BAB V INTI Susu Jagung [PDF]

Citation preview

BAB V NERACA MASSA DAN ENERGI



Penentuan kapasitas peralatan pabrik serta kebutuhan energi suatu pabrik, diperlukan perhitungan terhadap neraca massa dan neraca energi yang masuk dan keluar dari suatu peralatan. Kedua neraca ini sangat diperlukan dalam penentuan spesifikasi setiap peralatan proses. Jumlah panas yang dibutuhkan sesuai dengan jumlah massa yang diproses. Demikian juga ukuran peralatan ditentukan oleh jumlah massa yang harus ditangani. 5.1 Neraca Massa Neraca massa merupakan penerapan dari pada prinsip kekekalan massa pada satuan proses. Hukum kekekalan massa menyatakan bahwa ”massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan tetapi dapat dirubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain”. Perubahan dapat terjadi bila terjadi perubahan energi, tetapi dalam reaksi kimia perubahan massa kecil sekali sehingga prinsip kekekalan massa dapat diberlakukan. Hukum kekekalan massa tidak berlaku pada reaksireaksi fusi dan fisi dimana perubahan massa jauh lebih besar dari pada reaksi kimia biasa. 5.1.1 Persamaan Neraca Massa Dalam penentuan neraca massa dari suatu sistem atau peralatan diperlukan adanya batasan-batasan dari sistem yang ditinjau. Perhitungan neraca massa pada sistem kontinyu dianggap dalam keadaan tunak (steady state). Aliran proses yang mempunyai lebih dari satu komponen, perhitungan neraca masanya dilakukan pada masing-masing komponen disamping perhitungan neraca massa total. Persamaan umum untuk setiap sistem proses yang terjadi dapat ditulis : Massa keluar = massa masuk + generasi – konsumsi – akumulasi



(5.1)



Untuk proses steady state dan tidak terjadi reaksi kimia maka akumulasi, generasi dan konsumsi adalah nol. Sehingga persamaan neraca massanya dapat dituliskan : Massa keluar = Massa masuk



V-1



(5.2)



V-2



5.1.2 Langkah-langkah Pembuatan Neraca Massa Menurut Himmeblau (2004) langkah-langkah yang ditempuh dalam pembuatan neraca massa adalah sebagai berikut : 1. Menggambarkan diagram proses dengan aliran-aliran yang diperlukan; 2. Menuliskan besaran, data yang diketahui, dan data yang diperlukan pada diagram tersebut; 3. Memeriksa apakah ada komposisi atau massa pada setiap aliran yang langsung dapat diketahui atau dihitung; 4. Menetapkan dasar perhitungan, semua perhitungan bahan atau komponen harus didasarkan pada dasar yang sama; 5. Jumlah besaran yang diketahui harus dihitung tidak boleh melebihi jumlah persamaan neraca bahan independen yang ada; 6. Jika jumlah persamaan neraca massa bahan yang diketahui melebihi, perlu dipilih



persamaan-persamaan



yang



digunakan



untuk



menyelesaikan



persoalan; 7. Membuat persamaan sesuai dengan jumlah yang tidak diketahui; 8. Menyelesaikan persamaan untuk mendapatkan yang belum diketahui. Disamping itu juga dikenal cara perhitungan neraca massa menurut Reklaitis (1983), yaitu dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Menggambarkan diagram proses dengan aliran-aliran yang diperlukan; 2. Menuliskan besaran, data yang diketahui, dan data yang diperlukan dalam diagram tersebut; 3. Menentukan derajat kebebasan atau degree of freedom dari masing-masing proses dan proses secara keseluruhan; 4. Menyusun persamaan untuk menyelesaikan persoalan; 5.



Menyelesaikan persamaan yang dimulai dari proses yang derajat kebebasannya sama dengan 0 (nol);



6.



Selanjutnya disusun tabel derajat kebebasan yang baru untuk menyelesaikan persamaan yang derajat kebebasannya sama dengan nol, begitu seterusnya sehingga semua persamaan dapat diselesaikan.



V-3



5.2 Neraca Energi Neraca energi merupakan persamaan matematika yang menyatakan hubungan antara energi masuk dan energi keluar sistem. Prinsip dasar yang digunakan sesuai dengan prinsip dasar kekekalan energi, yaitu ”energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan”. Konsep neraca energi menurut Himmeblau (2004) pada dasarnya sama dengan konsep neraca massa, yaitu : E = E1 – E0



(5.3)



Keterangan : E = akumulasi energi E1 = energi masuk E0 = energi keluar Persamaan



energi



pada



proses-proses



industri



biasanya



dapat



disederhanakan untuk proses-proses tanpa akumulasi (steady state), sehingga Persamaan 5.3 diatas menjadi lebih sederhana, yaitu : E1 = E0



(5.4)



Istilah-istilah yang sering dijumpai pada perhitungan neraca energi adalah : 1. Entalpi (H), merupakan jumlah energi dalam dan perkalian antara tekanan dan volume, perubahan entalpi merupakan panas yang diserap atau panas yang dikeluarkan oleh dan dari sistem; 2. Kapasitas panas (Cp), merupakan energi yang dibutuhkan oleh suatu zat untuk menaikkan suhu 1oC, energi ini dapat diberikan dengan cara pemindahan panas dalam suatu proses tertentu; 3. Panas reaksi dan panas standar, merupakan perubahan entalpi sebelum dan sesudah reaksi terjadi, panas reaksi terjadi pada tekanan 1 atm dan temperatur 25oC; 4. P anas pembentukan standar, merupakan panas reaksi yang khusus, panas yang diperlukan untuk pembentukan senyawa dari unsurnya;



V-4



5. Panas sensibel, merupakan panas yang dibutuhkan untuk menaikkan atau menurunkan temperatur suatu zat tanpa merubah fasanya; 6. Panas laten, merupakan panas yang dibutuhkan untuk merubah fasa suatu zat tanpa menaikkan atau menurunkan temperaturnya. Untuk hasil perhitungan neraca massa dan energi pada tiap alat dapat dilihat pada Tabel 5.1 sampai Tabel 5.12, sedangkan contoh perhitungan neraca massa dan energi untuk masing-masing peralatan disajikan pada Lampiran A dan Lampiran B. 5.3 Hasil Perhitungan Neraca Massa Perhitungan neraca massa pada perencanaan pabrik susu kedelai bubuk seperti dibawah ini: Basis Perhitungan



: 1 Jam



Satuan



: kilogram (kg)



Waktu Operasi



: 330 hari



Jam Operasi



: 24 Jam/Hari



Kapasitas Produksi



: 10.000 Ton/Tahun



5.3.1 Pengupas (PE-101) Fungsi : untuk memisahkan jagung dari kulit jagung



Jagung + kulit



F1



BP - 101



F2



F3



Jagung segar



Kulit Jagung



Gambar 5.1 Blok Diagram Alat Pengupas (PE – 101)



V-5



Tabel 5.1 Neraca Massa pada Bak Pencucian (BP-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Jagung Kulit Jagung Total



Laju alir kg/jam



4500



F2



Kulit Jagung



150



150 4650



F3



Jagung Segar Total



4500 4650



5.3.2 Pemipilan (P-101) Fungsi : untuk memisahkan jagung dari tongkolnya



Jagung Segar



F1



F3



BP - 101



F2



Biji Jagung



Tongkol



Gambar 5.2 Blok Diagram Pemipilan (P – 101) Tabel 5.1 Neraca Massa pada Pemipilan (P-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Jagung



2100



F2



Tongkol



Tongkol Total



2400 4500



F3



Biji Jagung Total



5.3.3 Bak Pencucian (BP-101) Fungsi : Untuk membersihkan biji jagung dari pengotor



Laju alir kg/jam 2400 2100 4500



V-6



F2



Biji Jagung



F1



Air Pencuci



F3



BP - 101



F4



Biji Jagung



Air Pencuci + Pengotor



Gambar 5.3 Blok Diagram pada Bak Pencucian (BP – 101) Tabel 5.3 Neraca Massa pada Bak Pencucian (BP-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1 F2



Biji Jagung



2100



Pengotor Air Pencuci Total



10 1000 3110



F3 F4



Biji Jagung Air Pencuci Pengotor Total



Laju alir kg/jam 2100 1000 10 3110



5.3.4 Tangki Penghancuran/ Blending (B-101) Fungsi : Untuk Menghancurkan biji jagung



F2



Biji Jagung



F1



BP - 101



Air



F3



Slury jagung



Gambar 5.4 Blok Diagram pada Tangki Penghancuran/ Blending (BP – 101)



V-7



Tabel 5.4 Neraca Massa pada Tangki Penghancuran/ Blending (B-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Biji jagung



2100



F2



Air



16800



Total



18900



F3



Slury Jagung Total



Laju alir kg/jam 18900 18900



5.3.5 Tangki Perebusan (Co-101) Fungsi : Untuk merebus /memasak Slurry Jagung



Slury Jagung



F1



F3



BP - 101



F2



Slury Jagung



Air



Gambar 5.5 Blok Diagram Tangki Perebusan (Co-101) Tabel 5.5 Neraca Massa pada Tangki Perebusan (Co-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Slury Jagung Total



18900 18900



F2 F3



Air Slury Jagung Total



5.3.6 Vibrating Screen Filter (VSF-101) Fungsi : Untuk memisahkan antara susu dan ampas jagung



Laju alir kg/jam 10 18890 18900



V-8



F1



Slury Jagung



F3



F2



Susu Jagung



Ampas



Gambar 5.6 Blok Diagram Vibrating Screen Filter (VSF-101) Tabel 5.6 Neraca Massa pada Vibrating Screen Filter (VSF-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Slury Jagung



F2



18890



F3



18890



Total



Ampas Susu Jagung Total



Laju alir kg/jam 800 18090 18890



5.3.7 Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101) Fungsi : Untuk Mencampurkan bahan aditif (gula dan susu skim) ke dalam susu jagung F2



Susu jagung



1



F



Gula



F3



Susu Jagung (Produk)



BP - 101



F3



Susu Skim



Gambar 5.7 Blok Diagram Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101)



V-9



Tabel 5.7 Neraca Massa pada Tangki Pencampuran/ Mixer (M-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Susu jagung



F2



Gula



F3



Susu skim



18090 2713.5



F3



Susu Jagung



24421,5



3618 24421,5



Total



Laju alir kg/jam



Total



24421,5



5.3.8 Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101) Fungsi : Untuk mensterilkan susu dari bakteri dan mengawetkan susu



F1



Susu jagung



F3



F2



Susu Jagung



Air



Gambar 5.8 Blok Diagram Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101) Tabel 5.8 Neraca Massa pada Tangki Pemanasan/ Pasteurisasi (TP-101) Masuk Laju alir Keluar Laju alir kg/jam kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Susu jagung Total



24421.5 24421,5



F2 F3



Air Susu Jagung Total



5,5 24416 24421,5



5.3.9 Tangki Evaporator (TE-101) Fungsi : Untuk menguapkan kadar air di dalam susu cair sehingga menjadi Mother liquor



V-10



F1



Susu jagung



F3 Mother liquor



F2



Air



Gambar 5.9 Blok Diagram Tangki Evaporator (TE-101) Tabel 5.9 Neraca Massa pada Tangki Evaporator (TE-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Susu jagung



F2



24416



F3



24416



Total



Air Susu Jagung Total



Laju alir kg/jam 13916 10500 24416



3.5.10 Spray dryer (SP-101) Fungsi : Untuk merubah susu cair menjadi susu bubuk F3 Susu Bubuk



F1



Susu jagung



F2



Air



Gambar 5.10 Blok Diagram Spray dryer (SP-101) Tabel 5.10 Neraca Massa pada Spray dryer (SP-101) Masuk Laju alir Keluar kg/jam Aliran Komponen Aliran Komponen F1



Susu jagung Total



10500 10500



F2 F3



Air Susu Jagung Total



Laju alir kg/jam 500 10000 10500



V-11



Sarah nadia. https://www.academia.edu/4508781/BAB_V_INTI_susu_jagung