Soal-Jawab Dan Tugas SOIP I Kls D Dan E [PDF]

Citation preview

Soal - Satuan Operasi Industri Pangan I 1. Percobaan penyaringan bubur buah menggunakan filter press pada tekanan konstan yaitu 34,5 kPa dengan luas penyaringan 0,093 m2. Bubur buah yang disaring memiliki suhu 300 K dan konsentrasi padatan di dalam bubur buah sebesar 13,9% berat. Perbandingan massa cake basah terhadap cake kering adalah 1,59 dan kerapatan cake kering adalah 1017 kg/m 3. Data percobaan yang diperoleh adalah sbb : W = Berat Filtrat (kg) t = Waktu Filtrasi (detik) 0,90 23 1,80 70 2,71 145 3,62 243 4,53 371 5,43 523 6,34 689 7,25 887 8,15 1187 Tentukan : Tahanan spesifik cake dan tahanan medium filter 2. Slurry mengandung partikel-partikel bahan makanan yang mempunyai diameter 5 x 10 -2 mm dan partikel-partikel tersebut dipisahkan menggunakan sentrifugasi. Kerapatan partikel adalah 1050 kg/m 3 dan kerapatan larutan 1000 kg/m 3. Viskositas cairan adalah 1,2 x 10-3 Pa.s dan kecepatan perputaran sentrifugasi yang digunakan adalah 3000 rpm. Dimensi dari bowl yang digunakan adalah b = 100,1 mm, r 1 = 5,00 mm dan r2 = 30,0 mm. Tentukan laju alir volumetrik (m3/detik) cairan yang dipisahkan dari partikel-partikel tersebut. 3. Hati ikan segar mengandung minyak sebanyak 25,7% berat akan diekstraksi dengan menggunakan pelarut etil eter murni. Proses ekstraksi dilakukan banyak tahap serta umpan dan pelarut yang masuk ke dalam ekstraktor berlawanan arah, diharapkan 95% minyak dalam hati ikan terekstraksi. Laju umpan (hati ikan segar) yang masuk ke dalam ekstraktor adalah 1000 kg/jam. Ekstrak yang keluar (overflow) mengandung 70% berat minyak, dan data ekstraksi yang diperoleh adalah sebagai berikut : N (kg inert solid/kg larutan tertahan) 4,88 3,50 2,47 1,67 1,39



yA (kg oil/kg larutan) 0 0,20 0,40 0,60 0,81



Tentukan : Jumlah dan komposisi ekstrak yang yang dihasilkan dan jumlah tahap ekstraksi yang diperlukan. 4. Hot water in open storage tank at 82,2OC is being pumped at the rate of 0,379 m 3/min from this storage tank. The line from the storage tank to the pump suction is 6,1 m of 2in. schedule 40 steel pipe and it contains three elbows. The discharge line after the pump is 61 m of 2-in. pipe and contains two elbows. The water discharges to atmosphere at a height of 6,1 m above the water level in the storage tank. a) Calculate all frictional losses  F b) Make a mechanical-energy balance and calculate Ws of the pump in J/kg c) What is the kW power of the pump if its efficiency is 75%



JAWABAN SOAL 1. Diketahui : Luas filter (A) = 0,0929 m2 Tekanan filtrasi (− P) = 34,5 k Pa = 34,5 x 1000 = 34.500 N/m2 Fraksi massa padat dalam slurry (Cx) = 13,9% = 0,139 Rasio masa cake basah/cake kering (m) = 1,60 Kerapatan cake kering (ck) = 1017 kg/m3 Suhu slurry = 300 K Data percobaan penyaringan sbb : W = Berat Filtrat (kg) 0,90 1,80 2,71 3,62 4,53 5,43 6,34 7,25 8,15



t = Waktu Filtrasi (detik) 23 70 145 243 371 523 689 887 1187



Ditanya : Tahanan spesifik cake () dan tahanan medium filter (Rm) Jawab : Sifat fisik filtrat diasumsikan sama dengan sifat air pada suhu 300 K Kerapatan dan viskositas filtrat pada suhu 300 K : f300K = 996,198 kg/m3 (App. A.2-3) f300K = 0,8520 x 10-3 kg/m s (App. A.2-4) Konsentrasi slurry (Cs) :



 filtrat C x



Cs =



1 − mC x



=



996,198 x0,139 = 177 ,76 kgbahanpadat / m 3 filtrat 1 − (1,59)(0,139 )



Grafik hubungan (t/W) terhadap (W) adalah : 160,0 140,0



t / W (detik/kg)



120,0 100,0



120,1



80,0



Slope = tg  = K/2



60,0 40,0



7,25



20,0 0,0 0,90



1,80



2,70



3,60



4,50



5,40



6,30



7,20



W = Berat Filtrat (kg)



Slope = tg  = (120,1/7,25) = 16,5640 Kp = 2 x 16,5640 = 33,128 detik/m6



Kp =



c s A 2 (−p)



= 33,128 =



Tahanan spesifik cake () :  = 65128,65 m/kg Intercept (B) = 25,6 s/m3



(0,8520 x10 −3 ) (177 ,76) (0,0929 ) 2 (34.500 )



8,10



9,00



B=



Rm A( − p )



= 25,6 =



(0,8520 x10 −3 ) Rm (0,0929 )(34.500 )



Tahanan medium filter (Rm) : Rm = 96.301.971,83/m 2. Diketahui : Diameter partikel (Dp) = 5 x 10-2 mm Kerapatan partikel (p) = 1050 kg/m3 Kerapatan larutan (l) = 1000 kg/m3 Viskositas larutan (l) = 1,2 x 10-3 Pa s = 1,2 x 10-3 kg/m detik Kec. Rotasi (N) = 3000 rpm Tinggi bowl (b) = 100,1 mm r1 = 5,0 mm ; r2 = 30,0 mm Tentukan laju alir volumetrik (m 3/detik) cairan yang dipisahkan dari partikel-partikel tersebut. Jawab : Kecepatan sudut () = (2 N/60) = (2 x 3,14 x 3000)/60 = 314 rad/detik Laju alir volumetrik (q ; m 3/detik)



q=



q=



 2 (  p −  l ) D p2 [b(r22 − r12 )] 18 ln( r2 / r1 )



314 2 (1050 − 1000 )kg / m 3 (0,00005 ) 2 m [3,14 x0,1001(0,03 2 − 0,005 2 )m] −3 18(1,2 x10 kg / m det) ln( 0,03m / 0,005 m)



q = 8,7581 x 10-5 m3/detik 3. Diketahui : Minyak dalam hari ikan (LA)O = 25,7% Minyak yang terekstraksi = 95% Minyak yang tidak terekstraksi = 5% Ekstrak yang keluar mengandung minyak = 70% Laju umpan hati ikan (LO) = 1000 kg/jam Data ekstraksi yang diperoleh adalah sebagai berikut : N (kg inert solid/kg larutan tertahan) 4,88 3,50 2,47 1,67 1,39



yA (kg oil/kg larutan) 0 0,20 0,40 0,60 0,81



Tentukan : Jumlah dan komposisi ekstrak yang yang dihasilkan dan jumlah tahap ekstraksi yang diperlukan. Jawab : V1, X1



YO, NO LO, BO



VN+1 , XN+1 Ekstraksi banyak tahap



YN, NN L N, B



LO = 1000 kg ; YAO = 1 ; X1 = 0,70 Berat minyak dalam hati ikan (LA)O = 0,257 x 1000 = 257 kg Berat minyak yang terekstraksi = 0,95 x 257 = 244,15 kg Berat minyak yang tidak terekstraksi ke underflow = 0,05 x 257 = 12,85 kg



Ekstrak yang keluar mengandung minyak 70%, maka : Berat larutan keluar (overflow) V1 = (244,15/0,70) = 348,79 kg Berat ampas (inert) B : B = NO LO B = (1 – 0,257) 1000 = 743 kg LN = B + Minyak tidak terekstraksi LN = 743 +12,85 = 755,85 kg Neraca Komponen Minyak : (LA)O YAO + VN+1 XAN+1 = LN YAN + V1 XA1 = M XAM (257 x 1) + (VN+1 x 0) = (755,85 x YAN) + (348,79 x 0,7) YAN = 0,0167  0,017 (Fraksi minyak dalam ampas) Atau : YAN = [(1 – 0,95) x 0,257]/[(1 – 0,95) x 0,257] + [(0,743)] = 0,0167  0,017 Komposisi dan jumlah aliran yang keluar (overflow) : V1 = 348,79 kg X1 = 0,70 LN = 755,85 kg YAN = 0,017 L N + V1 = M M = 755,85 + 348,79 = 1104,64 kg LN YAN + V1 XA1 = M XAM 75,85 x 0,017 + 348,79 x 0,70 = 1104,64 x X AM XAM = 0,233 B = NM M 743 = NM x 1104,64 NM = 0,673 B = NO LO 743 = NO x 257 NO = 2,89 kg padatan/kg larutan (LA)O YAO + VN+1 XAN+1 = M XAM 257 x 1 + (1104,64 – 1000) x XAN + 1 = 1104,64 x 0,233 XAN + 1 = 0,0036  0,004 (Fraksi minyak akhir dalam campuran) Banyak tahap ekstraksi : 4,88



Tahap ekstraksi  11



L11



N 3,50 LO 2,47 L1



1,67 1,39



0,004



M



0,1



0,2



0,3



0,4



0,5



0,6



0,7



0,8



0,9 1,0 YA ; XA



Soal - Satuan Operasi Industri Pangan I Kerjakan soal-soal di bawah ini dengan nilai maksimum. 1. Bubur serpihan kacang kedelai dengan berat total 100 kg mengandung 75% padatan inert dan 25% larutan yang terdiri dari 10% berat minyak serta 90% berat pelarut heksana. Bubur ini dikontakkan dengan 100 kg pelarut murni heksana pada ekstraksi satu tahap sehingga nilai N yang keluar pada aliran underflow yaitu 1,5 kg padatan tidak terlarut/kg larutan tertahan dalam padatan. Tentukan : Jumlah dan komposisi dari aliran overflow (V1) dan underflow (L1) yang keluar dari proses ekstraksi. 2. Suatu industri minuman melakukan pemisahan padatan yang terkandung di dalam cairan sari buah. Konsentrasi bahan padatan di dalam sari buah sebesar 0,5 kg/liter dan penyaringan berlangsung pada suhu 27 oC, tekanan konstan yaitu 2 atm dan laju alir filtrat semakin lama semakin lambat. Luas total permukaan filter sebesar 10 m 2 dan viskositas filtrat sari buah dianggap sama dengan viskositas air pada suhu proses penyaringan. Data percobaan penyaringan adalah sebagai berikut : Waktu Filtrasi (jam) 0 1 2 3 4 5 6



Volume Filtrat (Liter/jam) 1080 1044 900 756 612 432 216



Tentukan : Besarnya tahanan medium filter (Rm) dan tahanan spesifik cake () 3. Suatu larutan di dalam tangki yang terletak ditempat rendah dipompakan ke dalam tangki penyimpanan yang letaknya lebih tinggi. Beda tinggi permukaan larutan pada kedua tangki diperkirakanctetap yaitu sebesar 50 ft dan kerapatan larutan yang dipompakan yaitu 78,038 lbm/ft3. Jika kehilangan energi total akibat gesekan sebesar 7,5 ft-lbf/lbm. Tentukan : Daya pompa teoritik untu pemompaan jika efisiensi sebesar 0,75%. Pipa hisap berukuran 3 in SN 40 dan pipa keluar dari pompa berukuran 2 in SN 40. Laju alir hisap larutan oleh pompa adalah 3 ft/detik dan tangki kedua-duanya dalam keadaan terbuka. 4. Agitator dengan tipe anchor digunakan untuk mengaduk fluida yang mempunyai viskositas 100 Pa.s dan kerapatan 980 kg/m3. Diameter tangki (D t) adalah 0,90 m dan tinggi tangki (H) adalah 0,90 m. Anchor berputar dengan kecepatan 50 rpm, tentukan daya yang diperlukan dalam pengadukan. 5. Two centrifuges rotate at the same peripheral velocity of 53.34 m/s. The first bowl has a radius of r1 = 76.2 mm and the second r2 = 305 mm. Calculate the rev/min and the centrifugal force developed in each bowl. 6. Slurry mengandung partikel-partikel bahan makanan yang mempunyai diameter 5 x 10 -2 mm dan partikel-partikel tersebut dipisahkan menggunakan sentrifugasi. Kerapatan partikel adalah 1050 kg/m 3 dan kerapatan larutan 1000 kg/m 3. Viskositas cairan adalah 1,2 x 10-3 Pa.s dan kecepatan perputaran sentrifugasi yang digunakan adalah 3000 rpm. Dimensi dari bowl yang digunakan adalah b = 100,1 mm, r 1 = 5,00 mm dan r2 = 30,0 mm. Tentukan laju alir volumetrik (m 3/detik) cairan yang dipisahkan dari partikel-partikel tersebut.



JAWABAN SOAL



1. Diketahui : Berat bahan total (Lo) = 100 kg Terdiri dari = 75 kg bahan padat dan 25 kg larutan Larutan mengandung = 10% berat minyak dan 90% berat pelarut Pelarut yang digunakan heksana murni sebanyak 100 kg Ditanya : Jumlah dan komposisi overflow (V1) dan underflow (L1) Jawab : Sketsa proses ekstraksi satu tahap : Ekstrak



Pelarut



V1, x1



Ekstraktor



Slurry Lo, No, yo, B



V2, x2 Slurry L1, N1, y1, B



Pelarut yang masuk ke dalam ekstraktor : V2 = 100 kg xA2 = 0 xC2 = 1 (pelarut murni) Slurry yang masuk ke dalam ekstraktor : Lo = 100 kg B = 75 kg Larutan (A + C) = 25 kg Jumlah minyak di dalam slurry (LOA) = 10% x 25 = 2,5 kg Jumlah pelarut di dalam slurry = (25 – 2,5) = 22,5 kg NO = (75/25) = 3 kg padatan/kg larutan YAO =[(kg A)/(kg A + kg C)] = [kg solute/kg larutan] = [(2,5)/(25)] = 0,1 (liquid in slurry) Lokasi titik campuran : LAO + V2 = L1 + V1 = M LAO + V2 = M



2,5 + 100 = M



Fraksi minyak dalam campuran : LAO YAO + V2 XA2 = M XAM 2,5 0,1 + 100 x 0 = 102,5 XAM Lokasi ordinat campuran : B = NOLO atau B = NMM



M = 102,5 kg



XAM = 0,0024



75 = NM102,5



NM = 0,731



Jumlah aliran underflow dan overflow yang keluar dari ekstraktor : B = N1 L1 75 = 1,5 L1 L1 = 50 kg (aliran underflow) L 1 + V1 = M 50 + V1 = 102,5 V1 = 52,5 kg (aliran overflow) Komposisi underflow dan overflow = 0,0024



2. Diketahui : Konsentrasi padatan dalam slurry (CS) = 0,5 kg/liter = 500 kg/m 3 (- p) = 2 atm = 202,65 kN/m 2 Luas permukaan filter (A) = 10 m 2 Viskositas filtrat sama dengan viskositas air pada suhu 27 OC, yaitu :  filtrat = 0,8549 x 10-3 kg/m detik Ditanya : Tahanan spesifik cake () dan tahanan medium filter (Rm) Jawab : Data percobaan penyaringan sebagai berikut :



Waktu Filtrasi (jam) 0 1 2 3 4 5 6



Volume Filtrat (liter/jam)



Waktu filtrasi (detik)



Volume Filtrat (m3/detik)



t/V (detik/m3)



1080 1044 900 756 612 432 216



0 1 2 3 4 5 6



30 x 10-5 29 x 10-5 25 x 10-5 21 x 10-5 17 x 10-5 12 x 10-5 6 x 10-5



0 3448 8000 14286 23529 41667 100000



100000 90000 80000



t/v (detik/m3)



70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000







0 0



0,00006



0,00012



0,00018



0,00024



Volume Filtrat (m3)



Grafik Percobaan Penyaringan dari Data Di atas Slope = tg  = [Y/X] = [(7900 – 0)/(0,00025 – 0,00006)] = 42.105.263 Slope = [Kp/2] 42.105.263 = Kp/2 Kp = 2 x 42.105.263 = 84.210.526 Tahanan spesifik cake () : Kp = [(  CS)/(A2)(-p)] 84.210.526 = [(0,8549 x 10-3 x  x 500)/(100)(202,65)]  = 3,992 x 1012 m/kg Tahanan medium filter (Rm) : B = [( Rm)/(A)(-p)] 7900 = [(0,8549 x 10-3 x Rm)/(10)(202,65)] Rm = 18,73 x 1011 m-1



0,0003



Soal - Satuan Operasi Industri Pangan I (Tugas) dikumpulkan 1.



Agitator dengan tipe anchor digunakan untuk mengaduk fluida yang mempunyai viskositas 100 Pa.s dan kerapatan 980 kg/m3. Diameter tangki (Dt) adalah 0,90 m dan tinggi tangki (H) adalah 0,90 m. Anchor berputar dengan kecepatan 50 rpm, tentukan daya yang diperlukan dalam pengadukan.



2.



Buah kelapa sawit yang telah disterilisasi dilakukan pengepresan dan filtrasi untuk mengambil minyak yang ada di dalam kelapa sawit tersebut. Filtrasi dilakukan pada tekanan tetap sebesar 16,76 kPa melalui suatu filter percobaan yang luasnya 0,5 m 2 dan data percobaan diperoleh persamaan filtrasi sebagai berikut. t detik = 10,3 x10−3 V + 3,7 x 10−2 ( ) V liter Bila hancuran buah kelapa sawit sebanyak 10 ton yang mengandung 25% berat minyak dan diharapkan 85% minyak yang terdapat di dalam hancuran buah kelapa sawit keluar disaring melalui sweetland filter yang luasnya 15 m2 dengan kondisi yang sama pada filtrasi percobaan. Minyak yang masih tersisa di dalam ampas yang keluar dari proses penyaringan kemudian dilakukan proses ekstraksi. Umpan yang masuk ke dalam ekstraktor sebanyak 7875 kg dengn kandungn minyak 14,76%. Ekstrasi dilakukan banyak tahap dan setiap ekstrak yang keluar, underflow mengandung 0,05 kg minyak/100 kg padatan inert. Pelarut yang digunakan adalah n-heksana murni sebanyak 7875 kg. Percobaan memberikan kg padatan inert/kg larutan tertahan versus yA (fraksi minyak) dalam larutan sebagai berikut. yA N



0 4,0



0.2 3,0



0.4 2,5



0.6 2,0



0.8 1,5



Tentukan : a. Waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh 2.151,90 liter minyak pada proses filtrasi. b. Jumlah dan komposisi bahan yang keluar serta tahap ekstraksi.