LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA

Transkripsi

1 LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA Pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Compressed Natural Gas (CNG) dari Biogas Hasil Fermentasi Thermofilik Limbah Cair Kelapa Sawit dengan Kapasitas 60 ton TBS/jam untuk neraca digunakan alur maju. Basis perhitungan Kapasitas TBS : 1 hari operasi : 60 ton/jam Konversi TBS ke POME : 60 % (Novaviro Technology, 010) Operasi per Tahun : 65 hari Maka, jumlah POME 60 % x 60 ton/jam 6 ton/jam 6 m /jam Kapasitas POME 6 m 0 jam 00 hari jam 1 hari 1 tahun m /tahun Produksi POME m /tahun 65 hari/ tahun 591,78 m /hari ,8 L/hari ,8 kg/hari Karakteristik POME : COD input : mg/l...(senafati&yolanda, 010). 5 x 10 - kg/l % Dekomposisi COD : 85%...(Senafati&Yolanda, 010). COD input mg/l x ,8 L/hari kg/mg

2 1.64,8 kg/hari COD output COD input (0,85 x COD input) 1.64,8 kg/hari (0,85 x 1.64,8 kg/hari) 4.704,65 kg/hari Maka, COD terkonversi 1.64,8 kg/hari 4.704,65 kg/hari 6.659,7 kg/hari CH 4 yang diproduksi kgch 0, ( Novaviro Technology, 010) COD yang terkonversi kgcod CH 4 yang diproduksi 0,5 x 6.659,7 kg/hari 6.664,9 kg/hari ρ CH4 (0 o C) 0,6 kg/m V CH4 m CH4 ρ CH ,9 kg/hari 0,6 kg/m , m /hari Komposisi Biogas, % Volume ( Novaviro Technology, 010) 6,5 % CH 4 7 % CO 0,49 % H O 0,01 % H S Maka jumlah biogas Jumlah CH % CH 4 4 yang diproduksi dalam biogas , m 0,65 / hari 17.77,15 m /hari

3 Dimana, jumlah keseluruhan biogas : {( ρ CH 4 x X CH4 ) + ( ρ CO x X CO ) + ( ρ H S x X HS ) + ( ρ H O x X HO )} x jumlah biogas (m /hari) {(0,6 kg/m x 0,65) + (,814 kg/m x 0,7) + (1, kg/m x 0,0001) + (0,7 kg/m x 0,0049)} x 17.77,15 m /hari 5.,99 kg biogas/hari A.1 Penentuan Komposisi Bahan Baku A.1.1 Komposisi Senyawa Tambahan,5 gr Massa NaHCO ,8 1L POME ,05 gr/hari 1.479,45 kg kg hari kg :1 L Massa FeCl L 9,9 gr 1 L POME 0,1 L 5.08,74 gr/hari 5,08 kg ,8 kg hari kg :1 L A. Perhitungan Neraca Massa A..1 Bak Neutralizer (T-101) Fungsi: sebagai tempat penampung POME dengan padatan NaHCO. 1 T-101 Neraca massa komponen: POME : F 1 POME ,8 kg F POME F 1 POME ,8 kg

4 NaHCO : F NaHCO 1.479,45 kg F NaHCO F NaHCO 1.479,45 kg Neraca massa total: F F POME + F NaHCO ( , ,45) kg 59.60,7 kg A.. Bak Pencampur Nurtisi (M-106) Fungsi: sebagai tempat mencampur POME dari Neutraliser dengan Nutrisi dan umpan recyle. 4 M Neraca massa komponen: F 59.60,7 kg, dimana POME : F POME 59.60,7 kg NaHCO : F NaHCO 1.479,45 kg FeCl : F 4 FeCl 5,08 kg Neraca Massa total : F 6 F + F 4 + F 5 F ,7 kg + 5,08 kg + F 5 F ,5 kg + F 5 (a)

5 A.. Reaktor Tangki Berpengaduk (R-01) Fungsi : sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas dengan menggunakan bakteri thermofilik. 11 Reaktor 6 Fermentasi 7 Waktu tinggal dalam reaktor adalah 6 hari. Kesetimbangan reaksi yang terjadi di dalam reaktor fermentasi : Reaksi : C 6 H 1 O 6 + Katalis CH 4 + 4CO + H S + H O Komposisi biogas yang dihasilkan dengan proses anaerobik yaitu CH 4 6,5%; CO 7 %; H S 0, 01 %; H O 0,49 %; O 0%; dan H 0%. Neraca Massa Total : F 6 F 7 + F 11 Dari Persamaan (a), maka 59.1,5 kg + F 5 F 7 + F 11 (b) Dari data diketahui bahwa jumlah limbah yang di recycle 5%, maka F 5 0,5 F 7 (c) Substitusi persamaan (c) ke (b) : 59.1,5 kg + 0,5 F 7 F 7 + F 11 Dimana, F ,4 kg 59.1,5 kg + 0,5 F 7 F ,99 kg 59.1,5 kg 5.,99 kg F 7-0,5 F ,6 kg 0,75 F 7 F 7 Dari persamaan (c), maka diperoleh : F kg 0,5 x kg ,1 kg

6 Dari persamaan (a). Maka diperoleh : F 6 F 7 + F 11 ( ,99) kg 78.67,47 kg A..4 Tangki Sedimentasi (F-0) Fungsi: sebagai tempat pengendapan POME yang akan direcycle 7 F Neraca Massa Total : F 7 F 5 + F kg ,1 kg + F 8 F kg ,1 kg ,6 kg Karakteristik keluaran POME: Digester, VS : 0,05 kg/l Discharge, VS : 0,015 kg/l VS Pome : 0,046 kg/l (Senafati&Yolanda, 010) Q POME 1 F ρ POME POME ,8kg / hari 1kg / L ,8 L/hari

7 Q NaHCO F NaHCO ρ NaHCO Q FeCl 1.479,45kg / hari,00kg / L 4 F FeCl ρ FeCl 67,47 L/hari 5,08kg / hari,160kg / L 16,79 L/hari Q VS Q POME + Q NaHCO + Q FeCl ( ,8 + 67, ,79) L/hari ,09 L/hari Neraca massa komponen: Alur 8 F ,6 kg VS (pada Discharge) 0,015 kg/l F 8 VS ,09 L/hari x 0,015 kg/l 7.405,87 kg F 8 NaHCO F NaHCO 1.479,45 kg F 8 FeCl F 4 FeCl 5,08 kg F 8 Air F 8 (F 8 TS + F 8 NaHCO+ F 8 FeCl) ,6 kg (7.405, ,45 + 5,08) kg ,94 kg Alur 7 F 7 VS (pada Digester) ,47 kg 0,05 kg/l Q 7 VS ,09 L / hari 0, ,1 L/hari F 7 VS ,1 L/hari x 0,05 kg/l 5.67,70 kg

8 F 7 NaHCO F 8 NaHCO 0, kg / hari 0, ,60 kg F 7 FeCl F 8 FeCl 0,75 5,08kg / hari 0,75 70,77 kg F 7 Air F 7 (F 7 VS + F 7 NaHCO+ F 7 FeCl) ,47 kg (5.67, , ,77) kg 79.7,9 kg Alur 5 F 5 F 5 VS F 5 NaHCO F 5 FeCl F 5 Air ,11 kg F 7 VS F 8 VS 5.67,70 kg 7.405,87 kg 18.67,8 kg 0,5 x F 7 NaHCO 0,5 x 1.97,60 kg 49,15 kg 0,5 x F 7 FeCl 0,5 x 70,77 kg 17,69 kg F 5 (F 5 VS + F 5 NaHCO+ F 5 FeCl) ,11 kg (18.67,8 + 49, ,69) kg ,44 kg Alur 6 F 6 VS POME dlm kg/hari 78.67,48 kg Produksi POME x VS POME ,8 L/hari x 0,046 kg/l 5.09,86 kg

9 F 6 VS F 6 NaHCO F 6 FeCl F 6 Air VS POME dlm kg/hari + F 5 VS 5.09,86 kg ,8 kg 4.477,69 kg F NaHCO + F 5 NaHCO 1.479,45 kg + 49,1 k5g 1.97,60 kg F 4 FeCl + F 5 FeCl 5,08 kg + 17,69 kg 70,77 kg F 6 (F 6 TS + F 6 NaHCO+ F 6 FeCl) 78.67,48 kg (4.477, , ,77) kg 77.15,40 kg Alur 11 V Biogas 17.77,15 m /hari V CH ,15 m /hari x , m /hari V CO 17.77,15 m /hari x 0, ,06 m /hari V HS 17.77,15 m /hari x 0,0001 1,77 m /hari V HO 17.77,15 m /hari x 0, ,08 m /hari F 11 5.,99 kg F 11 CH4 V CH4 x ρ CH , m /hari x 0,6 kg/m 6.664,9 kg F 11 CO V CO x ρ CO 6.576,06 m /hari x,814 kg/m ,05 kg F 11 HS V HS x ρ HS 1,77 m /hari x 1,9 x 10-6 kg/m

10 F 11 HO,48 x 10-6 kg V HO x ρ HO 87,08 m /hari x 0,7 kg/m 6,0 kg A..5 Filter Press (H-04) Fungsi: memisahkan ampas cair dan padat untuk dijadikan pupuk Neraca massa komponen: Ampas cair : F 9 Ampas cair 0,94 x F 8 Ampas 0,94 x ,6 kg 5.995,54 kg Ampas padat : F 10 Ampas padat F 8 Ampas F 9 Ampas cair ( , ,54) kg 4.084,8 kg

11 A..6 Water Trap (F-01) Fungsi : Memisahkan air yang terkandung didalam biogas, dimana air terpisahkan 100 % F-01 Neraca Total : F 11 F 1 + F 1 Alur 11 F 11 F 11 CH4 F 11 CO F 11 HS F 11 HO 5. kg 6.664,9 kg ,05 kg,48 x 10-6 kg 6,0 kg Alur 1 F 1 F 1 CH4 F 1 CO F 1 HS 5.169,98 kg 6.664,9 kg ,05 kg,48 x 10-6 kg Maka, F 11 F 1 + F 1 5. kg F ,98 kg F 1 6,0 kg

12 A..7 Desulfurisasi (D-06) Fungsi : untuk menyerap gas H S yang terkandung dalam biogas dimana H S habis diserap 100 %. 17 CH 4 H S habis terserap CO H O CH 4 H S 0,01 % CO H O 16 Neraca Massa Total : F 16 CH4 F 16 CO F 16 HS 6.664,9 kg ,05 kg,48 x 10-6 kg F 17 CH4 F 17 CO F 17 F ,9 kg ,05 kg F 17 CH4 + F 17 CO + F 17 HS 6.664,9 kg ,05 kg ,98 kg A..8 Kolom Absorpsi-Stripping (D-08 & D-1)

13 Fungsi : untuk menyerap CO yang terkandung dalam biogas dan melepaskan CO Jumlah CO yang dikeluarkan dari sistem 99% (Twigg, 1989) dari alur 5. Larutan Benfield (K CO ) (BM 18 kg/kmol). K CO yang digunakan adalah K CO 0 %, temperatur K CO masuk absorber adalah 60 0 C. Reaksi pengikatan CO : K CO + CO + H O KHCO.. (1) Reaksi pelepasan CO : KHCO CO + H O + K CO () Dimana semua CO yang terserap dilepaskan pada kolom stripper. Jumlah CO yang terabsorpsi 99% dari jumlah CO umpan, maka : F 1 99 % x F 18 CO 0,99 x ,05 kg 18.0 kg Maka mol CO yang terbentuk dari reaksi () : N 1 1 F CO BM CO ,6 kmol Jumlah CO yang terbentuk 416,6 kmol

14 Jumlah KHCO yang bereaksi 8,7 kmol Neraca Massa Total : F 18 F 6 +F ,98 kg F kg F 6 (5.169, ) kg 6.849,98 kg Alur 6 F 6 CH4 F 18 CH ,9 kg F 6 CO F 18 CO F ,05 kg 18.0 kg 185,05 kg Alur 5 Jumlah K CO bereaksi 416,6 kmol 416,6 kmol x 18 kg/kmol ,18 kg K CO yang digunakan 0% berat, maka Total umpan (F 5 ) ,18 kg x 100/ ,8 kg Jumlah H O bereaksi 416,6 kmol 416,6 kmol x 18 kg/kmol 7.494,54 kg Maka Jumlah H O 70 % x ,8 kg ,10 kg Jumlah HO yang tidak bereaksi (14.069, ,54) kg ,55 kg F 5 F 5 KCO F 5 HO ,8 kg ,18 kg ,10 kg

15 Alur 19 F 19 N 19 KHCO ,8 kg 8,7 kmol F 19 KHCO N 19 KHCO x BM KHCO 8,7 kmol/hari x 100 kg/kmol 8.7,7 kg F 19 HO ,55 kg Kolom Stripper F 0 F 19 F 0 KHCO F 0 HO F 1 F 1 CO F F F KCO F HO ,8 kg 8.7,7 kg ,55 kg 18.0 kg ,8 kg ,18 kg ,10 kg

16 LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI Basis perhitungan : 1 hari operasi Satuan operasi : kj/hari Temperatur basis : 5 o C Neraca panas ini menggunakan rumus-rumus perhitungan sebagai berikut: Perhitungan panas untuk bahan dalam fasa cair dan gas Q i H i T (Van Ness, 005) n Cp dt Perhitungan panas penguapan Q V N ΔH VL Perhitungan Cp beberapa padatan (J/mol.K) dengan menggunakan metode Hurst dan Harrison, dimana nilai kontribusi unsur atom. Tabel LB.1 Nilai kontribusi Unsur Atom Unsur Atom Δ E C 10,89 H 7,56 O 1,4 Fe 9,08 Cl 14,69 K 8,78 Sumber : Perry, 1999 Rumus Metode Hurst dan Harrison: n C N ps i i 1 Dimana : Ei Cps Kapasitas panas padatan pada 98,15 K ( J/mol.K ) n N i T1 98 Jumlah unsur atom yang berbeda dalam suatu senyawa Jumlah unsur atom I dalam senyawa

17 Δ Ei Nilai dari distribusi atom I pada tabel LB.1 Menghitung Cp glukosa: Cp 6.Δ EC + 1.Δ EH + 6.Δ EO 6 (10,89) + 1 (7,56) + 6(1,4) 6,58 J/mol.K Dengan cara yang sama diperoleh Cp NaHCO 84,90 J/mol.K Cp FeCI 58,46 J/mol.K Tabel LB. Kapasitas panas beberapa senyawa pada 98,15 K (J/mol.K) Komponen Cp (J/mol.K) C 6 H 1 O 6 6,58 NaHCO 84,90 FeCl 58,46 K CO 108,71 KHCO 87,49 Tabel LB. Panas Reaksi Pembentukan (KJ/mol) Komponen ΔHf CH 4(g) -74,50 CO (g) -9,509 H S (g) -0,60 H O (l) -85,80 NaHCO -947,7 *) C 6 H 1 O 6(s) *) H SO 4(l) -814 *) Sumber: Smith, 005 Shervy, 011 *) T Perhitungan Cp untuk fasa gas: Cp x,t a + bt + ct + dt + et 4 Cp g dt [a(t T 1 ) + b/(t T 1 ) + c/(t T 1 ) + d/4(t 4 T 1 4 )+ e/5(t 5 T 1 5 )] T1

18 Tabel LB.4 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) Senyawa A B C D E CH 4(g), , , , , CO (g) 1, , , , , H S (g), , , , , H O (g), , , , Sumber: Reklaitis, 198 T T1 Perhitungan Cp untuk fasa cair: Cp x,t a + bt + ct + dt Cp l dt [a(t T 1 ) + b/(t T 1 ) + c/(t T 1 ) + d/4(t 4 T 1 4 ) Tabel LB.5 Data Kapasitas Panas (J/ mol. K) Senyawa A B C D CH 4(l) -5, ,056-1, , CO (l) 1, ,1595-7,1.10-1, H S (l), , , , H O (l) 1, , , , Sumber: Reklaitis, 198 B.1 Bak Neutralizer (T-101) Fungsi : sebagai tempat penampung POME dengan padatan NaHCO. Alur 1 (55 o C, 1 atm) Alur (0 o C, 1 atm) 1 T-101

19 Temperatur basis 5ºC Energi masuk (N 1 C6H1O6) 8,15 CpdT + (N 1 HO) 98,15 8,15 98,15 Cp dt + N NaHCO Tabel LB.6 Energi yang Masuk ke Bak Neutralizer 0,15 98,15 CpdT Alur Komponen 1 F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (KJ/mol) (KJ/hari) C 6 H 1 O 6(s) 5.09, , , ,89 H O (l) , ,16.56, ,07 NaHCO 1.479, ,61 44, ,51 Q in (kj/ hari) ,48 Asumsi: proses pencampuran berlangsung adiabatis (dq/dt 0). Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan NaHCO dalam air -4,1 kkal/mol -17,17 x 10 kj/kmol dq dt N. H pelaru tan + Q out Q 0 17,61x ( 17,17 10 ) + Q Q ,40 kj / hari out in out ,48kJ / hari Temperatur pada alur keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Energi keluar N C6H1O6 T out Cp dt + N HO 98,15 T Out 98,15 Cp dt + N NaHCO T Out Cp dt 98,15

20 Trial I: T out 55,05 o C atau 8,0 o K Tabel LB.7 Perhitungan Trial I Energi yang Keluar dari Bak Neutralizer Alur Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) C 6 H 1 O 6(s) 5.09, , , ,60 H O (l) , ,16.59, ,4 NaHCO 1.479, ,61.551,4 44.9,86 Q out (kj/ hari) ,9 Trial II: T out 55,11 o C atau 8,6 o K Tabel LB.8 Perhitungan Trial II Energi yang Keluar dari Bak Neutralizer Alur Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) C 6 H 1 O 6(s) 5.09, ,05 7.1, ,65 H O (l) , ,16.64, ,94 NaHCO (s) 1.479, ,61.556, 45.0,58 Q out (kj/ hari) ,18 Diperoleh temperatur pada alur keluar bak neutralizer yaitu T out 55,11 o C atau 8,6 o K B. Bak Pencampur Nutrisi (M-106) Fungsi: sebagai tempat mencampur POME dari Neutraliser dengan Nutrisi dan umpan recyle. Alur (55,11 o C; 1 atm) Alur 4 (0 o C; 1 atm) Alur 5 (6 o C; 1 atm) 4 M

21 Energi masuk (N C6H1O6) 8,6 98,15 CpdT + (N HO) 0,15 + N 4 FeCl CpdT + (N 5 C6H1O6) 98,15 09,15 + N 5 NaHCO 98,15 CpdT + N 5 FeCl 8,6 98,15 09,15 98,15 CpdT + N NaHCO 09,15 CpdT + (N 5 HO) 98,15 CpdT 8,6 98,15 09,15 98,15 CpdT Cp dt Tabel LB.9 Perhitungan Energi yang Masuk ke Bak Pencampur Nutrisi Alur Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) C 6 H 1 O 6(s) 5.09, ,05 7.1, ,65 H O (l) , ,16.64, ,94 NaHCO (s) 1.479, ,61.556, 45.0,58 4 FeCl (s) 5,08 1 0,4 9,0 17,18 5 C 6 H 1 O 6(s) 18.67, ,48.60, ,16 H O (l) , ,74 85, ,50 NaHCO (s) 49, ,87 9, ,77 FeCl (s) 17,69 1 0,14 64,06 9,6 Q in (kj/ hari) ,08 Asumsi:proses pencampuran berlangsung adiabatis (dq/dt 0). Dari data termodinamika Perry, 1999 : panas pelarutan FeCl dalam air 17,9 kkal/mol 74,95 x 10 kj/mol dq dt 0. N H pelaru tan + Q out Q in (0,4x74,95 10 ) + (0,14x74,95 10 ) + Qout ,08kJ / hari Q out ,77 kj / hari Temperatur pada alur 6 keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error.

22 Temperatur pada alur 6 keluar diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Energi keluar N 6 C6H1O6 N 6 FeCl T out Cp dt + N 5 HO 98,15 T out Cp dt 98,15 T out 98,15 Cp dt + N 6 NaHCO T out Cp dt + 98,15 Trial I: Alur 6 T out 50 o C atau,15 o K Tabel LB.10 Perhitungan Trial I Energi yang Keluar ke Bak Pencampur Nutrisi Alur 6 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) C 6 H 1 O 6(s) 4.477, , , ,46 H O (l) 77.15, , , ,10 NaHCO 1.97,60 84,48.1, ,44 FeCl 70,77 1 0, ,50 847,8 Q out (kj/ hari) ,84 Trial II: Alur 6 T out 50,6 o C atau,77 o K Tabel LB.11 Perhitungan Trial II Energi yang Keluar ke Bak Pencampur Nutrisi Alur 6 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) C 6 H 1 O 6(s) 4.477, , , ,48 H O (l) 77.15, , , ,9 NaHCO 1.97,60 84,48.174, ,98 FeCl 70,77 1 0, ,5 868,7 Q out (kj/ hari) ,81

23 Diperoleh temperatur pada alur 6 keluar bak pencampur nutisi yaitu 50,6 o C atau,77 o K. B. Reaktor Fermentasi (R-01) Fungsi: sebagai tempat berlangsungnya reaksi pembentukan biogas. Alur 6 (51, o C; 1 atm) Alur 7 (55ºC; 1 atm) Alur 11 (7ºC; 1 atm) Air Glukosa NaHCO FeCl 6 Reaktor Fermentasi 11 7 CH 4 CO H S H O Glukosa Air NaHCO FeCl Reaksi: C 6 H 1 O 6 + Katalis CH 4 + 4CO + H S + H O Energi masuk N 6 C6H1O6 N 6 FeCl,77 Cp dt + N 6 HO 98,15,77 Cp dt 98,15,77 98,15 Cp dt + N 6 NaHCO,77 Cp dt + 98,15

24 Tabel LB.1 Energi yang masuk ke dalam Fermentor Alur 6 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) C 6 H 1 O 6(s) 4.477, , , ,48 H O (l) 77.15, , , ,9 NaHCO 1.97,60 84,48.174, ,98 FeCl 70,77 1 0, ,5 868,7 Q in (kj/ hari) ,81 8,15 98,15 8,15 N 7 HO 98,15 00,15 N 11 HS 98,15 Energi keluar N 7 C6H1O6 8,15 98,15 00,15 98,15 00,15 CpdT 98,15 CpdT + N 7 NaHCO CpdT + N 11 CH4 CpdT + N 11 HO CpdT + N 7 FeCl CpdT + N 11 CO Tabel LB.1 Perhitungan Energi yang keluar dari Fermentor 8,15 98,15 00,15 98,15 CpdT + CpdT + Alur 7 11 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) C 6 H 1 O 6(s) 5.67, , , ,15 H O (l) 79.7, ,18.56, ,85 NaHCO 1.97,60 84,48.547, ,1 FeCl 70,77 1 0, , ,9 CH 4(g) 6.664, ,55 16, ,67 CO (g) , ,56, ,91 H S (g), , ,04 1, H O (g) 6,01 18,50 67,0 5,5 Q out (kj/ hari) ,

25 Q s Q out - Q in ( , ,81 ) kj/hari ,41 kj/hari Data steam yang digunakan : Saturated steam pada 1 atm, C H.776 kj/kg Saturated steam pada 1 atm, C H v.676 kj/kg H L 419,1 kj/kg (Reklaitis, 198) λ [H(150 o C) H v (100 o C)]+ [H v (100 o C) H l (100 o C)] λ [ ] + [ ,1] λ.56,90 kj/kg Steam yang dibutuhkan adalah : Q m λ ,41kJ / hari m.56,90kj / kg m 5.191,05 kg/hari B.4 Heater I (E-05) Fungsi: untuk menaikkan suhu dari water trap (F-01) ke tangki desulfirisasi (D-06). Steam 150 o C 1 atm CH 4 CO H S T 7 o C 15 Heater 16 CH 4 CO H S T 65 o C Steam 100 o C 1 atm

26 Dengan tekanan (P 1 atm) Energi masuk N 15 CH4 00,15 Cp dt + N 15 CO 98,15 00,15 98,15 Cp dt + N 15 HS 00,15 Cp dt 98,15 Tabel LB. 14 Perhitungan Energi yang masuk dari heater I Alur 15 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, ,55 71, ,75 CO (g) , ,56 74,6 1.77,66 H S (g), , ,97 4, Q in (kj/ hari) 61.4,41 Energi keluar N 16 CH4 8,15 Cp dt + N 16 CO 98,15 8,15 98,15 Cp dt + N 16 HS 8,15 Cp dt 98,15 Tabel LB. 15 Perhitungan Energi yang keluar dari heater Alur 16 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, , , ,58 CO (g) , , , ,0 H S (g), , ,6 9, Q out (kj/ hari) ,6 Panas yang dilepas steam (Q) Q out Q in ( ,6-61.4,41) kj/hari ,0 kj/hari Saturated steam pada 1 atm, C, H(150 0 ).776 kj/kg (Reklaitis, 198) Saturated steam pada 1 atm, C, H V (100 0 C).676 kj/kg (Reklaitis, 198) H L (100 0 C) 419,1 kj/kg (Reklaitis, 198)

27 λ [H(150 o C) H v (100 o C)]+ [H v (100 o C) H l (100 o C)] λ [ ] + [ ,1] λ.56,90 kj/kg Jumlah steam yang diperlukan (m) Q/ λ ,0 kj / hari.56,94 kj / kg 505,07 kg/hari B.5 Kolom Absorpsi (D-08) Fungsi : Menyerap gas CO dengan menggunakan larutan benfield. Alur 18 (65 0 C; 1,5 atm) Alur 5 (60 0 C; 1 atm) Dianggap 99 % terserap oleh larutan benfield (K CO ). Energi masuk N 18 CH4 8,15 Cp dt + N 18 CO 98,15 8,15 98,15 Cp dt + N 5 HO,15 Cp dt + 98,15 N 5 KCO,15 98,15 Cp dt

28 Tabel LB.16 Panas masuk ke dalam kolom absorpsi untuk setiap komponen Alur 18 5 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, , , ,58 CO (g) , , , ,0 H O (l) , ,8.6, ,1 K CO (l) , ,6.804, ,9 Q in (kj/ hari).45.8,1 Absorber bersifat adiabatis, sehingga: dq dt Q out + Hr - Q in 0 Q out + Hr - Q in Dimana, r Hpelarutan Q out ,8 kj/hari Q in + Hr.45.8,1 ( ,8) ,95 kj/hari Temperatur pada alur keluar 18 dan 5 diperoleh dengan menggunakan metode trial and error. Energi keluar N 19 HO N 6 CO T Cp dt + N 19 KHCO 98,15 T 98,15 Cp dt T 98,15 Cp dt + N 6 CH4 T Cp dt + 98,15 Tabel LB.17 Perhitungan Energi yang keluar dari kolom absorpsi

29 Alur 19 6 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) H O (l) , , , ,57 KHCO (l) 8.7,7 18 8, , ,67 CH 4(g) 6.664, ,55.015, ,5 CO (g) 185, ,0.084, ,06 Q out (kj/ hari).66.6,85 Diperoleh temperatur pada alur keluar 19 dan 6 kolom absorpsi yaitu T out 79,9 o C atau 5,54 o K. B.6 Heater II (E-11) Fungsi: untuk menaikkan suhu dari kolom absorpsi (D-08) ke tangki larutan benfield (D-16). KHCO H O 0 T? K CO H O T 88 o C Heat exchanger 19 KHCO H O H O K CO T 100 o C T 79,9 o C

30 Dengan tekanan (P 1 atm) Energi masuk N 19 HO N KCO 5,54 Cp dt + N 19 KHCO 98,15 7,15 Cp dt 98,15 5,54 Cp dt + N HO 98,15 7,15 Cp dt + 98,15 Tabel LB.18 Perhitungan Energi yang masuk dari Heater II Alur 19 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) H O (l) , , , ,57 KHCO 8.7, , , ,67 H O (l) , , , ,57 K CO , ,6 8.15, ,05 Q in (kj/ hari) ,87 Untuk mencari suhu keluar dari Heater II maka di lakukan trial error, sehingga di dapat suhu keluar dari alur 0, yaitu 91,5 0 C (64,65 K). Energi keluar N 0 HO 64,65 Cp dt + N 0 KHCO 98,15 61,15 + N HO Cp dt 98,15 64,65 98,15 Cp dt + N KCO 61,15 98,15 Cp dt

31 Tabel LB. 19 Perhitungan Energi yang keluar dari Heater II Alur 0 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp Dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) H O (l) , ,91 5.0, ,45 KHCO 8.7, , , ,9 K CO (s) , , , , H O (l) , , ,51 Q out (kj/ hari) ,68 dq dt dq dt dq dt Q in Q out , , ,80 kj/hari B.7 Kolom Stripper (D-1) Fungsi : Menyerap gas CO dengan menggunakan larutan benfield. Alur 0 (P 1 atm; 91,5 0 C) Alur 1 (P 0 atm; C) Alur (P 1 atm; C) 0

32 Energi masuk N 0 HO 64,65 Cp dt + N 0 KHCO 98,15 64,65 98,15 Cp dt Tabel LB. 0 Panas masuk ke dalam kolom stripper untuk setiap komponen Alur 0 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) H O (l) , ,91 5.0, ,45 KHCO 8.7, , , ,9 Q in (kj/ hari) ,84 Energi keluar N 1 CO 7,15 Cp dt + N HO 98,15 7,15 98,15 Cp dt + N KCO 7,15 Cp dt 98,15 Tabel LB.1 Panas keluar ke dalam kolom stripper untuk setiap komponen Alur Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) 1 CO (g) 18.0, , ,08 H O (l) , , , ,57 K CO (l) , ,6 8.15, ,05 Q out (kj/ hari) ,71 Dimana, r Hr ,8 kj/hari dq Q out + Hr - Qin dt ( ,71+ ( ,8) ,84) kj/hari ,69 kj/hari Data steam yang digunakan : Saturated steam pada 1 atm, C, H(150 0 ).776 kj/kg (Reklaitis, 198) Saturated steam pada 1 atm, C, H V (100 0 C).676 kj/kg (Reklaitis, 198)

33 H L (100 0 C) 419,1 kj/kg (Reklaitis, 198) λ [H(150 o C) H v (100 o C)]+ [H v (100 o C) H l (100 o C)] λ [ ] + [ ,1] λ.56,90 kj/kg ,69 kj / hari Jumlah steam yang diperlukan (m) Q/ λ.56,94 kj / kg 6.400,67 kg/hari B.8 Alat Pendingin / cooler I (E-15) Fungsi: untuk menurunkan suhu dari heater II (E-11) ke tangki larutan benfield (T-16). Alur (1 atm, 88 o C) Alur 4 (1atm, 60 o C) Air Pendingin T 8 o C K CO H O T 60 o C 4 Cooler I H O K CO T 88 o C Air Pendingin Keluar T 55 o C Energi masuk N HO 61,15 98,15 CpdT + N 4 KCO 61,15 98,15 CpdT

34 Tabel LB. Energi yang masuk menuju cooler I Alur Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) H O , , , ,51 K CO , , , , Q in (kj/ hari) ,8 Energi keluar N HO,15 98,15 CpdT + N KCO,15 98,15 CpdT Tabel LB. Energi yang keluar dari cooler I Alur 4 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) H O , ,8.6, ,1 K CO , ,6.804, ,9 Q out (kj/ hari) ,50 dq Q out Q in dt dq , dt dq ,4 kj/hari dt Jadi, jumlah panas yang diserap oleh propana sebanyak ,4 kj/hari. Dari data termodinamika untuk air pendingin: Entalpi H (8 0 C) 117,4 kj/ kg Entalpi H (55 0 C) 0, kj/ kg Maka, jumlah propana yang diperlukan (m): Q m o o H(8 C) H(55 C) ,4 kj/hari 117,4kJ/kg 0,kJ/kg ,48 kg/hari.

35 B.9 Kompresor (G-40) Fungsi: menaikkan tekanan gas metan dari 1 atm hingga 0 atm. 7 8 Neraca Panas masuk Kompressor (T 79,9 0 C) Telebih dahulu dicari estimasi suhu keluaran gas dari kompressor dengan menggunakan rumus: T T 1. (Timmerhaus, 1991) Dimana; T Temperatur suhu keluar kompressor T 1 Temperatur suhu masuk kompressor 79,9 O C 5,54 K P Tekanan keluar kompressor 0 atm Tekanan masuk kompressor 1 atm P 1 k 1,4 N s jumlah stage Dari perhitungan estimasi suhu keluar kompressor, didapat T 468,94 o K 195,79 o C. Neraca Panas Kompressor (T 468,94 o K 195,79 o C) Energi masuk (N 7 CH4) 468,94 98,15 CpdT + (N 7 CO) 468,94 Cp dt 98,15 Tabel LB. 4 Perhitungan Energi panas kompressor Alur 7 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, , , ,95 CO (g) 185, ,0 6.98, ,79 Q comp (kj/ hari) ,74

36 Neraca Panas Masuk Kompressor (T 5,54 o K 79,9 o C) Energi masuk (N 7 CH4) 5,54 98,15 CpdT + (N 7 CO) 5,54 Cp dt 98,15 Tabel LB. 5 Perhitungan Energi yang masuk dari kompressor Alur 7 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, ,55.015, ,5 CO (g) 185, ,0.084, ,06 Q in (kj/ hari) ,60 Neraca Panas Keluar Kompressor (T 5,54 o K 79,9 o C) Energi masuk (N 8 CH4) 5,54 CpdT + (N 8 CO) 5,54 Cp dt 98,15 98,15 Tabel LB.6 Perhitungan Energi yang keluar dari kompressor Alur 8 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, ,55.015, ,5 CO (g) 185, ,0.084, ,06 Q out (kj/ hari) ,60 Maka, Panas yang dilepaskan : Q out - (Q in + Q comp ) ,60 (848.89, ,74) ,74 kj/hari Data Air Pendingin: H(8 o C) 117,4 kj/kg H(55 o C) 0, kj/kg

37 Maka, jumlah air pendingin yang diperlukan (m): Q m o o H(8 C) H(55 C) ,74 kj/hari 5.440,7kg / hari 17,4kJ/kg 0,kJ/kg B.10 Alat Pendingin / cooler II (E-40) Fungsi: menurunkan suhu biogas yang menuju penyimpanan CNG. Alur 8 (1 atm, 79,9 o C) Alur 9 (0 atm, 15 o C) Propana -10,15 o C CH 4 CH CO CO Propana -5,15 o C Energi masuk (N 8 CH4) 5,54 98,15 CpdT + (N 8 CO) 5,54 Cp dt 98,15 Tabel LB.7 Energi yang masuk menuju cooler II Alur 8 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, ,55.015, ,5 CO (g) 185, ,0.084, ,06 Q in (kj/ hari) ,60 Energi keluar N 9 CH4 88,15 98,15 CpdT + N 9 CO 88,15 98,15 CpdT

38 Tabel LB.8 Energi yang keluar dari cooler II Alur 9 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/mol) N (kmol/ hari) Cp dt N Cp dt (kj/mol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, ,55-57, ,91 CO (g) 185, ,0-69, ,51 Q out (kj/ hari) ,4 dq Q out Q in dt dq , ,60 dt dq ,0 kj/hari dt Jadi, jumlah panas yang diserap oleh propana sebanyak ,0 kj/hari. Dari data termodinamika untuk propana: Entalpi H (0 K/ -5,15 0 C) 86,04 kj/ kg Entalpi H (170 K/ -10,15 0 C) 91,1 kj/ kg Maka, jumlah propana yang diperlukan (m): Q m o o H(-5,15 C) H(-10,15 C) ,0 kj/hari 86,4 kj/kg 91,1kJ/kg 1.8,74 kg/hari.

39 B.11 Kompresor (G-405) Fungsi: menaikkan tekanan gas dari 0 atm hingga 197 atm. 0 1 Neraca Panas masuk Kompressor (T 15 0 C) Telebih dahulu dicari estimasi suhu keluaran gas dari kompressor dengan menggunakan rumus: Dimana; T T T 1. (Timmerhaus, 1991) Temperatur suhu keluar kompressor T 1 Temperatur suhu masuk kompressor 15 O C 88,15 K P P 1 Tekanan keluar kompressor 197 atm Tekanan masuk kompressor 0 atm k 1,4 N s jumlah stage 5 Dari perhitungan estimasi suhu keluar kompressor, didapat T 8,9 o K 55,4 o C. Neraca Panas Kompressor (T 8,9 o K 55,4 o C) Energi masuk (N 0 CH4) 89,70 98,15 CpdT + (N 0 CO) 89,70 Cp dt 98,15 Tabel LB.9 Perhitungan Energi panas kompressor Alur 0 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/kmol) N (kmol/hari) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, , , ,19 CO (g) 185, ,0 1.14, ,51 Q comp (kj/ hari) ,70

40 Neraca Panas Masuk Kompressor (T 88,15 o K 15 o C) Energi masuk (N 0 CH4) 88,15 98,15 CpdT + (N 0 CO) 88,15 Cp dt 98,15 Tabel LB.0 Perhitungan Energi yang masuk dari kompressor Alur 0 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/kmol) N (kmol/hari) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, ,55-57, ,91 CO (g) 185, ,0-69, ,51 Q in (kj/ hari) ,4 Neraca Panas Keluar Kompressor (T 88,15 o K 15 o C) Energi masuk (N 1 CH4) 88,15 CpdT + (N 1 CO) 98,15 88,15 Cp dt 98,15 Tabel LB.1 Perhitungan Energi yang keluar dari kompressor Alur 1 Komponen F (kg/ hari) BM (kg/kmol) N (kmol/hari) Cp dt N Cp dt (kj/kmol) (kj/hari) CH 4(g) 6.664, ,55-57, ,91 CO (g) 185, ,0-69, ,51 Q out (kj/ hari) ,4 Maka, Panas yang dilepaskan : Q out - (Q in + Q comp ) ,4 ( , ,70) ,70 kj/hari Dari data termodinamika untuk propana: Entalpi H (8 0 C) 117,4 kj/ kg Entalpi H (55 0 C) 0, kj/ kg

41 Maka, jumlah air pendingin yang diperlukan (m): Q m o o H(8 C) H(55 C) ,70 kj/hari 4.1kg / hari 17,4kJ/kg 0,kJ/kg

42 LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN C.1 Bak Netralisasi (T-101) Fungsi : Sebagai tempat penampung POME dengan padatan NaHCO, dan sekaligus menetralkan ph POME. Bentuk : Persegi panjang Bahan : Beton Waktu tinggal : 1 hari Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan, P 1 atm Temperatur, T 55,11 0 C Densitas limbah cair ρ 1.00,99 kg/m Laju alir massa F 59.60,7 kg/hari Laju alir volume (59.60,7) kg / hari 1.00,99kg / m 591,49 m /hari Perhitungan ukuran bangunan Faktor kelonggaran 0% (Perry dan Green, 1999) Volume bak (Vb) (1+0,) x 591,49 m 709,78 m Ukuran bak : Panjang bak (p) x lebar bak (l) maka p l Tinggi bak (t) ½ x lebar bak (l) maka t ½ l Maka : Volume bak (V) p x l x t 709,78 m l x l x ½ l Lebar bak (l) 8,9 m Dengan demikian, Panjang bak (p) 17,84 m Tinggi bak (t) 4,46 m

43 Lebar bak (l) 8,9 m Tinggi larutan dalam bak Tekanan hidrostatik P Po + ρ x g x l 591,49 x 4,46 m,71 meter 709, Pa + (1.00,99 kg/m x 9,8 m/det x,71 m) ,9 Pa 1,6 atm P desain (1,) (P operasi) 1, (17.858,9) Pa 1,6 atm C. Screw Conveyor (C-10) Fungsi Bahan konstruksi : Carbon steel : Mengangkut NaHCO ke bak netralisasi Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 1 unit Temperatur T 0 C (0,15 K) Tekanan operasi P 1 atm Jarak angkut L 0 ft 9,14 m Laju alir bahan F 1479,45 kg/hari 61,64 kg/jam 15,90 lb/jam Densitas bahan ρ 00 kg/m 17,4 lb/ft Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) F Q 15,90/17,4 0,98 ft /jam ρ 1 5,9 ft /jam 1 6 Dipilih screw conveyor dengan diameter 1 in, Dari Tabel 5. dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga: Kecepatan putaran maximum(ω max ) 60 rpm, Kapasitas masksimum (Q max ) 90 ft /jam Faktor S 171

44 Horse Power factor (f ) 0,7 Sehingga, kecepatan putaran (ω), Q ω max ω Q max (Walas, 1988) 5,9 60 ω,95 rpm 4 rpm 90 Daya conveyor : P [ sx ω + fxqxρ] xl (Walas, 1988) P [171 x 4 + 0,7 x 5,9 x 17,4] x ,40 Faktor keamanan 0%, P 1, x 7.64, ,08 Efisiensi 80%, P ,10 0,05 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,1 Hp C. Screw Conveyor (C-10) Fungsi : Mengangkut FeCl ke bak nutrisi Bahan konstruksi : Carbon steel Bentuk : Horizontal scew conveyor Jumlah : 1 unit Temperatur T 0 C Tekanan operasi P 1 atm Jarak angkut L 0 ft 9,144 m Laju alir bahan F 5,08 kg/hari,1 kg/jam 4,87 lb/jam Densitas bahan ρ.160 kg/m 197,7 lb/ft Direncanakan dalam 1 proses cukup ditempuh 1/6 jam kerja (10 menit) F 1 Q (4,87 / 197,7 )x 0,14 ft /jam ρ 1 6 Dipilih screw conveyor dengan diameter 1 in, Dari Tabel 5. dan Tabel 5.4 Walas, 1988 didapatkan harga:

45 Kecepatan putaran maximum(ω max ) 60 rpm, Kapasitas masksimum (Q max ) 90 ft /jam Faktor S 171 Horse Power factor (f ) 0,7 Sehingga, kecepatan putaran (ω), Q ω max ω Q max (Walas, 1988) 0,14 60 ω 0,09 rpm 1 rpm 90 Daya conveyor : P [ sx ω + fxqxρ] xl (Walas, 1988) Faktor keamanan 0%, P [171 x 1 + 0,7 x 0,14 x 197,7] x ,8 P 1, x 5.744,8 6.89,6 Efisiensi 80%, P 8.616,58 0,008 Hp Maka dipilih conveyor dengan daya 0,01 Hp C.4 Pompa (P-105) Fungsi : Memompa bahan-bahan yang di recycle dari bak sedimentasi ke tangki pencampur nutrisi. Jenis : Pompa sentrifugal Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P 1 atm T 6 0 C Laju alir massa (F) ,1 kg/hari kg/jam 4,8 lbm/s Densitas (ρ) 1.000,84 kg/m 6,48 lbm/ft

46 Viskositas (µ) 1,01 cp 6, lbm/ft.s 4,8 lbm/s Laju alir volumetrik (Q) 6,48 lbm/ft 0,07 ft /s 0,00 m /s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >100), D i,opt,9 Q 0,45 ρ 0,1 (Peters,004) dengan : D i,opt diameter optimum (m) ρ densitas (lbm/ft ) Q laju volumetrik (ft /s) Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : Desain pompa : Di,opt,9 (Q) 0,45 (ρ) 0,1,9 (0,07 ft /s ) 0,45 (6,48 lbm/ft ) 0,1,10 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 00, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : 1,5 in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) : 1,61 in 0,1 ft 0,04 m Diameter Luar (OD) : 1,9 in 0,16 ft Inside sectional area : 0,01414 ft 0,07 ft /s Kecepatan linear, v Q/A 0,01414 ft ρ v D Bilangan Reynold : N Re µ 5,46 ft/s (6,48 lbm/ft )(5,46 ft/s)(0,1 ft) -4 6,7.10 lbm/ft.s ,47 (Turbulen) Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε 4, (Geankoplis,00) Pada N Re ,47 dan ε/d 0,0011, dari gambar.10- maka harga f 0,0061 (Geankoplis,00)

47 Friction loss : 1 Sharp edge entrance h c 0,5 1 A v A 1 α. g c 5, , ft.lbf/lbm 0,5 ( ) ( 1)(,174) v 4 elbow 90 h f n.kf.. g c 4(0,75) 5,46 (,174) 1,9 ft.lbf/lbm v check valve h f n.kf.. g c (,0) 5,46 (,174) 1,85 ft.lbf/lbm L v Pipa lurus 50 ft F f 4f D... g c 4(0,0061) ( 50 )(. 5,46) ( 0,1 )..(,174) 4, ft.lbf/lbm Sharp edge exit h ex A1 A v. α. g c Total friction loss : F ( 0) 5,46 1,85 ft.lbf/lbm 1 ( )(,174) 9,57 ft.lbf/lbm Dari persamaan Bernoulli : α P P ( v v1 ) + g( z z1 ) + + F + Ws ρ (Geankoplis,00) dimana : v 1 v P 1 P 101,5 kpa P ρ 0 ft.lbf /lb m Z 10 ft Maka :

48 ,174 ft/s +,174 ft.lbm / lbf.s 0 Ws -19,57 ft.lbf/lbm Effisiensi pompa, η 75 % Ws - η x Wp -19,57-0,75 x Wp Wp 6,09 ft.lbf/lbm ( 10 ft) + 0 ft.lbf/lbm + 9,57 ft.lbf/lbm + Ws 0 Daya pompa : P m x Wp 4,8 lbm/s 6,09 ft.lbf/lbm x 0, hp 1 Maka dipilih pompa dengan daya motor hp 5 1 hp 550 ft. lbf / s C.5 Bak Pencampur Nutrisi (M-106) Fungsi : Mencampur POME dengan FeCl. Bentuk : Persegi Bahan : Beton Jumlah : 1 unit Kebutuhan perancangan : 1 hari Kondisi operasi : P 1 atm T 50,6 0 C Laju alir massa (F) 78.67,47 kg/hari Densitas (ρ) 1.00,1 kg/m 6,6 lbm/ft Viskositas (µ) 1,01 cp Faktor kelonggaran 0 % (Perry, 1999) Menghitung volume bak : ,47 kg / hari Laju alir volumetrik (Q) 1.00,1 kg/m 780,16 m /hari

49 Volume bahan τ x Q 1 hari x 780,16 m /hari 780,16 m Volume bak, V B ( 1+ 0, ) x 780,16 m 96,19 m Direncanakan ukuran bak sebagai berikut: Panjang bak (p) lebar bak (l) Tinggi bak (t) lebar bak (l) V b ; p l ; t l p x l x t 96,19 m l x l x l Lebar bak (l) 9,78 m Maka, panjang bak Lebar bak Tinggi bak 9,78 m Menghitung tekanan alat Tinggi bahan dalam bak P operasi P o + ρ g h P design Volume bahan dalam bak x tinggi bak Volume bak 780,16 m 9,78 m 96,19 m 8,15 m Pa + (1.00,4 kg/m x 9,8 m/det x 9,78 m) ,6 Pa 1,94 atm (1+0,) x ,6 Pa 7.004,04 Pa, atm Perancangan Sistem pengaduk Jenis : flat 6 blade turbin impeller Baffle : 4 buah Kecepatan putaran (N) : 0,5 rps (Geankoplis, 00) Efisiensi motor : 80 % Pengaduk didesain dengan standar berikut : D a : D B 1 : J : D B 1 : 1 W : D a 1 : 5 L : D a 1 : 4 E : D a 1:1 (Mc Cabe,dkk, 1999)

50 Jadi : 1. Diameter impeller (D a ) 1/ x D B 1/ x 9,78,6 m. Tinggi pengaduk dari dasar (E) D a,6 m. Lebar baffle ( J) 1/1 D B 0,81 m 4. Lebar daun impeller (W) 1/5 D a 1,95 m 5. Panjang daun impeller (L) 1/4 D a,44 m Daya untuk pengaduk : N D 0,5,6 1.00,1 Bilangan Reynold (N Re ) a ρ µ 1, ,4 Dari grafik.4-5 (Geankoplis, 00 ) diperoleh Np N P N Da ρ 7 0,5 det 10,69 ft 6,6lbm / P g c,147 lbm. ft / lbf.det 68,50 ft.lbf/det 1,14 hp Efisiensi motor, η 80 % Jadi daya motor 1,4 hp ft Maka dipilih daya motor sebesar 1,5 hp C.6 Pompa Netralisasi (P-107) Fungsi : Memompa POME dari bak netralisasi ke tangki pencampur nutrisi dan ke reaktor. Jenis : Pompa screw Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P 1 atm T 50,6 0 C Laju alir massa (F) 78.67,48 kg/hari 19,97 lbm/s Densitas (ρ) 1.004,45 kg/m 6,70 lbm/ft Viskositas (µ) 1,01 cp 6, lbm/ft.s

51 19,97 lbm/s Laju alir volumetrik (Q) 6,70 lbm/ft 0,1 ft /s 0,009 m /s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >100), De,9 Q 0,45 ρ 0,1 (Walas, 1988) Untuk aliran laminar, De,0 Q 0,6 µ 0,18 (Walas, 1988) dengan : D diameter optimum (in) ρ densitas (lbm/ft ) Q laju volumetrik (ft /s) µ viskositas (cp) Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : De,9 Q 0,45 ρ 0,1 (Walas, 1988),9 (0,1) 0,45 (6,70) 0,1,99 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 00, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal :,5 in Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) :,54 in 0,9 ft 0,08 m Diameter Luar (OD) : 4 in 0, ft Inside sectional area : 0,0687 ft Kecepatan rata rata fluida dalam pipa : Q A 0,1 ft /s 0,0687 ft v 4,6ft/s Sehingga : Bilangan Reynold, ( 4,6) ( 0,9) ρ v D 6,70 μ 6,77 10 N Re ,76 Asumsi benar bentuk aliran adalah turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε 4, (Geankoplis,00) Pada N Re ,76 dan ε/d 0,0005, dari gambar.10- maka harga f 0,0045 (Geankoplis,00)

52 A. Panjang ekivalen total perpipaan (ΣL) Instalasi pipa: Panjang pipa lurus (L 1 ) 0 ft 1 buah gate valve fully open ; L 1 (App. C a, Foust, 1979) D L 1 1 0,9,84 ft 4 buah elbow 90 0 standard (L/D 0) (App. C a, Foust, 1979) L 4 0 0,9 5,47 ft 1 buah sharp edge entrance K 0,5 ; L 0 (Foust, 1979) D L 4 0,5 0 0,9,95 ft 1 buah sharp edge exit K 1 ; L 5 1,0 40 0,9 11,8 ft ΣL L 1 + L + L + L 4 + L 5 84,10 ft L 40 (App.C c;c d, Foust, 1979) D B. Friksi Faktor gesekan, ΣF f v ΣL g D c ( 0,0045)( 4,6) ( 84,10) 0,4 ft lbf /lbm (,174)( 0,9) (Foust, 1979, App C1 dan C) C. Kerja yang diperlukan Tinggi pemompaan, z 40 ft Static head, Δz g g c Δv Velocity head, 0 g P Pressure head, 0 ρ c 0ft 40 ft.lb /lb f /lb m f m

53 - W f Δz g g c v ΔP ΣF g cα ρ (Foust, 1979) 40 ft.lb f /lb m ,4 ft.lb f /lb m 40,4 ft.lb f /lb m Wf Q ρ Daya pompa, P 550 1,46 hp (40,9 ft.lb f /lb m )(0,0 ft /s)( 6,64 lb m /ft ) 550 ft.lb f /s.hp Untuk efisiensi pompa 80 %, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan (1,46 hp)/(0,8) 1,17 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor Hp C.7 Reaktor Fermentasi (R-01) Fungsi : Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi Jenis : Tangki berpengaduk dengan flat 6 blade turbin impeller Bentuk : Silinder tegak vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal Bahan konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah : unit Waktu tinggal ( τ ) : 6 hari Kondisi operasi : Tekanan operasi 1 atm Temperatur reaksi 55 0 C Laju alir massa (F) ,48 kg/hari Laju alir massa (F)/unit 78.70,4 kg/hari Densitas (ρ) 1.00, kg/m Viskositas (µ) 1,01 cp Faktor kelonggaran 0 % (Perry,1999) Perhitungan Dimensi Reaktor : 78.70,4 kg / hari Laju alir volumetrik (Q) 1.00, kg/m 77,46 m /hari Volume bahan τ x Q 6 hari x 77,46 m /hari.64,78 m

54 Volume larutan Volume bahan.64,78 m Volume tangki, V t ( 1+ 0, ) x.64,78 m.717,74 m Tangki berjumlah unit, maka volume masing-masing tangki.717,74 m Direncanakan : H s : D i 1 : 1 H h : D i 1 : 4 Dimana ; H s tinggi shell H h tinggi head D i diameter dalam tangki - Volume silinder tangki (V s ) π π π V s D i. H s D i ( D i ) Volume alas tutup tangki (V h ) π V h. Di. H 6 - Volume tangki V s + V h h D i (Perry&Green,1999) π 1 π. Di.. Di (Perry&Green,1999) ,74 m π π. D i +. D i ,74 m H s 7 4. π. D i D i.967,50 m D i 14,7 m 47,14 ft 565,75 in D i 14,7 m 47,14 ft 565,75 in Tinggi head (H h ) 1 1 H h.di.14,7 m,59 m 11,78 ft 141, 4 in 4 4 H total H s + H h 14,7 m +,59 m 17,96 m 58,9 ft 707,19 in Maka, P desain (1,) (P operasi)

55 1, (1 atm) 1, atm 17,64 psia - Direncanakan bahan konstruksi Stainless Steel SA-40 - Allowable working stress (S) : psia (Peters et.al., 004) - Joint efficiency (E) : 0,85 (Peters et.al., 004) - Corossion allowance (C) : 0,15 in/tahun (Perry&Green,1999) - Umur alat (n) : 10 tahun Tebal shell tangki PR t + n.c (Perry&Green,1999) E 0,6P di mana: t tebal shell (in) P tekanan desain (psia) R jari-jari dalam tangki (in) S allowable stress (psia) E joint efficiency C corrosion allowance (in/tahun) n umur alat (tahun) PR t + n. C SE 0,6P (17,64 psia) (571,99/ in) + 10.(0,15 in) ( psia)(0,85) 0,6(17,64 psia) 1,56 in Tebal shell standar yang digunakan 1 1/ in - Tebal tutup tangki Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell Tebal tutup atas 1 1/ in (Brownell&Young,1959) (Brownell&Young,1959) Menghitung Jaket pemanas Jumlah steam ( 150 o C ) 5.191,05 kg/hari 16,9 kg/jam

56 16,9 kg/jam V steam 1.006, 01 m /jam 5,16 m / jam Diameter dalam jaket (D 1 ) diameter dalam + ( x tebal dinding ) 565,75 + ( / ) 568,75 in Tinggi jaket tinggi reaktor 565,75 in Asumsi jarak jaket 5 in Diameter luar jaket (D ) D 1 +. jarak jaket Luas yang dilalui steam ( A ) A π 4 ( ) D1 568,75 in + ( x5 ) 578,75 in D 4 π (578,75 568,75 ) 9.007,97 in 5,81 m Kecepatan superficial steam ( v ) V p 1.006,01m / hari v 17,10 m/hari 7,1 m/jam A 5,81m Tebal dinding jaket ( tj ) Bahan Stainless Steel Plate tipe SA-40 H jaket 565,75 in 47,14 ft ( H 1) ρ a (47,14 1)(6,75) P H 19, 95 psia P desain 14, ,95 4,65 psia,5 atm PD tj + n. C SE 0,6P (4,65) (578,75) + 10 (0,15),51 in (18.700)(0,85) 0,6(4,65) Dipilih tebal jaket standar 1 1/ in (Brownell&Young,1959) Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk : turbin impeller daun enam Jumlah baffle : 4 buah Untuk turbin standar (Mc Cabe et.al., 1999), diperoleh :

57 Da/Dt 1/ ; Da 1/ x 47,14 ft 15,71 ft 4,79 m E/Da 1 ; E 15,71 ft 4,79 m L/Da ¼ ; L 1/4 x 15,71 ft,9 ft 1,19 m W/Da 1/5 ; W 1/5 x 15,71 ft,14 ft 0,95 m J/Dt 1/1 ; J 1/1 x 47,14 ft,9 ft 1,19 m Dimana: Dt diameter tangki Da Diameter impeller E tinggi turbin dari dasar tangki L panjang blade pada turbin W lebar blade pada turbin J lebar baffle Kecepatan pengadukan, N 0,1 putaran/detik Bilangan Reynold, ρ. N.( Di) 6,64(0,1)(47,14) N Re 1.80,61 µ 1,01 N Re > , maka perhitungan dengan pengadukan menggunakan rumus: 5 K T.N.D a ρ P (Mc Cabe et.al., 1999) g c K T 4 (Mc Cabe et.al., 1999) 5 4 (0,1 put/det).(15,71ft) (6,6 lbm/ft,174 lbm.ft/lbf.det 1hp 7.464,8 ft.lbf/det x 550 ft.lbf/det 1,57 hp P Efisiensi motor penggerak 80% 1,57 Daya motor penggerak 16, 96 hp 0,8 Maka dipilih daya motor dengan tenaga 17 hp. )

58 C.8 Tangki Sedimentasi (F-0) Fungsi : Mengendapkan sebagian padatan-padatan yang keluar dari fermentor. Jenis : Gravity Thickner Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Carbon steel SA-1, GradeC Kondisi operasi : P 1 atm T 55 0 C Laju massa (F 1 ) ,48 kg/hari 1.560,0 kg/jam 6.10,04 kg/ jam Densitas air 985,65 kg/m (Appendiks A.- Geankoplis,00) Diameter dan tinggi tangki Dari Metcalf, 1984, diperoleh : Kedalaman air -10 m Settling time 1- jam Dipilih : kedalaman air (h) 5 m, waktu pengendapan jam Diameter dan Tinggi clarifier 6.10,04 kg/jam Volume, V 64,0 m /jam 985,65 kg/m Faktor kelonggaran 0% Volume 1, 64,0 m 65, m

59 a. Diameter dan tinggi clarifier H s ½ D Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (H s : D) 4: Volume silinder clarifier (V s ) Vs πd Vs Volume alas berupa kerucut (V c ) ½ D πd H 4 s (Brownell & Young, 1959) H c Vs πd H 1 c... (Perry, 1999) Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (H c : D) 1: V c Volume (V) πd... (Perry, 1999) 4 V V s + V c πd 8 65, m 1,17 D D 4,0 m H s (4/) D 5,6 m b. Diameter dan tinggi kerucut Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter (H h : D) 1: Diameter tutup diameter tangki 4,0 m 4,0 m Tinggi tutup,01 m

60 Tinggi total 7,7 m C.9 Pompa (P-0) Fungsi : Mengalirkan ampas dari fermentor (R-01) ke filter press (H-04). Jenis : Pompa Screw Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : P 1 atm T 4 0 C Laju alir massa (F) ,6 kg/hari.670,01 kg/jam 14,49 lbm/s Densitas (ρ) 1.00,54 kg/m 6,58 lbm/ft Viskositas (µ) 1,01 cp 6, lbm/ft.s 14,49 lbm/s Laju alir volumetrik (Q) 6,58 lbm/ft 0, ft /s m /s Perencanaan Diameter Pipa pompa : Untuk aliran turbulen (Nre >100), De,9 Q 0,45 ρ 0,1 (Walas, 1988) Untuk aliran laminar, De,0 Q 0,6 µ 0,18 (Walas, 1988) dengan : D diameter optimum (in) ρ densitas (lbm/ft ) Q laju volumetrik (ft /s) µ viskositas (cp) Asumsi aliran turbulen, maka diameter pipa pompa : De,9 Q 0,45 ρ 0,1 (Walas, 1988),9 (0,) 0,45 (6,58) 0,1,45 in Dari Appendiks A.5 Geankoplis, 00, dipilih pipa commercial steel : Ukuran nominal : in

61 Schedule number : 40 Diameter Dalam (ID) :,06 in 0,5 ft 0,07 m Diameter Luar (OD) :,5 in 0,9 ft Inside sectional area : 0,051 ft Kecepatan rata rata fluida dalam pipa : Q A 0,ft 0,051 /s ft v 4,51 ft/s Sehingga : Bilangan Reynold, ( 4,51) ( 0,5) ρ v D 6,58 μ 6,75 10 N Re ,18 Asumsi benar bentuk aliran adalah turbulen. Untuk pipa commercial steel diperoleh harga ε 4, (Geankoplis,00) Pada N Re ,18 dan ε/d 0,0005, dari gambar.10- maka harga f 0,005 (Geankoplis,00) A. Panjang ekivalen total perpipaan (ΣL) Instalasi pipa: Panjang pipa lurus (L 1 ) 0 ft 1 buah gate valve fully open ; L 1 (App. C a, Foust, 1979) D L 1 1 0,5, ft 4 buah elbow 90 0 standard (L/D 0) (App. C a, Foust, 1979) L 4 0 0,5 0,67 ft 1 buah sharp edge entrance K 0,5 ; L 0 (Foust, 1979) D L 4 0,5 0 0,5,55 ft 1 buah sharp edge exit K 1 ; L 5 1,0 40 0,5 10, ft ΣL L 1 + L + L + L 4 + L 5 76,78 ft L 40 (App.C c;c d,foust, 1979) D B. Friksi Faktor gesekan,

62 ΣF f v g c ΣL D ( 0,005)( 4,51) ( 76,78) (,174)( 0,5) C. Kerja yang diperlukan Tinggi pemompaan, z 40 ft Static head, Δz g g Δv Velocity head, 0 g P Pressure head, 0 ρ c c 0,47 ft lb /lb 0ft 40 ft.lb /lb f /lb m f m f m (Foust, 1979, App C1 dan C) - W f Δz g g c v ΔP ΣF g cα ρ (Foust, 1979) 40 ft.lb f /lb m ,47 ft.lb f /lb m 40,47 ft.lb f /lb m Wf Q ρ Daya pompa, P 550 1,06 hp (40,47 ft.lb f /lb m )(0,19 ft /s)( 6,58 lb m /ft ) 550 ft.lb f /s.hp Untuk efisiensi pompa 80 %, maka : Tenaga pompa yang dibutuhkan (1,06 hp)/(0,8) 0,85 Hp Maka dipilih pompa dengan daya motor 0,9 Hp C.10 Filter Press ( H-04) Fungsi : Memisahkan air dengan ampas untuk digunakan sebagai pupuk. Jenis : Plate and frame filter press. Bahan konstruksi : Carbon steel SA-85 grade C Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan : 1 atm Temperatur : 4 ºC Laju alir ( F ) : ,6 kg/hari Densitas filtrat : 1000 kg/m

63 Massa ampas : 8.86,0 kg/hari Perhitungan : Luas penyaringan efektif dihitung dengan menggunakan persamaan : W L. A ( 1 E) ρ S ρ ( V + E. L. A) (Foust, 1979) 1 W Dimana: L tebal cake pada frame (m) A luas penyaringan efektif (m ) E poros partikel 0, ρ s densitas solid (kg/m ) ρ densitas filtrat (kg/m ) W fraksi massa cake dalam umpan V volume filtrat (m ) Direncanakan luas penyaringan efektif filter press untuk waktu proses 1 jam Jumlah umpan yang harus ditangani ,6 kg/hari.670,0 kg/jam Laju filtrat ,6 kg/hari ,1 kg/jam Densitas filtrat 1000 kg/m ,6kg / hari Volume filtrat hasil penyaringan 45,19 m /hari 1000 kg / m Laju cake pada filter press dengan waktu tinggal 1 jam 8.86,9 kg/hari 1.0,6 kg/jam. Densitas cake 100 kg/m 8.86,9kg / hari Volume cake pada filter 4,05 m /hari 100kg / m W Laju alir massa cake Laju alir massa umpan 1.0,6 kg / jam.670,0 kg / jam 0,05 Tebal cake diestimasikan pada frame 0 cm 0, m Direncanakan setiap plate mempunyai luas 1 m, luas efektif penyaringan (A) : W 1 W ( 1 E) ρ ( V + E. L. A) L. A ρ S 0,05 0, x A x (1-0,) x (45,19 + 0, x 0, x A) 1 0,05

64 A 151,49 m Maka A 151,49 0 7,57 m Faktor keamanan 5 % Jadi, jumlah plate yang dibutuhkan 1,05 x 7,57 7,95 8 buah C.11 Bak Penampung Pupuk Cair (F-05) Fungsi : Menampung pupuk cair setelah proses penyaringan pada filter press Bentuk : Persegi Jumlah : 1 unit Bahan konstruksi : Beton kedap air Kondisi Penyimpanan: Temperatur, T 4 0 C Tekanan operasi, P 1 atm Kebutuhan perancangan, t 1 hari Asumsi ρ limbah cair kelapa sawit ρ air 991 kg/ m (App A.- Geankoplis, 00) Laju alir massa 5.995,54 kg/hari 5.995,54 kg / hari Laju alir volumetrik 991 kg / m 58,84 m / hari Perhitungan ukuran bangunan Faktor kelonggaran 0% (Perry dan Green, 1999) Volume bak (Vb) (1+0,) x 58,84 m 646,61 m Direncanakan ukuran bak : Panjang bak (p) lebar bak (l) maka p l Tinggi bak (t) lebar bak (l) maka t l Maka : Volume bak (V) p x l x t 646,61 m l x l x l

65 Lebar bak (l) Dengan demikian, Panjang bak (p) Tinggi bak (t) 8,64 m 8,64 m 8,64 m Menghitung tekanan alat Tinggi bahan dalam bak Volume bahan dalam bak x tinggi bak Volume bak 58,84 8,64 646,61 7,0 m P operasi P o + ρ g h Pa + (990,996 kg/m x 9,8 m/det x 7,0 m) ,04 Pa 1,69 atm P design (1+0,) x ,04 Pa ,85 Pa,0 atm C.1 Water Trap (F-01) Fungsi : Sebagai wadah pemisah air dan biogas. Bahan konstruksi : Carbon Steel SA 85 Grade C Bentuk : Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal Jenis sambungan : Double welded butt joints Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan 1 atm Temperatur 7 o C 00,15 K Kebutuhan perancangan 1 hari

66 Komponen Laju massa Laju mol (kg/hari) (kmol/hari) CH ,9 416,55 H S, ,9 CO ,05 40,56 H O 6,0 1, Total ,51 Volume air untuk penyimpanan 1 hari (4 jam) Laju alir air 6,0 kg/hari ρ cairan 996,5 kg/m 6,0 Volume Cairan 0, 06m /hari 996,5 Waktu Tinggal 1 hari Volume 0,06 m Volume Tangki, x Volume Cairan x 0,06 m 0,1 m Perbandingan tinggi tangki dengan diameter tangki (H s : D) : Perbandingan tinggi elipsoidal dengan diameter tangki (H t :D) 1:4 π π Volume silinder D H s D 4 8 Volume tutup elipsoidal V t V t V s + V h 11π D 4 π 4 D V t 4 4 0,1 Diameter tangki 0,44 m 17,50 in 11π 11,14 Tinggi tangki 0,44 0,66 m 1 Tinggi tutup elipsoidal 0,44 0,11 m 4 Tinggi total tangki H s + H e 0,77 m Tebal tangki

67 Allowable stress(s) Efisiensi sambungan (E) 0,8 Corrosion factor (C A ) Tekanan operasi Tekanan design n (tahun pemakaian) t 1700 psi 0,15 in/tahun 1 atm 14,696 psia 1,05 x 14,696 15,41 psia 10 tahun 1 15,41 ( 17,50) + (1,5in / tahun 10tahun ) ,8 0,6 15,41 1,6 in maka digunakan silinder dengan tebal tangki 1,5 in (0,081m). C.1 Tangki Penampung Biogas (F-04) Fungsi : Sebagai tempat penampung biogas Bentuk : Spherical Tank Bahan : Stainless Steel Jumlah : 1 unit Kondisi operasi : Tekanan, Temperatur, Komponen Gas P atm T 7 0 C 00,15 K Komponen Laju Massa (kg/hari) xi.bmi CO ,05 11,65 CH ,9 11,76 H S, , Total 5.169,98,41 P BM Densitas gas ρ (Lyman, 198) zrt,41 ρ 1,90kg/m 1 8, ,15