasan melebihi 840 o C dan membentuk kalsium oksida atau dengan nama lain quicklime. CaCO CaO + CO. Kalsium karbonat akan bereaksi dengan air dan jenuh dengan karbondioksida untuk membentuk larutan kalsium bikarbonat. CaCO + CO + H O Ca(HCO ).1.4. Asam Laktat Asam laktat juga disebut dengan asam susu atau cuka susu atau menurut IUPAC adalah cuka - hydroxypropanoic dan berperan dalam beberapa proses proses biokimia. Asam laktat ditemui pertama kali pada tahun 1780 oleh satu Ahli kimia bangsa swedia,yaitu Carl Wilhelm, Scheele, dan merupakan salah satu asam karbon dengan satu rumusan kimia dari CH6O. Asam laktat mempunyai kelompok hidroksit sampai gugus karboksil, pembuatan asam laktat cuka hidroksi alfa (AHA). Asam laktat/asam susu bersifat kiral dan mempunyai dua isomer optis. Salah satu dikenal sebagai cuka L-(+)-lactic atau (cuka S)-lactic. Cuka L-(+)-Lactic adalah isometri secara biologi Kalsium Laktat Kalsium laktat berupa kristal-kristal putih yang dapat dihasilkan dari reaksi hasil fermentasi asam laktat terhadap kalsium karbonat. CH CHOHCOOH + CaCO (CH CHOHCOO) Ca + H CO Umumnya kalsium laktat di temukan pada keju yang sudah lama terbentuk. Dalam industri farmasi kalsium laktat banyak dijumpai sebagai antasida serta untuk melawan defisiensi kalsium. Kalsium laktat dapat diserap dalam berbagai kondisi ph dan tidak memerlukan tambahan zat nutrisi lain untuk daya serapnya. Kalsium laktat ditambahkan pada makanan mengandung gula tinggi dengan maksud mencegah pembusukan gigi. Apabila ditambahkan pada permen karet yang mengandung xylitol maka dapat menambah remineralisasi dari enamel gigi. Dalam bidang pangan, kalsium laktat ditambahkan pada potongan buah segar seperti melon untuk mengawetkan tekstur dan kesegarannya tanpa menimbulkan citarasa pahit yang dihasilkan oleh kalsium klorida yang terkandung pada bahan tersebut.

18 .. Sifat Bahan Pereaksi..1. Asam Klorida (HCl) a. Sifat Fisika : Berat molekul : 6,7 gr/ml Titik didih (760 mmhg) : - 85,0 0 C Titik beku pada tekanan saturation (tripel point) : -114,19 0 C Densitas gas, gr/ml Pada 0 0 C : 0,00156 Pada 5 0 C : 0, Indeks reaktif gas n 0 D pada 1 atm : 0, n 5 D pada 1 atm : 0, Reaksi b. Sifat Kimia : Asam Kuat Larut dalam air Bereaksi dengan basa menghasilkan garam dan air HCl + NaOH NaCl + H O (Perry, 1997)... Natrium Hidroksida (NaOH) a. Sifat Fisika : Warna Berat molekul : PUTIH : 40 GR/ML Spesifik grafity :,10 Titik didih (760 mmhg) Titikleleh (760 mmhg) Viskositas Entropi (ΔS) Kapasitas kalor (Cp) Entalpi pembentukan (ΔHf), 5 0 C : C : 18,4 0 C : 1,10 cp : 64,46 J/K mol : 59,54 J/K mol : -45,61 KJ/mol Energi bebas Gibbs pembentukan (ΔGf), 5 0 C : - 79,49 KJ/mol (Perry, 1997)

19 b. Sifat Kimia : Basa kuat Larut dalam air Zat yang sangat reaktif Bereaksi dengan asam menghasilkan garam dan air Reaksi NaOH + HCl NaCl + H O (Perry, 1997)... Natrium Klorida (NaCl) a. Sifat Fisika : Berat molekul : 58,45 gr/mol Indeks reaktif : 1,544 Spesifik gravity :,16 Titik leleh (760 mmhg) : 800,4 0 C Titik didih (760 mmhg) : C Kapasitas kalor (Cp) : 50,50 J/K mol Entropi ( S) NaCl (s) : 7,1 J/K mol NaCl (aq) : 115,0 J/K mol Entalpi pembentukan ( Hf), 5 0 C NaCl(s) : -411,15 KJ/mol NaCl(aq) : -407,1 KJ/mol Energi bebas Gibbs pembentukan ( Gf),5 0 C NaCl (s) : -48,14 KJ/mol NaCl (aq) : -9,0 KJ/mol (Perry, 1997) b. Sifat Kimia : Larut dalam air Senyawa yang tersusun atas Na dan Cl Tidak bereaksi dengan asam maupun basa (Perry, 1997)..4. Air (H O) a. Sifat Fisika :

20 Berat molekul Titik didih (760 mmhg) Titik beku (760 mmhg) Densitas Tegangan permukaan Indeks bias Viskositas : 18,015 gr/mol : C : 0 0 C : 0,998 gr/ml : 71,97 dyne/cm : 1,5 n D : 8,949 mp Konstanta disosiasi ionic : Panas ionisasi : 55,71 KJ/mol Panas pembentukan (18 0 C) : 85,89 KJ/mol Panas fusi (0 0 C) : 6,010 KJ/mol Panas penguapan (100 0 C) : 40,615 0 C Konstanta dielektrik : 77,94 Kecepatan suara : 1496, m/det Komprerssibilitas isothermal : 45,6 x 10-6 Poanas spesifik : 4,179 J/gr 0 C Konduktivitas thermal (0 0 C) : 5,98 x 10 - watt/cm ( 0 C/cm) Konduktivitas elektrik : < 10-8 ohm -1 cm -1 Kapasitas kalor (Cp), 5 0 C H O (s) H O (g) Entropi ( S), 5 0 C H O (s) H O (g) : 75,91 J/K mol :,58 J/K mol : 69,91 J/K mol : 188,8 J/K mol Entalpi pembentukan ( Hf), 5 0 C H O (s) H O (g) : -85,8 KJ/mol : -41,8 KJ/mol Energi bebas Gibbs pembentukan ( Gf), 5 0 C H O (s) H O (g) : -7,8 KJ/mol : -8,57 KJ/mol Entalpi peleburan, 5 0 C : 6,008 KJ/mol Entalpi penguapan, 5 0 C : 40,656 KJ/mol (Kirk Othmer, 1960)

21 b. Sifat Kimia : Pelarut netral Senyawa yang tersusun atas H dan O H + O H O Senyawa polar karena memiliki pasangan electron bebas Bereaksi dengan basa kuat dan asam kuat Bereaksi dengan logam ( Kirk Othmer, 1960).. Deskripsi Proses Pabrik Kalsium laktat ini direncanakan menggunakan proses hidrolisa, dengan bahan pertimbangan sebagai berikut : -. Prosesnya lebih mudah dan sederhana -. Dapat menghasilkan produk yang dapat bersaing di pasar industri -. Hasil samping berupa pati yang tidak diolah tapi langsung dibuang menjadi limbah Adapun tahapan proses pembuatan kalsium laktat ini sebagai berikut :..1. Tahap awal..1.1.penghancuran ubi kayu Ubi kayu yang telah dikupas dimasukkan ke dalam gudang bahan baku. Olehkarena bentuknya berupa padatan maka perlu dihancurkan terlebih dahulu. Ubi kayu dihancurkan dengan mesin penghancur dan menghasilkan serbuk pati yang masih mengandung banyak air.... Tahap Pembuatan...1.Proses hidrolisa Serbuk pati ubi kayu banyak mengandung air (6,5 %) yang diumpankan ke dalam reactor hidrolisa. Karbohidrat yang dikandung serbuk pati ubi kayu berupa polihidrat (pati). Pati dapat dihidrolisa dalam suasana asam menghasilkan glukosa. (Slamet sudarmadji, 1989) Reaksi : HCl (C 6 H 10 O 5 ) n (C 6 H 1 O 6 ) n pati nh O glukosa

22 Pada unit ini ditambahkan HCl sebagai katalisator dengan perbandingan 4 : 1 dengan bahan baku (4 liter HCl/1 kg ubi kayu) (Ponten Naibaho, 198). Proses dapat berlangsung cepat jika dipanaskan hingga 80 0 C. Pada proses ini konversi reaksi sebesar 80 %. (Ponten Naibaho, 198) Sebelum masuk ke proses selanjutnya, produk yang dihasilkan didinginkan terlebih dahulu untuk keamanan proses selanjutnya, dengan menggunakan cooler (5 0 C, 1 atm)...proses Pemisahan Pada proses ini, glukosa akan dipisahkan dari pati ubi kayu yang tidak terhidrolisa. Fasa yang tidak terhidrolisa berupa lemak, protein, dan abu berbentuk padatan dipisahkan dengan sentrifugal, alat ini bekerja secara kontinu dengan effisiensi 90 % (Perry, 1997). Padatan akan mengendap dan dialirkan ke bak penampungan dan selanjutnya dibuang, sedangkan glukosa dialirkan ke reaktor netralisasi....penetralan Bertujuan untuk menetralkan kandungan HCl dalam glukosa dengan penambahan NaOH 1 N. Reaksi yang terjadi : HCl + NaOH NaCl + H O HCl merupakan asam kuat dan NaOH juga merupakan basa kuat sehingga bereaksi menghasilkan garam, dengan konversi 99 % dan selanjutnya larutan glukosa (0,008 µm) dipisahkan dari NaCl (0,00076 µm). Pemisahaan dilakukan dengan menggunakan membran reverse osmosis, pemisahan ini berdasarkan perbedaan ukuran molekul dengan effisiensi 97 % (Perry, 1997). Larutan NaCl yang telah terpisah dialirkan ke bak penampungan....4.evaporasi Larutan glukosa yang telah terpisah akan diuapkan untuk menghilangkan air yang terkandung di dalamnya secara single effect evaporation pada suhu C dan tekanan 1 atm, dengan effisiensi 80 % (Perry, 1997). Uap yang berasal dari steam dikeluarkan sebagai kondensat, sedangkan air dan sisa HCl yang berasal dari reaktor netralisasi yang terkandung dalam glukosa keluar

23 sebagai uap dari evaporator. Glukosa yang keluar dari evaporator selanjutnya dialirkan mixer.... Pencampuran Di dalam mixer ditambahkan bahan pendukung seperti CaCO, serbuk susu dan (NH4)HPO4. Setelah dilakukan pencampuran, hasilnya dialirkan ke fermentor...4. Fermentasi Didalam fermentor dilakukan fermentasi untuk menghasilkan asam laktat kemudian direaksikan dengan kalsium karbonat untuk menghasilkan kalsium laktat dengan bantuan bakteri yang telah dibiakan di culture tank...5. Sterilisasi Didalam tangki steril, semua zat yang telah difermentasi kemudian disterilkan untuk membunuh bakteri yang tidak diinginkan.setelah disterilkan, maka produk dialirkan ke decanter untuk memekatkan produk dan dialirkan kembali ke cooler untuk menghilangkan kandungan air. Produk yang telah terpisah dari air dialirkan kembali ke rotary cooler. Setelah menjadi serbuk, produk kalsium laktat siap dipacking dan disimpan ke gudang produksi.

24 BAB III NERACA MASSA Kapasitas bahan baku = ton/tahun = kg/tahun Operasi pabrik = 00 hari/tahun, 4 jam/hari Produksi pabrik = x 1/00 x 1/4 = 1666,6667 kg/jam Basis perhitungan = 1 jam operasi.1. Neraca Massa Reaktor Hidrolisa (R-01) Tabel A.1 Neraca Massa Reaktor Hidrolisa (R-01) Komponen Karbohidrat Protein Lemak Abu Air HCl Glukosa Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur Alur Alur 4 578, 115,6667 0,0000 0,0000 5,0000 5,0000 1,6667 1, , , , , , ,0741 Sub Total 1666, , ,700 Total 841, ,700.. Neraca Massa Sentrifuge-01 (SF-01) Tabel A. Neraca Massa Sentrifuge-01 (SF-01) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 5 Alur 6 Alur 7

25 Karbohidrat Protein Lemak Abu Air HCl Glukosa 115,6667 0,0000 5,0000 1, , , , ,6667 0,0000 5,0000 1, ,905 65, , , , ,6667 Sub Total 841, , ,840 Total 841, ,700.. Neraca Massa Netralizer (R-0) Tabel A. Neraca Massa Netralizer (R-0) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 7 Alur 8 Alur 9 Air HCl Glukosa NaOH NaCl 671, , , ,4 64,16 648,4899 5, , ,16 Sub Total 745, , ,76 Total 4056, ,76.4. Neraca Massa Membran Reverse Osmosis (MBO) Tabel A.4 Neraca Massa Membran Reverse Osmosis (MBO) Komponen Air HCl Glukosa NaCl Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 9 Alur 10 Alur , ,05 679,4547 5,9189 5,7414 0, , ,667 99,16 99,16 Sub Total 4056,76 91, ,989 Total 4056, ,76.5. Neraca Massa Evaporator (E-01) Tabel A.5 Neraca Massa Evaporator (E-01) Komponen Air HCl Glukosa Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 11 Alur 1 Alur 1 679, ,868 0,0679 0,1776 0, , ,6667 Sub Total 114, ,564 46,746

26 Total 114, , Neraca Massa Mixer 0 (M 0) Tabel A.6 Neraca Massa Mixer-0 (M-0) Komponen Glukosa CaCO Serbuk susu (NH 4 ) HPO 4 Air Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 14 Alur 15 Alur 16 46, , , , , ,5667 7,7111 7,7111 0,0679 9, ,0556 Sub Total 46,746 61, ,4444 Total 084, , Neraca Massa Fermentor (F 01) Tabel A-7 Neraca Massa Fermentor (F-01) Komponen CaCO Kalsium laktat H CO Glukosa Serbuk susu (NH 4 ) HPO 4 Air Bakteri biakan Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 16 + hasil Alur 17 fermentasi Alur 18 08, , , ,06 46,6667 0,467 11, ,5667 7,7111 7, , , , ,8889 Sub Total 084, , , Total 701, 701,

27 .8. Neraca Massa Decanter 01 (D 01) Tabel A.8 Neraca Massa Decanter -01 (D-01) Komponen CaCO Kalsium laktat H CO Glukosa Serbuk susu (NH 4 ) HPO 4 Air Bakteri biakan Ca(OH) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 18 + hasil reaksi Alur 19 Alur 0 Alur 51, , , , , ,06 0,467 0,046 0, , ,5667 7,7111 7, , , , , , , , ,0017 Sub Total 701, 0, , ,7648 Total 67,514 67, Neraca Massa Filter Press 01 (FP 01) Tabel A.9 Neraca Massa Filter Press-01 (FP-01) Komponen CaCO Kalsium laktat Glukosa Serbuk susu (NH 4 ) HPO 4 Air Bakteri biakan Ca(OH) Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 0 Alur 1 Alur 08, , ,9780 1,1196 0,046 0, , ,5667 7,7111 7, , , , , , , ,8585 0, ,5506 Sub Total 159, ,1 564,4544 Total 159, , Neraca Massa Evaporator (E 0) Tabel A.10 Neraca Massa Evaporator (E-0) Komponen Masuk (kg/jam) Keluar (kg/jam) Alur 4 (alur +) Alur 5 Alur 6

28 Kalsium laktat Glukosa Air 558,6608 0, , , ,6608 0,4617 0,5189 Sub Total 5748, , ,6415 Total 5748, ,19

29 BAB IV NERACA PANAS Basis perhitungan Suhu referensi Satuan panas : 1 jam operasi : 50C = 980K : Kilokalori (kkal) 4.1. Reaktor Hidrolisa (R 01) Tabel B-1 Panas masuk pada 0 0 C alur R-01 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Karbohidrat 481, , , ,9100 Protein 16, ,114 90, ,711 Lemak 4, ,04 56,88 5 6,885 Abu 18, ,75 5,88 5,1176 Air 868, ,5 17, ,8657 Total 5119,170 Tabel B- Panas masuk pada 0 0 C alur R-01 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) HCl 548,0480 6,5 15,0150 1, ,5944 Air 5074,114 18,0 81, , ,51 Total 6951,1066 Tabel B- Panas keluar pada 80 0 C alur 4 R-01 Komponen F BM N Cp dt dq/dt (kg/jam) (Kg/kmol) (kmol/jam) (Kkal/kmol.K ( 0 K) (Kkal/jam) Karbohidrat 96,889 16,0 0, , ,000

30 Protein 16, ,0 0,114 90, ,90 Lemak 4, ,0 0,04 56, ,707 Abu 18,0556 4,0 0,75 5, ,98 Air 5899,75 18,0 7, , ,5 HCl 548,0480 6,5 15,0150 1, ,0700 Glukosa 48, ,0,800 54, ,860 Total 5988, Cooler 01 (C 01) Tabel B-4 Panas keluar pada 0 0 C alur 5 C-01 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Karbohidrat 96,889 16,0 0, , ,180 Protein 16, ,0 0,114 90, ,71 Lemak 4, ,0 0,04 56,88 5 6,885 Abu 18,0556 4,0 0,75 5,88 5,1176 Air 5899,75 18,0 7, , ,00 HCl 548,0480 6,5 15,0150 1, ,590 Glukosa 48, ,0,800 54, ,0760 Total 198, Reaktor Neutralizer (R 0) Tabel B-5 Panas masuk pada 0 0 C alur 7 R-0 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) HCl 49,4 6,5 1,515 1, ,17 Glukosa 85, ,0,140 54, ,7618 Air 509,407 18,0 94, , ,70 Total 8546,1670 Tabel B-6 Panas masuk pada 0 0 C alur 8 R-0 Komponen F (kg/jam) BM N Cp dt dq/dt (Kg/kmol) (kmol/jam) (Kkal/kmol.K) ( 0 K) (Kkal/jam)

31 NaOH 55,151 40,0 1,784 8, ,8917 Air 1,570 18,0 740, , ,65 Total 691,5169 Tabel B-7 Panas keluar pada 0 0 C alur 9 R-0 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) HCl 4,94 6,5 0,151 1,4 5 14,51 Glukosa 85, ,0,140 54, ,7618 Air 1887, ,0 1048,541 17, ,809 NaCl 78,651 58,5 1,788 15, ,5810 Total 9597, Evaporator (E 01) Tabel B-8 Panas masuk pada 0 0 C alur 11 E-01 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Glukosa 85, ,0,140 54, ,7684 HCl 0,1480 6,5 0,0041 1,4 5 0,406 Air 566,1 18,0 1,456 17, ,488 Total 409,1089 Tabel B-9 Panas keluar pada C alur 1 E-01 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) HCl 0,1480 6,5 0,0041 8, ,90 Air 560, ,0 1,1417 8, ,7957 Total 0505,5651 Tabel B-10 Panas keluar pada C alur 1 E-01

32 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Glukosa 85, ,0,140 54, Air 0, ,0 0,001 8,05 8,069 Total 9500, Cooler 0 (C 0) Tabel B-11 Panas keluar pada 0 0 C alur 14 C-0 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Glukosa 85, ,0,140 54, ,190 Air 0, ,0 0,001 17,99 5 0,88 Total 579, Fermentor (F 01) Tabel B-1 Panas masuk pada 0 0 C alur 16 F-01 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Glukosa 85, ,141 54, ,579 (NH 4 ) HPO 4 6, , ,60 5 1,5597 CaCO 57, ,5704 0,4 5 6,448 Air 1911, ,06 17, ,547 Total 10449,8505 Tabel B-1 Panas keluar pada 45 0 C alur 18 F-01 Komponen F BM N Cp dt dq/dt (kg/jam) (Kg/kmol) (kmol/jam) (Kkal/kmol.K) ( 0 K) (Kkal/jam) Ca-laktat 466,487 18,198 99,1 0 44,0059 Glukosa 0, ,001 54,04 0,4867 (NH 4 ) HPO 4 6, , , ,89 CaCO 4, ,405 0, ,81

33 H CO 1,6697 6,198 0, ,0190 Air 1911, ,06 17, ,586 Total 4984, Tangki Steril (ST 01) Tabel B-14 Panas keluar pada Alur C ST-01 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) dt ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Ca-laktat 466,487 18,198 99, ,7168 Glukosa 0, ,001 54, ,0871 (NH 4 ) HPO 4 6, , , ,1807 CaCO 4, ,405 0, ,1119 H CO 1,6697 6,198 0, ,9041 Air 1911, ,06 17, ,8 Total 1481, Cooler 0 (C 0) Tabel B-15 Panas keluar pada 0 0 C C-0 Komponen F (kg/jam) BM (Kg/kmol) N (kmol/jam) Cp (Kkal/kmol.K) DT ( 0 K) dq/dt (Kkal/jam) Ca-laktat 466,487 18,198 99, ,5015 Glukosa 0, ,001 54,04 5 0,617 (NH 4 ) HPO 4 6, , ,60 5 1,5597 CaCO 4, ,405 0,4 5 4,9578 H CO 1,6697 6,198 0,40 5 5,547 Air 1911, ,06 17, ,4119

34 Total 1058,07 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN 1. Gudang Bahan Baku (G-01) Fungsi :Tempat menyimpan bahan baku ubi kayu selama hari Bentuk : Prisma segi empat beraturan Perhitungan: Laju alir bahan masuk = 1666,6667 kg/jam Densitas bahan, ρ = 117,579 kg/m Faktor keamanan 0% 1, x1666,6667kg / jam x 4 jam / hari Volume gudang = 117,579kg / m = 17,710 m Direncanakan Volume = P = x L, L = t = l x l x l = l L =,997 m P = x,997 = 7,994 m t =,997 m Luas gudang, A = 7,994 m x,997 m = 1,951 m x hari. Belt Conveyor (BC-01) Fungsi : Untuk mengangkut bahan baku ubi kayu dari gudang ke mesin Penghancur Laju alir bahan masuk = 1666,6667 kg/jam Faktor keamanan 0% Laju alir bahan = 1, x 1666,6667 kg/jam = 000 kg/jam = ton/jam

35 Diambil; Panjang belt, P = 0 ft Tinggi belt, Z = ft Lebar belt, L = 14 in Kecepatan, V = 00 ft/menit Luas belt, A = 0,11 ft Daya, P = HP (Perry,199). Mesin Penghancur (MP) Fungsi : Untuk menghancurkan ubi kayu sebelum ke Reaktor (R-01) Jenis : Ball Mill Laju alir bahan masuk = 1666,6667 kg/jam Faktor keamanan 0% Laju alir bahan = 1, x 1666,6667 kg/jam = 000 kg/jam = ton/jam Dari tabel Luas mesin penghancur, A = ft x ft Kecepatan V = rpm Berat bola W = 0,85 ton Daya, P = 7 Hp 4. Belt Conveyor (BC-0) Fungsi : Untuk mengangkut bahan baku ubi kayu dari mesin Penghancur ke Reaktor (R-01) Laju alir bahan masuk = 1666,6667 kg/jam Faktor keamanan 0% Laju alir bahan = 1, x 1666,6667 kg/jam = 000 kg/jam = ton/jam Diambil; Panjang belt, P Tinggi belt, Z Lebar belt, L = 0 ft = ft = 14 in Kecepatan, V = 00 ft/menit Luas belt, A = 0,11 ft

36 Daya, P = HP (Perry, 199). 5. Tangki Air (T-01) Fungsi : Tempat penyimpanan air selama 7 hari Jumlah : 1 buah Tipe : Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup tutup datar Bahan : Stainless steel SA 04 (Brownell & Young,1959) Kondisi operasi : 0 o C.1atm Perhitungan: Laju alir bahan masuk = 6088,9457 kg/jam Densitas bahan; ρ = 998, kg/m = 6,189 lb/ft (Perry,1997) Kebutuhan = 7 hari Faktor keamanan = 0% 1, x 6088,9457 kg / jam x 4 jam / hari x 7 hari Volume tangki = 998, kg / m = 19,7080 m 4 Diambil tinggi silinder; Hs Dt Volume tangki; Vt 1 = π Dt Hs 4 19,7080 m = 4 (,14) Dt Dt 4 19,7080 m = 1,0467 Dt Diameter tangki; D Jari jari tangki, R = = 10,5518 m 10,5518 m = 5,759 m = 07,16 in Tinggi tangki; Hs = 4 x 10,5518 m = 14,0691 m = 46,1579 ft ( Hs 1) ρ Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Po Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi

37 ( ) 6,189 lb / ft 46,1579 ft 1 Ph = 14,7 Psi Faktor keamanan ; Fk = 0% Tekanan disain; Pd = 1, x 4,0 Psi = 41,047 Psi = 4,0 Psi P x R Tebal silinder, ts = + nc SE 0, 6P Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun 41,047 Psi x 07,16 in ts = + 10 tahun x 0,01 in / tahun psi x 0,8 0,6 x 41,047 Psi = 0,6679 in Digunakan silinder dengan ketebalan ¾ in Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Spesifikasi Tangki Diameter tangki; Dt = 10,5518 m Tinggi Tangki; H T = 14,0691 m Tebal silinder; ts = ¾ in Bahan konstruksi = Stainless steel SA 04 Faktor korosi = 0,01 in/tahun 6. Pompa Air (P-01) Fungsi Tipe Jumlah Bahan konnstruksi Kondisi operasi Perhitungan: : Untuk mengalirkan air ke Mixer(M-01) : Pompa sentrifugal : 1 buah : Stainless steel : 0 o C.1atm

38 Laju alir bahan masuk; F = 6088,9457 kg/jam =,710 lb/detik Densitas bahan; ρ = 998, kg/m = 6,189 lb/ft (Perry,1997) Viskositas; µ = 1,005 cp =6,756x 10-4 lbm/ft.detik (Perry,1997) F,710 lb/detik Laju alir volumetrik; Q = = = 0,0598 ft /detik ρ 6,189 lb/ft Diameter optimum,id op =,9 (Q) 0,45 ( ρ ) 0,1 (Timmerhaus,1968) ID op =,9 (0,0598) 0,45 (6,189) 0,1 = 1,878 in Dipilih pipa in schedule 40 dengan data data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD Diameter dalam; ID =,8 in =,067 in = 0,17 ft Luas penampang; A =,5 in = 0,0 ft Q 0,0598 ft /detik Kecepatan laju alir; v = = =,5665 ft/detik A 0,0 ft Bilangan Reynold, N Re = = ρ x ID x v µ Dari grafik 7.1 Sandler 1987 diperoleh f = 0,0 Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus L 1 = 10 ft 1 buah gate valve fully open L/D = 1 buah elbow standar 90 o L/D = 0 6,189 lb/ft x 0,17 ftx,5665 ft / det ik -4 6,756 x 10 lbm/ft.detik = 40705,549 > 100 aliran turbulen L = 1 x 1 x 0,17 ft =,99 ft L = x 0 x 0,17 ft = 10,8 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 7 L 4 = 1 x 7 x 0,17 = 4,651 ft Pembesaran mendadak,k = 1,0; L/D = 51

39 L 5 = 1 x 51 x 0,17 ft = 8,787 ft + Faktor kerugian karena kehilangan energi; F = 4 fv L gcd L = 6,017 ft F = 4 x 0,0(,5665 ft/detik) 6,017 ft x,174 lbm. ft / lbf.det ik x 0,17 ft Tinggi pemompaan Z Dari persamaan Bernauli; =,51 ft lbf/lbm = 15 ft P v g + Z + V dp + F = Wf gcα gc P1 Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: (Foust,1980) v gcα = 0 Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P P1 V dp = 0 Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = Z g gc + F Kerja pompa; Wf = Z g gc + F,174 ft / detik = 15 ft x,174 lbm ft / lbf detik +,51 ft lbf/lbm Daya pompa; P = 18,51 ft lbf/lbm = Q x ρ x Wf = 0,0598 ft /detik x 6,189 lb/ft x 18,5 ft lbf/lbm = 67,8748 lb ft/detik/550 = 0,14 HP Efesiensi pompa = 80%

40 Daya pompa; P = 0,14 HP 0,8 = 0,154 HP = ¼ HP 7. Tangki HCl (T-0) Fungsi : Tempat penyimpanan HCl selama 7 hari Jumlah : 1 buah Tipe : Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup tutup elipsoidal Bahan : Stainless steel SA 04 (Brownell & Young,1959) Kondisi operasi : 0 o C.1atm Perhitungan: Laju alir bahan masuk = 657,6577 kg/jam Densitas bahan; ρ = 1465,6 kg/m = 91,058 lb/ft (Perry,1997) Kebutuhan = 7 hari Faktor keamanan = 0% 1, x 657,6577 kg / jam x 4 jam / hari x 7 hari Volume tangki = 1465,6 kg / m = 90,468 m 4 Diambil tinggi silinder; Hs Dt Volume tangki; Vt 1 = π Dt Hs 4 90,468 m = 4 (,14) Dt Dt 4 90,468 m = 1,0467 Dt Diameter tangki; D Jari jari tangki, R = = 4,41 m 4,41 m =,106 m = 87,015 in Tinggi tangki; Hs = 4 x 4,41 m = 5,8951 m = 19,406 ft Tinggi tutup; He = 4 1 x 4,41 m = 1,105 m

41 Tinggi total H T = 5, ,105 = 7,0004 m =,96669 ft Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Po + ρ ( Hs 1) 144 Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph = 14,7 Psi + 91,058 lb / ft 144 ( 19,406 ft 1) = 6,9 Psi Faktor keamanan ; Fk = 0% Tekanan disain; Pd = 1, x 6,9 Psi = 1,5950 Psi P x R Tebal silinder, ts = + nc SE 0, 6P Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun 1,5950 Psi x 87,015 in ts = + 10 tahun x 0,01 in / tahun psi x 0,8 0,6 x 1,5950 Psi = 0,85 in Digunakan silinder dengan ketebalan ½ in Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Spesifikasi Tangki Diameter tangki; Dt = 4,41 m Tinggi Tangki; H T = 7,0004 m Tebal silinder; ts = ½ in Bahan konstruksi = Stainless steel SA 04 Faktor korosi = 0,01 in/tahun 8. Pompa HCl (P-0) Fungsi Tipe : Untuk mengalirkan HCl ke Mixer(M-01) : Pompa sentrifugal

42 Jumlah : 1 buah Bahan konnstruksi : Stainless steel Kondisi operasi : 0 o C.1atm Perhitungan: Laju alir bahan masuk; F = 657,6577 kg/jam = 0,4019 lb/detik Densitas bahan; ρ = 1465,6 kg/m = 91,058 lb/ft (Perry,1997) Viskositas; µ = 1,097 cp = 7,7 x 10-4 lbm/ft.detik F 0,4019 lb/detik Laju alir volumetrik; Q = = = 0,0044 ft /detik ρ 91,058 lb/ft Diameter optimum,id op =,9 (Q) 0,45 ( ρ ) 0,1 (Timmerhaus,1968) ID op =,9 (0,0044) 0,45 (91,058) 0,1 = 0,610 in Dipilih pipa ¾ in schedule 40 dengan data data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD Diameter dalam; ID = 1,05 in = 0,84 in = 0,0687 ft Luas penampang; A = 0,54 in = 0,007 ft Q 0,0044 ft /detik Kecepatan laju alir; v = = = 1,189 ft/detik A 0,007 ft Bilangan Reynold, N Re = ρ x ID x v µ Dari grafik 7.1 Sandler 1987 diperoleh f = 0,01 Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus L 1 = 10 ft 1 buah gate valve fully open L/D = 1 (Perry,1997) 91,058 lb/ft x 0,0687 ftx 1,189 ft / det ik = -4 7,7 x 10 lbm/ft.detik = 10118,699 > 100 aliran turbulen L = 1 x 1 x 0,0687 ft = 0,891 ft buah elbow standar 90 o L/D = 0

43 L = x 0 x 0,0687 ft = 4,1 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 7 L 4 = 1 x 7 x 0,0687 = 1,8549 ft Pembesaran mendadak,k = 1,0; L/D = 51 L 5 = 1 x 51 x 0,0687 ft =,50 ft + Faktor kerugian karena kehilangan energi; F = 4 fv L gcd L = 0,77 ft F = 4 x 0,01(1,189 ft/detik) 0,77 ft x,174 lbm. ft / lbf.det ik x 0,0687 ft Tinggi pemompaan Z Dari persamaan Bernauli; = 0,808 ft lbf/lbm = 15 ft P v g + Z + V dp + F = Wf gcα gc P1 Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: (Foust,1980) v gcα = 0 Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P P1 V dp = 0 Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = Z g gc + F Kerja pompa; Wf = Z g gc + F,174 ft / detik = 15 ft x,174 lbm ft / lbf detik + 0,808 ft lbf/lbm = 15,808 ft lbf/lbm

44 Daya pompa; P = Q x ρ x Wf = 0,0044 ft /detik x 91,058 lb/ft x 15,808 ft lbf/lbm = 6,509 lb ft/detik/550 = 0,0115 HP Efesiensi pompa = 80% 0,0115 HP Daya pompa; P = = 0,0144 HP = 1/10 HP 0,8 9. Mixer (M-01) Fungsi : Tempat pencampuran air dan HCl Jumlah : 1 buah Tipe : Tangki berbentuk silinder, bagian bawah datar dan tutup elipsoidal Bahan : Stainless steel SA 04 (Brownell & Young,1959) Kondisi operasi : 0 o C.1atm Perhitungan: Laju alir bahan masuk = 6746,604 kg/jam Densitas campuran; ρ camp = 1047,4 kg/m = 65,5 lb/ft Kebutuhan = 1 jam Faktor keamanan = 0% 1, x 6746,604 kg / jam Volume tangki = 1047,4 kg / m = 7,795 m 4 Diambil tinggi silinder; Hs Dt x 1 jam 1 Volume tangki; Vt = π Dt Hs 4 1 7,795 m 4 = (,14) Dt Dt 4 7,795 m = 1,0467 Dt

45 Diameter tangki; Dt = 1,947 m 1,947 m Jari jari tangki, R = = 6,887 ft = 0,977 m = 8,46 in Tinggi tangki; Hs = 4 x 1,947 m =,5964 m = 8,518 ft 1 Tinggi elipsoidal; He = x 1,947 m = 0,4868 m 4 Tinggi tangki total; H T =,5964 m + 0,4868 m =,08 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Po + ρ ( Hs 1) 144 Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph = 14,7 Psi + 65,5 lb / ft 144 ( 8,518 ft 1) = 18,1068 Psi Faktor keamanan ; Fk = 0% Tekanan disain; Pd = 1, x 18,1068 Psi = 1,78 Psi P x R Tebal silinder, ts = + nc SE 0, 6P Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun 1,78 Psi x 8,46 in ts = + 10 tahun x 0,01 in / tahun psi x 0,8 0,6 x 1,78 Psi = 0,1555 in Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan; Da Dt W 1 L 1 D = 0,, =, =, = 4 Da 5 Da 4 E

46 Dimana: Dt = diameter tangki (ft) Da = diameter pengaduk = 0, x 6,887 ft = 1,9166 ft W = lebar pengaduk = 1/5 x 1,9166 ft = 0,8 ft L = panjang daun pengaduk = ¼ x 1,9166 ft = 0,479 ft E = jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 6,887 ft = 1,597 ft Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P = K T 5 n Da ρm gc 550 Dimana; K T = konstanta pengadukkan 6, n = kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps gc = konstanta gravitasi,174 lbm ft/lbf detik 6,(1 rps) (1,9166 ft) Sehingga daya; P =,174 lbm ft / lbf 5 65,5lb / det ik 550 ft = 0,6008 HP Efesiensi motor 80%; Spesifikasi Tangki P = 0,6008 = 0,75 Hp = ¾ HP 0,8 Diameter tangki; Dt = 1,947 m Tinggi Tangki; H T =,08 m Tebal silinder; ts = ¼ in Bahan konstruksi = Stainless steel SA 04 Faktor korosi = 0,01 in/tahun Diameter pengaduk = 1,9166 ft Daya motor = ¾ HP Tipe pengaduk = propeler

47 10. Pompa Mixer (P-0) Fungsi : Untuk mengalirkan larutan HCl ke Reaktor(R-01) Tipe : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 buah Bahan konnstruksi : Stainless steel Kondisi operasi : 0 o C.1atm Perhitungan: Laju alir bahan masuk; F = 6746,604 kg/jam = 4,19 lb/detik Densitas bahan; ρ = 1047,4 kg/m = 65,5 lb/ft Viskositas; µ =,1 cp = 1,41 x 10 - lbm/ft.detik F 4,19 lb/detik Laju alir volumetrik; Q = = = 0,06 ft /detik ρ 65,5 lb/ft Diameter optimum,id op =,9 (Q) 0,45 ( ρ ) 0,1 (Timmerhaus,1968) ID op =,9 (0,06) 0,45 (65,5) 0,1 = 1,977 in Dipilih pipa in schedule 40 dengan data data sebagai berikut: (Kern,1950) Diameter Luar; OD Diameter dalam; ID =,8 in =,067 in = 0,17 ft Luas penampang; A =,5 in = 0,0 ft Q 0,06 ft /detik Kecepatan laju alir; v = = =,714 ft/detik A 0,0 ft Bilangan Reynold, N Re = = ρ x ID x v µ Dari grafik 7.1 Sandler 1987 diperoleh f = 0,04 Kelengkapan pipa: Panjang pipa lurus L 1 = 10 ft 1 buah gate valve fully open L/D = 1 (Perry,1997) 65,5 lb/ft x 0,17 ftx,714 ft / det ik - 1,41x 10 lbm/ft.detik = 167,968 > 100 aliran turbulen

48 buah elbow standar 90 o L/D = 0 L = 1 x 1 x 0,17 ft =,99 ft L = x 0 x 0,17 ft = 10,8 ft Penyempitan mendadak, K = 0,5; L/D = 7 L 4 = 1 x 7 x 0,17 = 4,651 ft Pembesaran mendadak,k = 1,0; L/D = 51 L 5 = 1 x 51 x 0,17 ft = 8,787 ft + Faktor kerugian karena kehilangan energi; F = 4 fv L gcd L = 6,017 ft F = 4 x 0,04(,714 ft/detik) 6,017 ft x,174 lbm. ft / lbf.det ik x 0,17 ft Tinggi pemompaan Z Dari persamaan Bernauli; =,944 ft lbf/lbm = 15 ft P v g + Z + V dp + F = Wf gcα gc P1 Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: (Foust,1980) v gcα = 0 Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P P1 V dp = 0 Sehingga persamaan Bernauli menjadi; Wf = Z g gc + F Kerja pompa; Wf = Z g gc + F

49 ,174 ft / detik = 15 ft x,174 lbm ft / lbf detik +,944 ft lbf/lbm Daya pompa; P = 17,944 ft lbf/lbm = Q x ρ x Wf = 0,06 ft /detik x 65,5 lb/ft x 17,944 ft lbf/lbm = 71,1 lb ft/detik/550 = 0,197 HP Efesiensi pompa = 80% 0,197 HP Daya pompa; P = = 0,161 HP = ¼ HP 0,8 11. Reaktor - 01 (R- 01) Fungsi : Untuk mereaksikan karbohidrat dengan air untuk menghasilkan glukosa Jumlah : 1 buah Tipe : Tangki berbentuk silinder, bagian bawah dan tutup elipsoidal Bahan : Stainless steel SA 04 (Brownell & Young,1959) Kondisi operasi : 0 o C.1atm Perhitungan: Tabel LC-1 Komposisi di Reaktor - 01 Komponen F (kg/jam) Densitas (kg/m ) Volume (m /jam) Karbohidrat 578, 1500,00 0,856 Protein 0, ,00 0,0148 Lemak 5, ,00 0,005 Abu 1, ,00 0,09 Air 710, , 7,14 HCl 657, ,60 0,4487 Total 841,700 8,0167 Laju alir bahan masuk Densitas campuran; ρ camp = = 841,700 kg/jam 841,700 kg/jam 1049,4680kg/m 8,0167 m / jam = 65,811 lb/ft

50 Reaksi yang terjadi: C 6 H 10 O 5 + H O C 6 H 1 O 6 Karbohidrat (A) Air (B) Glukosa (C) Diketahui Konversi reaksi, x A = 80% Waktu tinggal, τ = 45 menit = 0,75 jam F Ao = 578, kg / jam 16 kmol / kg =,57 kmol/jam C Ao =,57 kmol / jam = 0,445 kmol/m 8,0167 m / jam F Bo = 710,614 kg / jam 18 kmol / kg = 96,1451 kmol/jam C Bo = 96,1451 kmol / jam = 49,4150 kmol/m 8,0167 m / jam -r A = k C Ao (1-x A ) (M-x A ) 1 1 M x A τ = ln k. C A0 M 1 M (1 x A ) Dimana, M = C C Bo Ao 49,415 = 0,445 = 110, ,9701 0,8 0,75 jam = ln k.0, , ,9701(1 0,8) k = 0,0465 kmol/m jam -r A = 0,0465 kmol/m jam (0,445) (1-0,8) (110,9701-0,8) = 0,414 kmol/m jam x A Reaktor berpengaduk, V = F Ao ra =,57 kmol/jam 0,8 0,414kmol/m = 6,60 m Faktor keamanan = 0% Volume reaktor = 1, x 6,60 m = 7,9444 m jam

51 Diambil tinggi silinder; Hs 4 Dt 1 Volume tangki; Vt = π Dt Hs 4 7,9444 m = 1 4 (,14) Dt Dt 4 7,9444 m = 1,0467 Dt Diameter tangki; Dt = 1,965 m Jari jari tangki, R = 1,965 m = 6,4474 ft = 0,986 m = 8,6850 in Tinggi tangki; Hs = 4 x 1,965 m =,60 m = 8,5967 ft 1 Tinggi elipsoidal; He = x 1,965 m = 0,491 m 4 Tinggi tangki total; H T =,60 m + 0,491 m =,1116 m Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Po + ρ ( Hs 1) 144 Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph = 14,7 Psi + 65,811 lb / ft 144 ( 8,5967 ft 1) = 18,149 Psi Faktor keamanan ; Fk = 0% Tekanan disain; Pd = 1, x 18,149 Psi = 1,7790 Psi P x R Tebal silinder, ts = + nc SE 0, 6P Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun 1,7790 Psi x 8,6850 in ts = + 10 tahun x 0,01 in / tahun psi x 0,8 0,6 x 1,7790 Psi = 0,156 in

52 Digunakan silinder dengan ketebalan ¼ in Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan; Da Dt W 1 L 1 D = 0,, =, =, = 4 Da 5 Da 4 E Dimana: Dt = diameter tangki (ft) Da = diameter pengaduk = 0, x 6,4474 ft = 1,94 ft W = lebar pengaduk = 1/5 x 1,94 ft = 0,868 ft L = panjang daun pengaduk = ¼ x 1,94 ft = 0,486 ft E = jarak pengaduk dari dasar = ¼ x 6,4474 ft = 1,6119 ft Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P = K T 5 n Da ρm gc 550 Dimana; K T = konstanta pengadukkan 6, n = kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps gc = konstanta gravitasi,174 lbm ft/lbf detik 5 6,(1 rps) (1,94 ft) 65,811 lb / Sehingga daya; P =,174 lbm ft / lbf det ik 550 Efesiensi motor 80%; ft = 0,601 HP Spesifikasi Tangki P = 0,601 = 0,7877 Hp = 1 HP 0,8 Diameter tangki; Dt = 1,965 m Tinggi Tangki; H T =,1116 m Tebal silinder; ts = ¼ in Bahan konstruksi = Stainless steel SA 04

53 Faktor korosi = 0,01 in/tahun Diameter pengaduk = 1,94 ft Daya motor = 1 HP Tipe pengaduk = propeler Coil Pemanas Jenis : Single helix Diambil data: IPS = 1 in, Sch 40 OD ID = 1, in x 0,08 ft/in = 0,11 ft = 1,610 in x 0,08 ft/in = 0,14 ft Dari neraca panas Q steam = ,160 kkal/jam x = ,81 Btu/jam Btu 0,5 kkal Luas penampang koil, A = Qs U D t m = Nt.at.L Dimana : Qs U D = Panas yang diserap = Koefisien perpindahan panas t m = Temperatur logaritma rata rata Nt At L = Jumlah tube ( 1 buah) = Luas permukaan panas = Panjang koil Digunakan tube 1,5 in OD, 16 BWG At = 0,95 ft /ft (Kern, 1959) Perhitungan LMTD Fluida Panas Fluida Dingin Beda Temperatur 15 0 C 80 0 C 45 0 C 15 0 C 0 0 C 95 o C