Post on 29-Dec-2015
description
1 4
110
13
1115
9
5
121416
17
327 8 10
18
1920
6
LAMPIRAN A
PERHITUNGAN NERACA MASSA
Pembuatan pabrik maltodextrin dari pati tapioka menggunakan enzim α-amilase direncanakan dengan kapasitas 100.000 ton/tahun. Skema neraca massa dapat dilihat sebagai berikut :
Komponen 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Starch √ √ √ √ √Ash √ √ √ √ √Fiber √ √ √ √ √H2O √ √ √ √ √ √Karbon aktif √ √ √H+ √ √ √ √Cl- √ √ √ √Na+ √ √ √ √OH- √ √ √ √Maltodextrin √Udara Kering
DC
Hoding Tank
Kation exchanger
Anion exchanger
Spray
Tangki
Bahan bakuMixer
Filter PressReaktor
Evaporator
Tangki
Penyimpanan
Komponen 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20StarchAshFiberKarbon aktifH2O √ √ √ √ √ √H+ √ √Cl- √ √ √Na+ √ √
OH- √ √ √Maltodextrin √ √ √ √ √Udara Kering
√ √
A. Arus
Arus 1 : aliran umpan pati tapioka (G-01)
Arus 2 : aliran umpan H2O
Arus 3 : aliran pengatur pH NaOH
Arus 4 : aliran slurry keluar mixing tank (MT-01)
Arus 5 : aliran HCl masuk reaktor
Arus 6 : aliran produk keluar reaktor (R-01)
Arus 7 : Aliran karbon aktif masuk decolorization tank (DC-01)
Arus 8 : aliran HCl masuk decolorization tank (DC-01)
Arus 9 : produk keluar decolorization tank (DC-01)
Arus 10: aliran cake keluar filter press (FP-01)
Arus 11: aliran filtrat keluar filter press (FP-01) menuju kation exchanger (CX-01)
Arus 12: aliran Na+ dan H+ keluar dari produk (CX-01)
Arus 13: aliran produk masuk anion exchanger (AX-01)
Arus 14 : aliran OH- dan Cl- keluar dari produk (AX-01)
Arus 15 : aliran produk masuk evaporator (EV-01)
Arus 16 : aliran air keluar evaporator (EV-01)
Arus 17 : aliran produk menuju spray dryer (SD-01)
Arus 18 : aliran udara kering menuju spray dryer (SD-01)
Arus 19 : aliran udara keluar spry dryer (SD-01)
Arus 20 : aliran produk menuju gudang
B. Data-data yang diketahui:
Kapasitas produksi : 100.000 ton/tahun
1 tahun : 330 hari
1 hari : 24 jam
Kapasitas produksi per jam : 100.000
tontah un
× 1000kgton
330h ari
tahun×
24 jamh ari
= 12626.26 kg/jam
Kadar maltodextrin dalam spek 94% 94% = produk maltodextrin
produk total
Produk maltodextrin = 12626.26 kg/jam x 94%
= 11363.634 kg/jam
= 23.67 kmol/jam
Berat Molekul
Komponen Berat Molekul (kg/kmol)
Pati Tapioka 3300
Air (H2O) 18
Maltodextrin 480
NaOH 40
HCl 36
Reaksi
3 (C6H10O5)20 + 20 H2O 20 C18H32O16
C. Bahan Baku
Spesifikasi pati tapioka
Starch : 75%
Mositure : 12%
Raw Fibre : 5%
Ash : 0.6%
Spesifikasi air
Air proses (H2O) : 100%
D. Produk
Spesifikasi produk maltodextrin yang diinginkan
Maltodextrin : 94%
Air : 0.8 %
Polisakarida : 5%
Perhitungan Bahan baku yang dibutuhkan =
3 (C6H10O5)20 + 20 H2O 20 C18H32O16
M - 1776.992
R 3.55 23.67 23.67
S - 1750.73 23.67
Mol pati awal (feed) yang masuk reaktor = 10077
x 3.55 kmol
= 4.61
3 (C6H10O5)20 + 20 H2O 20 C18H32O16
M 4.61 1776.992
R 3.55 23.67 23.67
S 1.06 1750.73 23.67
Massa pati yang dibutuhkan = 4.61 kmol /jam x 3300 kg/kmol
= 15213 kg/jam
Starch : 85% = 15213 kg/jam
Mositure (H2O) : 12% /75% x 15213 kg/jam = 2434.08 kg/jam
Raw Fibre : 5% / 75% x 15213 kg/jam = 1014.2 kg / jam
Ash : 0.2% / 75% x 15213 kg/jam = 121.704 kg/jam
Total tepung tapioka = 18782.98 kg/jam
Perhitungan Neraca Massa Tiap – Tiap Alat
1. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Mixer (MX-01)
Fungsi mixer (R-01) adalah mencampurkan pati tapioka 30% dengan air (H2O) 70%
dengan diikuti penambahan dan NaOH sebagai pengatur pH.
Tidak terjadi reaksi kimia
Basis perhitungan untuk 1 jam operasi:
Neraca Massa Total
Massa (arus 4) = Massa (arus 1) + Massa (arus 2) + Massa (arus 3)
Kebutuhan Slurry tapioka dalam MT-01
Produk maltodextrin yang terbentuk = 11363.634 kg/jam
Pati taipoka 30 % : 15213 kg/jam
Air (H2O) 70% : 7/3× 15213 kg/jam = 35497 kg/jam
Densitas slurry pati = 1076.25 kg /m3
Volume slurry = 35497 kg/jam/1076.25 kg /m3
= 32.98211 m3/jam = 32982.11 liter/jam
MX-01
1
32
4
Arus 1 terdiri atas :
Starch : 85% = 15213 kg/jam
Mositure (H2O) : 12% /85% x 15213 kg/jam = 2434.08 kg/jam
Raw Fibre : 5% / 85% x 15213 kg/jam = 1014.2 kg / jam
Ash : 0.2% / 85% x 15213 kg/jam = 121.704 kg/jam
Massa (arus 1) = 18782.98 kg/jam
Arus 2 terdiri atas :
H2O yang ditambahkan ke slurry
Massa pati (30%) = 15213 kg/jam
Massa H2O dalam slurry (70%) = 7/3× 15213 kg/jam
= 35497 kg/jam
Massa H2O yang ditambahkan = 35497 kg/jam - 2434.08 kg/jam
= 31985.863 kg/jam
Massa (arus 2) = 33062.92 kg/jam
Arus 3 terdiri atas :
a. Kebutuhan NaOH
pH pati tapioka adalah 4,5-7 selanjutnya diatur menjadi 7, maka NaOH yang ditambahkan
pH rata-rata slurry tapioka = 5,75
[H+] slurry tapioka = 5 +log 5,58 = 5,58 x 10-5 M
Jumlah mol H+ = volume x kemolaran H+
= 30414.9 liter x 1,58.10-5 M
= 0,52 mol
Untuk mencapai pH larutan 7 maka konsentrasi H+ adalah 1 x 10-7 M
Jumlah mol H+ = volume x kemolaran H+
= 30414.9 liter x 1.10-7 M
= 0,00344 kmol
Jumlah mol H+ yang dibutuhkan = jumlah mol H+ awal –jumlah mol H+ akhir
= 0,52 kmol – 0,00344 kmol
= 0,51656 kmol
Ion H+ yang bereaksi dengan NaOH berdasarkan persamaan reaksi berikut
H+(aq) + NaOH(aq) Na+(aq) + H2O(l)
Jumlah mol NaOH = jumlah kmol H+ = 0,51656 kmol
Massa NaOH = kMol × BM
= 0,51656 kmol × 40 g/mol
= 20.6624 kg/jam
NaOH kemurnian 99% = 20.6624/99% kg/jam
= 22.708 kg/jam
Massa (arus 3) = Massa NaOH
= 20.8711 kg/jam
Arus 4 terdiri atas :
pati 30 % berat
H2O 70 % berat
Massa (arus 4) = (arus 1) + (arus 2) + (arus 3)
= 18782.98 kg + 33062.92 kg +22.708 kg
= 51868.60 kg/jam
Tabel Neraca Massa di Sekitar Mixer
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 1 Arus 2 Arus 3 Arus 4
Pati 15213 15213
Ash 121.704 121.704
Fiber 1014.2 1014.2
H2O 2434.08 33062.92 35497
NaOH 20.8711 20.8711
Total 12071.777 33062.92 20.8711 45155.567
45155.567 45155.567
2. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Reaktor (R-01)
Fungsi reaktor (R-01) adalah mereaksikan pati dengan air.
Konversi reaksi sakarifikasi sebesar 77 %.
Basis perhitungan untuk 1 jam operasi
Basis 100 kmol
a. Menghitung Arus 5kebutuhan HCl untuk mengatur slurry pati dalam reaktor
Untuk mengopimalkan reaksi, pH slurry pati di dalam reaktor diturunkkan dari 7 menjadi 5
pH rata-rata slurry = 7
[H+] sirup Glukosa = -log [H+] = -log [7]
= 1 x 10-7 M
Jumlah mol H+ = volume x kemolaran H+
= 30414.9 liter x 1 x 10-7 M
= 0.0030415 mol
Untuk mencapai pH 5 maka konsentrasi
[H+] sirup Glukosa = 1 x 10-5 M
Jumlah mol H+ = volume x kemolaran H+
= 30414.9 liter x 1.10-5 M
= 0,30415 kmol
Jumlah mol H+ yang dibutuhkan = jumlah kmol H+ akhir –jumlah kmol H+ awal
= 0,30415 kmol - 0.0030415 kmol
= 0.3011085 kmol
Jumlah mol HCl 30% = jumlah kmol H+ = 0.3011085 kmol / 30%
= 1.003 kmol
Kebutuhan dalam kg = 1.003 kmol x 36 kg/kmol
= 36.133 kg/jam
b. Menghitung Arus 6
Maltodextrin yang terbentuk dari reaksi. Pati masuk : 14028.89 Kg / jam
3300 kg /kmol =4.25 kmol/jam
Reaksi
3 (C6H10O5)20 + 20 H2O 20 C18H32O16
M 4.61 1776.992
R 3.55 23.67 23.67
S 1.06 1750.73 23.67
Maltodextrin yang terbentuk = 23. 67 kmol/jam x 460 kg/kmol = 11363.634 kg/jam
H2O sisa = 1750.73 kmol/jam x 18 kg/kmol = 31513.14 kg/jam
Pati sisa = 1,06 kmol/jam x 3300 = 1122kg / jam
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 4 Arus 5 Arus 6
Pati 15213 1122
Ash 121.704 121.704
Fiber 1014.2 1014.2
H2O 35497 31513.14
NaOH 20.8711 20.8711
HCl 36.133 36.133
Maltodextrin 11363.634
Total 45155.567 36.113 45191.68
45191.68 45191.68
3. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Decolorized Tank (DC-01) Fungsi Decolrized Tank (DC-01) adalah mencuci hasil maltodextrin yang terbentuk
dengan karbon aktif sebesar 0.002 kg/liter liter dengan diikuti penambahan HCl sebagai
pengatur PH agar enzim di dalam slurry menjadi tidak aktif.
Tidak terjadi reaksi kimia
Basis perhitungan untuk 1 jam operasi:
a. Menghitung Arus 7
Densitas maltodextrin = 1.55 kg/l
Maltodextrin yang terbentuk 11363.634 kg/jam / 1.55 kg/l = 8145.97 l/jam
Kebutuhan karbon aktif untuk maltodextrin
0.002 kg/liter x 8145.97 l/jam= 16.29 kg/jam
Kebutuhan karbon aktif adalah 16.29 kg/jam
b. Menghitung Arus 8Maltodextrin dan air yang terbentuk = 39659.11 liter. Untuk menginaktifasi enzim
dibutuhkan pH 4
pH awal adalah 5, maka konsentrasi
[H+] sirup Glukosa = 1 x 10-5 M
Jumlah mol H+ = volume x kemolaran H+
= 39659.11 liter x 1.10-5 M
= 0.3965 kmol
Untuk mencapai pH 4, maka konsentrasi
DC-016 9
7 8
[H+] sirup Glukosa = 1 x 10-4 M
Jumlah mol H+ = volume x kemolaran H+
= 39659.11 liter x 1.10-4 M
= 3.965 kmol
Jumlah mol H+ yang dibutuhkan = jumlah kmol H+ akhir –jumlah kmol H+ awal
= 3.965 kmol – 0.3965 kmol
= 3.56 kmol
Jumlah mol HCl 30% = jumlah kmol H+ 3.56 kmol / 30%
= 11.89 kmol
Kebutuhan dalam kg = 11.89 kmol x 36 kg/kmol
= 428.22 kg/jam
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 6 Arus 7 Arus 8 Arus 9
Pati 1122 1122
Ash 121.704 121.704
Fiber 1014.2 1014.2
H2O 31513.14 31513.14
NaOH 20.8711 20.8711
HCl 36.133 428.22 464.353
Maltodextrin 11363.634 11363.634
Karbon Aktif 16.29 16.29
Total 45191.68 16.29 428.22
45636.19 45636.19
4. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Filter Press (FP-01)
Fungsi Filter press (FP-01) adalah memisahkan slurry maltodextrin dari komponen-
komponen lain.
Kekeringan cake keluar rotary drum vacuum filter sebesar 70%
Menghitung porositas maltodextrin
ρbulk maltodextrin = 0.489 kg/liter
ρtrue maltodextrin = 1.55 kg/liter
ρbulk = massa solid
volume solid+volumerongga= Ms
Vs+Vr = 0,5 kg/liter
ρtrue = massa solidvolume solid
=MsVs
=1,41 kg / liter
Ms = 1,41 Vs
1,41VsVs+Vr
=0,5
0,5 Vs +0,5 Vr = 1,41 Vs
0,5 Vr = 0.91 Vs
Vs = 0.43 Vr
Porositas = Vr
Vs+Vr= Vr
0.43 Vr+Vr = 0.699
Menghitung massa filtrat yang terikut dalam rongga cake per satuan waktu
(1 jam)
Komponen filtrat yang terikut dalam cake adalah ash, pati, karbon aktif, dan H2O
Massa maltodextrin dalam slurry (arus 9) = 12626,26 kg/jam
Volume maltodextrin = massa cake
ρ bulk =
2626,26 kg0,489 kg /liter
= 5370.675 liter
Volume rongga = porositas × volume maltodextrin
= 0.699 × 5370.675 liter
= 3705.766 liter
Data densitas :
ρ karbon aktif = 0.48 kg/liter
ρ ash = 2.46 kg/liter
ρ pati = 1.5 kg/liter
ρ fiber = 0.65 kg/liter
ρ H2O = 1 kg/liter
ρ NaOH = 2.13 kg/liter
ρ HCl = 1.14 kg/liter
%vol.karbon aktif =
massa karbonaktifρ karbonaktif
massa karbonaktifρ karbonaktif
+massa ash
ρ ash+
massa patiρ pati
+massa fiber
ρ fiber+
massa H 2Oρ H 2O
+massa NaOH
ρ NaOH+
massa HClρ HCl
x100%
= 16.290.75
16.290.75
+121.704
2.46+
11221.5
+1014.2
0.65+
31513.141
+20.8711
2.13+
464.3531.14
x 100%
= 0.063%
Volume karbon aktif = % volume karbon aktif × Volume rongga
= 0.23% × 3705.766 liter
= 2.34 liter
Massa karbon aktif = 2.34 liter x 0.48 kg/liter
= 1.129 kg/jam
%vol.ash =
massa ashρ ash
massa karbonaktifρ karbonaktif
+massa ash
ρ ash+
massa patiρ pati
+massa fiber
ρ fiber+
massa H 2Oρ H 2O
+massa NaOH
ρ NaOH+
massa HClρ HCl
x100%
= 121.704
2.4616.290.75
+121.704
2.46+
11221.5
+1014.2
0.65+
31513.141
+20.8711
2.13+
464.3531.14
x 100%
= 0.14%
Volume ash = % volume ash × Volume rongga
= 0.14% × 3705.766 liter
= 5.34 liter
Massa ash = 23.5liter x 2.46 kg/liter
= 57.92 kg/jam
%vol.pati =
massa patiρ pati
massa karbonaktifρ karbonaktif
+massa ash
ρ ash+
massa patiρ pati
+massa fiber
ρ fiber+
massa H 2Oρ H 2O
+massa NaOH
ρ NaOH+
massa HClρ HCl
x100%
= 11221.5
16.290.75
+121.704
2.46+
11221.5
+1014.2
0.65+
31513.141
+20.8711
2.13+
464.3531.14
x 100%
= 3.05%
Volume pati = % volume ash × Volume rongga
= 2.15% × 3705.766 liter
= 78.18 liter
Massa pati = 78.18 liter x 1.5 kg/liter
= 117.27 kg/jam
%vol.fiber =
massa fiberρ fiber
massa karbonaktifρ karbonaktif
+massa ash
ρ ash+
massa patiρ pati
+massa fiber
ρ fiber+
massa H 2 Oρ H 2 O
+massa NaOH
ρ NaOH+
massa HClρ HCl
x100%
= 1014.2
0.6516.290.75
+121.704
2.46+
11221.5
+1014.2
0.65+
31513.141
+20.8711
2.13+
464.3531.14
x 100%
= 4.54 %
Volume fiber = % volume ash × Volume rongga
= 4.54 % × 3705.766 liter
= 168.5 liter
Massa fiber = 168.5 liter x 0.65 kg/liter
= 109.525 kg/jam
%vol.air =
massa airρair
massa karbonaktifρ karbonaktif
+massa ash
ρ ash+
massa patiρ pati
+massa fiber
ρ fiber+
massa H 2Oρ H 2O
+massa NaOH
ρ NaOH+
massa HClρ HCl
x100%
= 31513.14
116.290.75
+121.704
2.46+
11221.5
+1014.2
0.65+
31513.141
+20.8711
2.13+
464.3531.14
x 100%
= 91.84 %
Volume air = % volume air × Volume rongga
= 91.84 % × 3705.766 liter
= 3403.6 liter
Massa air = 3403.6 liter x 1 kg/liter
= 3403.6 kg/jam
%vol NaOH=
massa NaOHρ NaOH
massa karbonaktifρ karbonaktif
+massa ash
ρ ash+
massa patiρ pati
+massa fiber
ρ fiber+
massa H 2Oρ H 2O
+massa NaOH
ρ NaOH+
massa HClρ HCl
x 100%
=
20.87112.13
16.290.75
+121.704
2.46+
11221.5
+1014.2
0.65+
31513.141
+20.8711
2.13+
464.3531.14
x 100%
= 0.028%
Volume NaOH = % volume NaOH × Volume rongga
= 0.028 % × 3705.766 liter
= 1.0633 liter
Massa NaOH = 1.0633 liter x 2.13 kg/liter
= 2.264 kg/jam
%vol HCl =
massa HClρ HCl
massa karbonaktifρ karbonaktif
+massa ash
ρ ash+
massa patiρ pati
+massa fiber
ρ fiber+
massa H 2 Oρ H 2 O
+massa NaOH
ρ NaOH+
massa HClρ HCl
x 100%
=
464.3531.14
16.290.75
+121.704
2.46+
11221.5
+1014.2
0.65+
31513.141
+20.8711
2.13+
464.3531.14
x 100%
= 1.18%
Volume HCl = % volume HCl × Volume rongga
= 1.18% × 3705.766 liter
= 44 liter
Massa HCl = 44 liter x 1.14 kg/liter
= 50.16 kg/jam
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake = 50.16 kg + 2.26 kg + 3403.6 kg + 109.52 kg +
117.27 kg + 57.92 +1.12
= 3741.855 kg
Menghitung % massa komponen filtrat dalam rongga
% massa karbon aktif = Massa karbonaktif
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake × 100 %
= 1.12 kg
3741.855 kg × 100 %
= 0.029 %
% massa ash = Massa ash
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake × 100 %
= 57.93 kg
3741.855 kg × 100 %
= 1.54 %
% massa pati = Massa pati
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake × 100 %
= 117.27 kg
3741.855 kg × 100 % = 2.12%
% massa fiber = Massa fiber
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake × 100 %
= 109.525 kg
3741.855 kg × 100 % = 1.91 %
% massa H2O = Massa H 2O
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake × 100 %
= 3403.6 kg
3741.855 kg × 100 % = 90.94 %
% massa NaOH = Massa NaOH
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake × 100 %
= 2.26 kg
3741.855 kg × 100 % = 0.060 %
% massa HCl = Massa HCl
Massa filtrat yang terikut dalam rongga cake × 100 %
= 50.16 kg
3741.855 kg × 100 % = 1.13 %
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 9 Arus 10 Arus 11
Pati 1122 1086.9936 3.5
Ash 121.704 119.829758 1.87
Fiber 1014.2 1012.2 2.5
H2O 31513.14 2855.09048 28658.04
NaOH 20.8711 20.8585773 0.01
HCl 464.353 459.105811 5.2
Maltodextrin 11363.634 11363.634
Karbon Aktif 16.29 16.2852759 0.0047
Total 45636 5542.850 40093.341
45636 45636
5. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Cation Exchanger (CE-01)
Fungsi cation exchanger (CE-01) adalah mengurangi jumlah kation (Na+) yang ada
dalam produk maltodextrin sekaligus untuk demineralisasi dan decolorisasi sirup.
Resin yang digunakan adalah resin organik yang mempunyai gugus aktif SO3H
(RSO3H). Resin ini termasuk jenis resin kation kuat(US patent 20100006091).
Basis perhitungan untuk 1 jam operasi:
Reaksi yang terjadi dalam kation exchanger adalah sebagai berikut
NaOH + RSO3H Na RSO3 + H2O
NaOH
Mol NaOH = Massa NaOH/ BM NaOH
= 0.0125 kg /40 kg/kmol
= 0,003125 kmol/jam
Reaksi :
NaOH + RSO3H Na RSO3 + H2O
0,003125 0,003125
Mol H2O yang keluar dari kation exchanger adalah 0,03125 kmol/jam.
Massa H2O = Mol H2O x BM H2O
= 0,003125 kmol/jam x 18 kg/kmol
= 0.005625 kg/jam
Massa H+ yang dilepaskan oleh resin = Mol H+ x BM H+
= 0,003125 kmol/jam x 1 kg/kmol
= 0,003125 kg/jam
Massa Na+ yang berikatan dengan resin = Mol Na2+x BM Na+
= 0,003125 x 23
= 0.0071875 kg/jam
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 11 Arus 12 Arus 13
Pati 3.5 3.5
Ash 1.87 1.87
CE-015
76
AE-016
9
8
Fiber 2.5 2.5
H2O 28658.04 0.005625 28658.04
NaOH 0.01
HCl 5.2471889 5.2471889
Maltodextrin 11363.634 11363.634
Karbon Aktif 0.0047241 0.0047241
Na+ yang
berikatan
dengan resin
0.00718
Total 40093.341 0.01252266 40093.29
40093.341 40093.341
6. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Anion Exchanger (AE-01)
Fungsi Anion exchanger (AE-01) adalah mengurangi jumlah anion (Cl-) yang ada
dalam produk fruktosa sekaligus untuk demineralisasi dan decolorisasi sirup.
Resin yang digunakan adalah resin anion lemah yaitu R-OH
Basis perhitungan untuk 1 jam operasi:
Reaksi yang terjadi dalam kation exchanger adalah sebagai berikut
HCl + R-OH R-Cl + H2O
Arus 8 terdiri atas :
Mol HCl = Massa HCl / BM HCl
= 5.247 kg /36 kg/kmol
= 0,146 kmol/jam
Reaksi :
HCl + R-OH R-Cl + H2O
0,146 0,146
Mol H2O yang keluar dari kation exchanger adalah 0.146 kmol/jam.
Massa H2O = Mol H2O x BM H2O
= 0,146 kmol/jam x 18 kg/kmol
= 2.635 kg/jam
Massa OH- yang dilepaskan oleh resin = Mol OH- x BM OH-
= (Mol H2SO4) x BM OH-
= 0.146 kmol/jam x 17 kg/kmol
= 2.46 kg/jam
Massa Cl- yang berikatan dengan resin = Mol Cl- x BM Cl-
= 0.146 kmol/jam x 35 kg/kmol
= 5.27 kg/jam
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 13 Arus 14 Arus 15
Pati 3.5 3.5
Ash 1.87 1.87
Fiber 2.5 2.5
H2O 28658.04 28658.04
HCl 5.2471889
Maltodextrin 11363.634 11363.634
Karbon Aktif 0.0047241 0.0047241
Cl- yang
berikatan
dengan resin
5.247
Total 40093.29 5.247 40088.094
40093.341 40093.341
7. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Evaporator (E-01)
Fungsi Evaporator (E-01) adalah memekatkan konsentrasi produk dengan
menguapkan sebagian air yang ada dalam produk fruktosa.
Evaporator yang dipakai adalah vakum evaporator
Basis perhitungan untuk 1 jam operasi:
Arus 8 terdiri atas :
Komponen :
Maltodextrin : 11363.634 kg/jam
Air (H2O) : 28658.04 kg/jam
Neraca Massa di sekitar evaporator
Larutan dipekatkan dari 30 % w padatan menjadi 70% w padatan keluar dari evaporator.
Arus 15 sebagian besar terdiri atas :
Maltodextrin : 11363.634 kg/jam
Air (H2O) : 28658.04 kg/jam
Air (H2O)arus 17 ; Air (H2O) arus 15 - Air (H2O) arus 16
Produk diuapkan airnya menjadi 70 % dari massa produk berarti
Massa produk (arus17) = massa produk (arus 15) x 70 %
= 40093.29 kg/jam x 70 %
= 28065.303 kg/jam
Arus 16 terdiri atas :
Massa Air (H2O) yang diuapkan 30% = 30 % x massa produk (arus 15)
= 30% x 40093.29kg/jam
= 12027.987 kg/jam
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 15 Arus 16 Arus 17
Pati 3.5 3.5
Ash 1.87 1.87
Fiber 2.5 2.5
H2O 28658.04 12027.987 16631
Maltodextrin 11363.634 11363.634
Karbon Aktif 0.0047241 0.0047241
Total 40088.094 12027.987 28002.65
40093.341 40093.341
8. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Spray Dryer (RD-01)
Fungsi Spray Dryer (SD-01) adalah menurunkan kadar air pada cake dari
59,42 % menjadi 5. % agar didapatkan padatan
Terdapat 9 % padatan maltodextrin yang terbawa udara pengering keluar Rotary Dryer.
Kadar maltodextrin minimal keluar Rotary Dryer 97 %
Udara pengering terdiri dari Air (H2O), Nitrogen (N2), dan Oksigen (O2).
Udara pengering terdistribusi hanya di arus 8 dan 9, Nitrogen dan Oksigen pada kedua
arus tersebut bersifat inert.
Komposisi udara pengering (% massa) = H2O (5 %), N2 (75,53 %) dan O2
(23,14 %)
Laju alir, komposisi dan humiditas udara pengering diperoleh dari neraca panas.
19
17 20
18
Neraca Massa Total
Massa (arus 17) + Massa (arus 18) = Massa (arus 19) + Massa (arus 20)
28002.65 + Massa (arus 18) = Massa (arus 19) + Massa (arus 20)
Massa (arus 19) = 28002.65 + Massa (arus 18) + Massa (arus 20)
Neraca Massa Komponen
Arus 17 terdiri atas:
Pati : 3,5 kg/jam
Ash : 1,87
Fiber : 2,5
H2O : 16631
Maltodextrin : 1136,.634
Karbon Aktif : 0,0047241
Arus 18 terdiri atas:
Perhitungan udara pengering yang dibutuhkan untuk pengeringan pada dryer.
Humidity udara keluar dryer pada suhu 87 oC dengan ketentuan relative humidity yang
diinginkan 50 % . Dengan menggunakan diagram psikometrik diperoleh udara keluar :
Y’19 = 0,205 kg uap air / kg uap kering
Humidity udara pengering masuk dryer pada suhu 150 oC dengan ketentuan relative humidity
yang diinginkan 5 % . Dengan menggunakan diagram psikometrik diperoleh udara pengering
masuk dryer :
Y’18 = 0,019 kg uap air / kg uap kering
Wg (Y0-Y1) = Ws ( X0 – X1)
Wg (0,205 – 0,019) = 28002,65 ( 59,42 – 5%)
Wg . 0,186 = 28002,65 x 54,42%
Wg = 81930,33 kg/jam
Dari perhitungan di atas, diperoleh laju alir udara pengering sebesar 81930,33 kg/jam
H2O
Massa H2O = % massa H2O × laju alir udara pengering
= 5% × 81930,33 kg/jam = 1680,16 kg/jam
N2
Massa N2 = % massa N2 × laju alir udara pengering
= 75,53% × 81930,33 kg/jam = 25380,48 kg/jam
O2
Massa O2 = % massa O2 × laju alir udara pengering
= 23,14% × 81930,33 kg/jam = 7775,77 kg/jam
Arus 19 terdiri atas:
Massa padatan maltodextrin arus 19 = 9 % × Massa padatan maltodextrin arus 17
= 9% × Massa (Pati + Ash + Fiber + Maltodextrin + Karbon Aktif)
= 9 % × (3,5 + 1,87 + 2,5 + 11363,634 + 0.0047241) kg/jam
= 1023,436 kg/jam
Komposisi padatan maltodextrin arus 19 (% massa) :
pati (0,0125 %)
Massa pati = % massa pati × massa padatan maltodextrin arus 19
= 0,0125 % × 1023,436 kg/jam
= 0,128 kg/jam
ash (6,68x10-3 %)
Massa ash = % massa ash × massa padatan maltodextrin arus 19
= 6,68x10-3 % × 1023,436 kg/jam
= 0,068 kg/jam
fiber (8,9x10-3 %)
Massa fiber = % massa fiber × massa padatan maltodextrin arus 19
= 8,9x10-3 % × 1023,436 kg/jam
= 0,091 kg/jam
maltodextrin (40,6 %)
Massa maltodextrin = % massa maltodextrin × massa padatan maltodextrin arus 19
= 40,6% × 1023,436 kg/jam
= 415,515 kg/jam
karbon aktif (1,69x10-5 %)
Massa karbon aktif = % massa karbon aktif × massa padatan maltodextrin arus 19
= 1,69x10-5 % × 1023,436 kg/jam
= 0,000173 kg/jam
Arus 20 terdiri atas :
Pati
Massa Pati = Massa Pati (arus 17) – Massa Pati (arus 19)
= 3,5 kg/jam – 0,128 kg/jam
= 3,372 kg/jam
Ash
Massa Ash = Massa Ash (arus 17) – Massa Ash (arus 19)
= 1,87 kg/jam – 0,068 kg/jam
= 1,802 kg/jam
Fiber
Massa Fiber = Massa fiber (arus 17) – Massa fiber (arus 19)
= 2,5 kg – 0,091 kg/jam
= 2, 409 kg/jam
maltodextrin
Massa maltodextrin = Massa maltodextrin (arus 17) – Massa maltodextrin (arus 19)
= 11363,634 kg/jam – 415,515 kg/jam
= 10948,119 kg/jam
Karbon aktif
Massa Karbon aktif = Massa Karbon aktif (arus 17) – Massa Karbon aktif (arus 19)
= 0,0047241 kg/jam – 0,000173 kg/jam
= 0,0045511 kg/jam
H2O
Massa H2O = Massa total arus 20 – massa (pati + ash + fiber + maltodextrin + karbon
aktif)
Massa total arus 20 = 100 %95 %
× Massa (pati + ash + fiber + maltodextrin + karbon aktif)
= 100 %95 %
× (3,372 + 1,802 + 2,049 + 10948,119 + 0,0045511) kg/jam
= 100 %95 %
× 10.955,9 kg/jam
= 11.532,52 kg/jam
Massa H2O = 11.532,52 – 10.955,9 kg/jam
= 576,626 kg/jam
Tabel Neraca Massa Overall di Sekitar Spray Dryer
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 17 Arus 18 Arus 19 Arus 20
Pati 3.5 0,128 3,372
Ash 1.87 0,068 1,802
Fiber 2.5 0,091 2, 409
H2O 16631 1182,846 14.925,556 576,598
N2 64844,22 64844,22
O2 19866,22 19866,22
Maltodextrin 11363.634 415,318 10948,119
Karbon Aktif 0.0047241 0,000173 0,0045511
Total 28002.65 88.852,27 102.322,39 11.532,53
113854,92 113854,92
9. Menghitung Neraca Massa di Sekitar Cyclone (CY-01)
Fungsi Cyclone (CY-01) adalah memisahkan padatan Maltodextrin yang terikut dalam
aliran udara keluar Spray Dryer.
Efisiensi Cyclone sebesar 90 %. Hal ini berarti 90 % padatan maltodextrin keluar Cyclone
(arus 22) dan 10 % padatan maltodextrin, Air, Nitrogen dan Oksigen (arus 21) dibuang ke
udara bebas.
Nitrogen dan Oksigen hanya terdistribusi pada arus 19 dan 21.
21
19 22
Neraca Massa Total
Massa (arus 19) = Massa (arus 21) + Massa (arus 22)
102.322,39 = Massa (arus 11) + Massa (arus 12)
Massa (arus 12) = 102.322,39 – Massa (arus 11)
Neraca Massa Komponen
Arus 19 terdiri atas:
Pati : 0,128
Ash : 0,068
Fiber : 0,091
H2O : 14912,54
N2 : 64844,22
O2 : 19866,22
Maltodextrin : 415,318
Karbon Aktif : 0,000173
Arus 22 terdiri atas:
Massa padatan maltodextrin arus 22 = 90% × Massa padatan maltodextrin arus 19
= 90% × Massa (pati + ash + fiber + maltodextrin + karbon aktif)
= 90% × (0,128 + 0,068 + 0,091 + 415,318 + 0,000173) kg/jam
= 0,9 × 415,606 kg/jam = 374,0454kg/jamKomposisi padatan maltodextrin arus 22 (% massa) :
pati (0,0125 %)
Massa pati = % massa pati × massa padatan maltodextrin arus 22
= 0,0125 % × 374,0454kg/jam
= 0,046751 kg/jam
ash (6,68x10-3 %)
Massa ash = % massa ash × massa padatan maltodextrin arus 22
= 6,68x10-3 % × 374,0454 kg/jam
= 0,024979 kg/jam
fiber (8,9x10-3 %)
Massa fiber = % massa fiber × massa padatan maltodextrin arus 22
= 8,9x10-3 % × 374,0454 kg/jam
= 0,033394 kg/jam
maltodextrin (40,6 %)
Massa maltodextrin = % massa maltodextrin × massa padatan maltodextrin arus 22
= 40,6% × 374,0454kg/jam
= 151,7903 kg/jam
karbon aktif (1,69x10-5 %)
Massa karbon aktif = % massa karbon aktif × massa padatan maltodextrin arus 22
= 1,69x10-5 % × 374,0454 kg/jam
= 0,000063 kg/jam
Arus 21 terdiri atas:
Pati
Massa Pati = Massa Pati (arus 19) – Massa Pati (arus 22)
= 0,128 kg/jam – 0,046751 kg/jam
= 0,081167 kg/jam Ash
Massa Ash = Massa Ash (arus 19) – Massa Ash (arus 22)
= 0,068 kg/jam – 0,024979 kg/jam
= 0,043366 kg/jam Fiber
Massa Fiber = Massa fiber (arus 19) – Massa fiber (arus 22)
= 0,091 kg – 0,000063 kg/jam
= 0,057976 kg/jam
maltodextrin
Massa maltodextrin = Massa maltodextrin (arus 19) – Massa maltodextrin (arus 22)
= 415,318 kg/jam – 151,7903 kg/jam
= 263,5279 kg/jam Karbon aktif
Massa Karbon aktif = Massa Karbon aktif (arus 19) – Massa Karbon aktif (arus 22)
= 0,000173 kg/jam – 0,033394 kg/jam = 0,00011 kg/jamH2O
Massa H2O = Massa H2O (arus 9)
= 14912,54 kg/jam
N2
Massa N2 = Massa N2 (arus 9)
= 64844,22 kg/jam
O2
Massa O2 = Massa O2 (arus 9)
= 19866,22 kg/jam
Tabel Neraca Massa Overall di Sekitar Cyclone
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Arus 19 Arus 21 Arus 22
Pati 0,128 0,081 0,046751434
Ash 0,068 0,043 0,024978623
Fiber 0,091 0,058 0,033393881
H2O 14.925,556 14.925,556
N2 64844,22 64844,22
O2 19866,22 19866,22
Maltodextrin 415,318 263,528 151,7903388
Karbon Aktif 0,000173 0,00011 0,000063
Total 102.322,39 100051,4967 151,8955257
102.322,39 102.322,39
Tabel Neraca Massa Overall
Komponen Arus (kg/jam)
1 2 3 4
Pati 15213 15213
Ash 121.704 121.704
Fiber 1014.2 1014.2
H2O 2434.08 33062.92 35497
NaOH 20.8711 20.8711
HCl
N2
O2
Maltodextrin
Karbon Aktif
Na+ yang berikatan
dengan resin
Cl- yang berikatan
dengan resin
Total 12071.777 33062.92 20.8711 45155.567
Komponen Arus (kg/jam)
5 6 7 8
Pati 1122
Ash 121.704
Fiber 1014.2
H2O 31513.14
NaOH 20.8711
HCl 36.133 36.133 428.22
N2
O2
Maltodextrin 11363.634
Karbon Aktif 16.29
Na+ yang berikatan
dengan resin
Cl- yang berikatan
dengan resin
Total 36.133 45191.68 16.29 428.22
Komponen Arus (kg/jam)
9 10 11 12
Pati 1122 1086.9936 3.5
Ash 121.704 119.829758 1.87
Fiber 1014.2 1012.2 2.5
H2O 31513.14 2855.09048 28658.04 0.005625
NaOH 20.8711 20.8585773 0.01
HCl 464.353 459.105811 5.2471889
N2
O2
Maltodextrin 11363.634
Karbon Aktif 16.2852759 0.0047241
Na+ yang berikatan
dengan resin
0.00718
Cl- yang berikatan
dengan resin
Total 45636 5542.850 40093.341 0.01252266
Komponen Arus (kg/jam)
13 14 15 16
Pati 3.5 3.5
Ash 1.87 1.87
Fiber 2.5 2.5
H2O 28658.04 28658.04 12027.987
NaOH
HCl 5.2471889
N2
O2 12027.987
Maltodextrin 11363.634 11363.634
Karbon Aktif 0.0047241 0.0047241
Na+ yang berikatan
dengan resin
Cl- yang berikatan
dengan resin
5.247
Total 40093.29 5.247 40088.094 12027.987
Komponen Arus (kg/jam)
17 18 19 20
Pati 3.5 0,128 3,372
Ash 1.87 0,068 1,802
Fiber 2.5 0,091 2, 409
H2O 16631 1182,846 14.925,556 576,598
NaOH
N2 64844,22 64844,22
O2 19866,22 19866,22
Maltodextrin 11363.634 415,318 10948,119
Karbon Aktif 0.0047241 0,000173 0,0045511
Na+ yang berikatan
dengan resin
Cl- yang berikatan
dengan resin
Total 28002.65 88.852,27 102.322,39 11.532,53
Komponen Arus (kg/jam)
21 22
Pati 0,081 0,046751434
Ash 0,043 0,024978623
Fiber 0,058 0,033393881
H2O 14.925,556
NaOH
N2 64844,22
O2 19866,22
Maltodextrin 263,528 151,7903388
Karbon Aktif 0,00011 0,000063
Na+ yang
berikatan
dengan resin
Cl- yang
berikatan
dengan resin
Total 100051,4967 151,8955257