![Usu [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/usu.jpg)
15 0 2 MB
PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOETANOL DARI MOLASE KAPASITAS PRODUKSI 98.000 TON/TAHUN Diajukan Untuk Memenuhi Persyaratan Ujian Sarjana Teknik Kimia
OLEH : Nursinta Tarigan NIM : 060425010
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
ABSTRAK
Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol dari Molase berkapasitas 98.000 ton/tahun dan pabrik beroperasi 300 hari pertahun. Proses yang digunakan dalam pra rancangan pabrik ini adalah : -
Hidrolisa sukrosa menjadi glukosa pada suhu 40 oC.
-
Fermentasi glukosa menjadi etanol pada suhu 30 oC.
-
Pada destilasi dilakukan proses pemekatan etanol dengan konsentrasi yang diharapkan yaitu 96 %. Lokasi pabrik direncanakan di Asahan, Propinsi Sumatera Utara, dengan luas
areal 29.000 m2. Tenaga kerja yang dibutuhkan 155 orang dengan bentuk badan usaha Perseroan Terbatas (PT). Struktur organisasi berbentuk garis yang dipimpin oleh seorang direktur utama. Hasil analisa ekonomi Pabrik Pembuatan Bioetanol dari Molase sebagai berikut : •
Modal Investasi
: Rp. 1.548,795.855.103,96,-
•
Biaya Produksi
: Rp. 3.862.680.941.112,04,-
•
Hasil Penjualan
: Rp. 4.347.239.543.726,24,-
•
Laba Bersih
: Rp. 339.278.521.829,94,-
•
Profit Margin
: 11,15 %
•
Break Event Point
: 29,54 %
•
Return On Investment
: 21,91 %
•
Return On Network
: 15,63 %
•
Pay Out Time
: 4,56 tahun
•
Internal Rate of Return
: 36,012 %
Dari analisa aspek ekonomi dapat disimpulan bahwa Pabrik Pembuatan Bioetanol dari Molase ini layak untuk didirikan.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur, Penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa karena oleh kasih dan karunia-Nya Penulis akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul : PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOETANOL DARI MOLASE KAPASITAS PRODUKSI 98.000TON/TAHUN. Tugas Akhir ini dikerjakan sebagai syarat untuk kelulusan dalam sidang sarjana. Selama mengerjakan Tugas akhir ini penulis begitu banyak mendapatkan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr. Ir. Irvan, Msi sebagai Dosen Pembimbing I dan juga sebagai Koordinator Tugas Akhir Departemen Teknik Kimia FT USU yang telah membimbing dan memberikan masukan selama menyelesaikan tugas akhir ini. 2. Ibu Mersi Suriani Sinaga, ST MT sebagai Dosen Pembimbing II yang telah memberikan arahan selama menyelesaikan tugas akhir ini. 3. Ibu Ir. Renita Manurung, MT sebagai Ketua Departemen Teknik Kimia FT USU. 4. Seluruh Dosen Pengajar Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan ilmu kepada penulis selama menjalani studi. 5. Para pegawai administrasi Departemen Teknik Kimia yang telah memberikan bantuan kepada penulis selama mengenyam pendidikan di Deparetemen Teknik Kimia. 6. Dan yang paling istimewa Orang tua penulis yaitu Ibunda S.Ginting dan Ayahanda N.Tarigan, yang tidak pernah lupa memberikan motivasi dan semangat kepada penulis. 7. Kakak, abang dan adik tercinta yang selalu mendoakan dan memberikan semangat. 8. Teman-teman stambuk ‘06 tanpa terkecuali. Thanks buat kebersamaan dan semangatnya. 9. Teman seperjuangan Rabiyatul adawiyah sebagai partner penulis dalam penyelesaian Tugas Akhir ini.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
10. Seluruh Pihak yang tidak dapat disebutkan satu per satu namanya yang juga turut memberikan bantuan kepada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih terdapat banyak kekurangan dan ketidaksempurnaan. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun demi kesempurnaan pada penulisan berikutnya. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Juni 2009 Penulis,
Nursinta Tarigan 060425010
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
DAFTAR ISI
Kata Pengantar.............................................................................................. i Intisari ......................................................................................................... ii Daftar Isi....................................................................................................... iii Daftar Tabel.................................................................................................. ix Daftar Gambar .............................................................................................. xiii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................. I-1 1.1 Latar Belakang ............................................................................ I-1 1.2 Rumusan Permasalahan ............................................................... I-2 1.3 Tujuan Perencanaan Pabrik .......................................................... I-2 1.4 Manfaat Rancangan ..................................................................... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... II-1 2.1 Molase ......................................................................................... II-1 2.2 Etanol .......................................................................................... II-2 2.2.1 Kegunaan Etanol.................................................................... II-3 2.2.2 Syarat Mutu Etanol ............................................................... II-3 2.2.3 Sifat-Sifat Fisika Etanol ......................................................... II-4 2.2.4 Sifat-Sifat Kimia Etanol ......................................................... II-4 2.3 Pembuatan Bioetanol ................................................................... II-5 2.4 Deskripsi Proses .......................................................................... II-7 BAB III NERACA MASSA.......................................................................... III-1 3.1 Screening (SC-101) ..................................................................... III-1 3.2 Reaktor (R-101)........................................................................... III-1 3.3 Fermentor (F-101) ....................................................................... III-2 3.4 Tangki penampung ...................................................................... III-2 3.5 Filter Press (FP-101).................................................................... III-3 3.6 Destilasi (MD-101) ...................................................................... III-3 BAB IV NERACA PANAS .......................................................................... IV-1 4.1 Reaktor (R-101)........................................................................... IV-1 4.2 Sterilisasi (TS-101)...................................................................... IV-1
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
4.3 Cooler (C-101) ............................................................................ IV-2 4.4 Fementor (R-102) ........................................................................ IV-2 4.5 Heater (H-101) ............................................................................ IV-2 4.6 Kondensor (K-101)...................................................................... IV-3 4.7 Reboiler(R-101)........................................................................... IV-3 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN .......................................................... V-1 BAB VI INSTRUMENTASI PERALATAN ................................................ VI-1 6.1 Instrumentasi ............................................................................... VI-1 6.2 Keselamatan Kerja secara Umum ................................................ VI-9 BAB VII UTILITAS ..................................................................................... VII-1 7.1 Kebutuhan Uap ............................................................................ VII-1 7.2 Kebutuhan Air ............................................................................. VII-2 7.2.1 Unit Pengolahan Air .............................................................. VII-3 7.2.1.1 Pengendapan .................................................................... VII-5 7.2.1.2 Klarifikasi ........................................................................ VII-5 7.2.1.3 Filtrasi ............................................................................. VII-5 7.2.1.4 Demineralisasi ................................................................. VII-6 7.2.1.5 Deaerasi ........................................................................... VII-10
7.3 Kebutuhan Bahan Kimia .............................................................. VII-10 7.4 Kebutuhan Listrik ........................................................................ VII-10 7.5 Kebutuhan Bahan Bakar .............................................................. VII-11 7.6 Unit Pengolahan .......................................................................... VII-12 7.6.1 Perhitungan Total Air Buangan Pabrik ................................... VII-13 7.6.2 Perkiraan Dimensi Bak .......................................................... VII-14 7.6.3 Pengolahan Limbah Dengan Activated Sludge ....................... VII-16 7.7 Spesifikasi Peralatan Utilitas ....................................................... VII-24 BAB VIII LOKASI DAN TATA LETAK PABRIK...................................... VIII-1 8.1 Gambaran Umum ........................................................................ VIII-1 8.2 Lokasi pabrik ............................................................................... VIII-1 8.2.1 Faktor Primer ......................................................................... VII-2 8.2.2 Faktor Sekunder..................................................................... VII-4
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
8.3 Tata Letak pabrik ......................................................................... VIII-6 8.4 Perincian Luas Tanah .................................................................. VIII-8 BAB IX ORGANISASI DAN MANAJEMEN PERALIHAN ...................... IX-1 9.1 Organisasi Perusahaan ................................................................ IX-1 9.1.1 Bentuk Organisasi Garis ........................................................ IX-2 9.1.2 Bentuk Organisasi Fungsional................................................ IX-2 9.1.3 Bentuk Organisasi Garis dan Staf........................................... IX-3 9.1.4 Bentuk Organisasi Fungsional Dan Staf ................................. IX-3 9.2 Manajemen Perusahaan ............................................................... IX-3 9.3 Bentuk Hukum dan Badan Usaha ................................................ IX-4 9.4 Uraian Tugas, Wewenang Dan Tanggung Jawab ......................... IX-6 9.4.1 Rapat Umum Pemegang Saham (RUPS) ................................ IX-6 9.4.2 Direktur ................................................................................. IX-6 9.4.3 Seketaris ................................................................................ IX-7 9.4.4 Manajer Pemasaran ................................................................ IX-7 9.4.5 Manajer Keuangan ................................................................. IX-7 9.4.6 Manejer Personalia ................................................................ IX-7 9.4.7 Manejer Produksi................................................................... IX-7 9.4.8 Manejer Teknik ..................................................................... IX-8 9.4.9 Kepala Bagian Pembelian dan Penjualan................................ IX-8 9.4.10 Kepala Bagian Pembukuan dan Perpajakan .......................... IX-8 9.4.11 Kepaa Bagian Kepegawaian dan Humas .............................. IX-8 9.4.12 Kepala Bagian Mesin dan Listrik ......................................... IX-8 9.4.13 Kepala Bagian Proses .......................................................... IX-8 9.4.14 Kepala Bagian Utilitas ......................................................... IX-9 9.5 Sistem Kerja ................................................................................ IX-9 9.5.1 Karyawan Non-Shift .............................................................. IX-9 9.5.2 Karyawan Shift ...................................................................... IX-9 9.6 Jumlah Karyawan Dan Tingkat Pendidikan ................................. IX-10 9.7 Sistem Penggajian ....................................................................... IX-12 9.8 Kesejahteraan karyawan .............................................................. IX-12 BAB X ANALISA EKONOMI ..................................................................... X-1
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
10.1 Modal Investasi ......................................................................... X-1 10.1.1 Modal Investasi Tetap/ Fixed Capital Investmen (FCI) ........... X-1 10.1.2 Modal Kerja/ Working Capital (WC) ...................................... X-3 10.2 Biaya Produksi Total ................................................................. X-4 10.2.1 Biaya Tetap.......................................................................... X-4 10.2.2 Biaya Variabel ..................................................................... X-4 10.3 Total Penjualan .......................................................................... X-5 10.4 Perkiraan Rugi/laba Usaha ......................................................... X-5 10.5 Analisa Aspek Ekonomi ............................................................ X-5 10.5.1 Profit Margin ....................................................................... X-5 10.5.2 Break Event Point ................................................................ X-5 10.5.3 Return on Investment ........................................................... X-6 10.5.4 Pay Out Time ....................................................................... X-6 10.5.5 Return on Network............................................................... X-7 10.5.6 Internal Rate of Return......................................................... X-7 BAB XI KESIMPULAN............................................................................... XI-1 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C LAMPIRAN D LAMPIRAN E
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
DAFTAR TABEL
Tabel 1.2 Produksi Etanol dari Molase secara Nasional................................. I-2 Tabel 2.1 Data Peningkatan Produksi Molase ................................................ II-2 Tabel 2.2 Sifat-Sifat Fisika Etanol................................................................. II-4 Tabel 2.3 Sifat-Sifat komposisi Molase ......................................................... II-5 Tabel 3.1 Screening (101) ............................................................................. III-1 Tabel 3.2 Reaktor (101) ................................................................................ III-1 Tabel 3.3 Fermentor...................................................................................... III-2 Tabel 3.4 Tangki Penampungan .................................................................... III-2 Tabel 3.5 Filter Press (101) ........................................................................... III-3 Tabel 3.5 Destilasi (101) ............................................................................... III-3 Tabel 4.1 Reaktor (101) ................................................................................ IV-1 Tabel 4.2 Sterilisasi (TS-101)........................................................................ IV-1 Tabel 4.3 Cooler (C-101) .............................................................................. IV-2 Tabel 4.4 Fermentor ..................................................................................... IV-2 Tabel 4.5 Heater (H-101) .............................................................................. IV-2 Tabel 4.6 Kondensor ..................................................................................... IV-3 Tabel 4.7 Reboiler......................................................................................... IV-3 Tabel 6.1 Daftar Penggunan Instrumentasi Pada Pra-Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol dari Molase ....................................... VI-8 Tabel 7.1 Kebutuhan Uap.............................................................................. VII-1 Tabel 7.2 Pemakaian Air untuk Berbagai Kebutuhan .................................... VII-3 Tabel 7.3 Kualitas Air Sungai Silau .............................................................. VII-4 Tabel 7.4 Koefisien Kinetika Lumpur Aktif .................................................. VII-18 Tabel 7.5 Luas Areal Pengolahan Limbah ..................................................... VII-23 Tabel 8.1 Perincian Luas Areal Pabrik .......................................................... VIII-9 Tabel 9.1 Jadwal Kerja Karyawan Shift ........................................................ IX-10 Tabel 9.2 Jumlah Karyawan Dan Kualifikasi ............................................... IX-11 Tabel 9.3 Gaji Karyawan .............................................................................. IX-12 Tabel LA.1 Data Tekanan Uap ...................................................................... LA-9
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tabel LA.2 Neraca Massa Molar Pada Menara Destilasi ............................... LA-10 Tabel LA.3 Dew Point ................................................................................. LA-10 Tabel LA.4 Bubble Point .............................................................................. LA-11 Tabel LA.5 Menghitung Rd .......................................................................... LA-12 Tabel LB.1 Neraca Panas Reaktor............................................................................. LB-3 Tabel LB.2 Neraca Panas Tangki Sterilisasi ........................................................... LB-4 Tabel LB.3 Neraca Panas Cooler................................................................... LB-6 Tabel LB.4 Neraca Panas Fermentor ............................................................. LB-8 Tabel LB.5 Neraca Panas Heater ................................................................... LB-10 Tabel LB.6 Neraca Panas Reboiler ................................................................ LB-14 Tabel LC.1 Komposisi T-01 ......................................................................... LC-1 Tabel LC.2 Komposisi pada P-102 ............................................................... LC-8 Tabel LC.3 Komposisi pada R-101 .............................................................. LC-13 Tabel LC.4 Komposisi pada TS-101 ............................................................ LC-21 Tabel LC.5 Perhitungan LMTD .................................................................... LC-27 Tabel LC.6 Komposisi pada Fermentor ......................................................... LC-33 Tabel LC.7 Komposisi pada Tangki Penampung Etanol ................................ LC-40
Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya ........ LE-1 ............................................................................................................. Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift ............................................... LE-2 Table LE.3 Perkiraan Harga Peralatan Proses................................................ LE-4 Tabel LE.4 Perkiraan Harga Peralatan Utilitas dan Pengolahan Limbah ....... LE-5 Tabel LE.5 Sarana Transfortasi ..................................................................... LE-8 Tabel LE.6 Perincian Gaji Pegawai ............................................................... LE-12 Tabel LE.7 Perincian Pajak Bumi dan Bangunan .......................................... LE-12 Tabel LE.8 Perincian Biaya Kas.................................................................... LE-13 Tabel LE.9 Perincian Modal Kerja ................................................................ LE-14 Tabel LE.10. Perkiraan Biaya Depresiasi ...................................................... LE-15
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
DAFTAR GAMBAR Gambar 6.1 Instrumentasi pada Reaktor ........................................................ VI-4 Gambar 6.2 Instrmentasi Heater .................................................................... VI-4 Gambar 6.3 Instrumentasi Kolom Destilasi ................................................... VI-5 Gambar 6.4 Instrmumentasi Kondensor ........................................................ VI-6 Gambar 6.5 Instrumentasi Reboiler ............................................................... VI-6 Gambar 6.6 Instrumentasi Pompa.................................................................. VI-7 Gambar 6.7 Instrumentasi Tangki Penyimpanan ........................................... VI-7 Gambar 6.8 instrumentasi Fermentor ............................................................ VI-8 Gambar 8.1 Tata letak pabrik bioetanol ......................................................... VIII-10 Gambar 9.1 Struktur organisasi pabrik pembuatan bioetanol dari molase ...... IX-14
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Di Indonesia kebutuhan akan etanol sangat tinggi, karena etanol memiliki banyak manfaat, salah satunya adalah untuk industri kosmetik, tinta dan percetakan. Selain itu juga karena etanol memiliki sifat yang tidak beracun maka bahan ini digunakan sebagai pelarut dalam industri makanan dan minuman maupun sebagai bahan bakar alternatif pengganti bensin karena aman terhadap lingkungan dan manusia. (Sutardi, dkk, 1984) Etanol yang digunakan selama ini umumnya diperoleh dari minyak bumi, dimana minyak bumi ini sendiri merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Dewasa ini cadangan minyak bumi semakin menipis, tidak dapat dielakkan lagi kondisi ini memaksa dilakukannya pencarian sumber bahan baku dalam pembuatan etanol. Etanol juga dapat diproduksi dari tanaman yang mengandung pati atau sering disebut dengan bioetanol. Salah satu alternatif lain yang cukup potensial dalam menanggulangi krisis minyak bumi adalah pemanfaatan molase sebagai bahan baku pembuatan bioetanol. Molase disebut juga gula tetes merupakan salah satu produk utama setelah gula pasir. Molase yang mengandung gula sekitar 50 – 60% dan sejumlah asam amino dan mineral dihasilkan dari bermacam-macam tingkat pengolahan dari tebu menjadi gula. Produksi molase mempunyai pangsa pasar yang relatif besar di dalam dan luar negeri. Hal ini dapat dibuktikan bahwa pada tahun 2006 PTPN II Tanjumg Morawa Sumut mampu menghasilkan molase sebesar 45.000 ton. Sebagian besar dari produksi molase tersebut laku terjual dengan harga US
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
$100,45 per ton atau Rp 800 per kilogram, sehingga molase juga merupakan pemasukan tambahan, karena molase umumnya juga dijual di pasar Internasional lewat pedagang perantara. (Master Sihotang, 2006) Di Indonesia etanol memiliki pangsa pasar yang cukup besar karena memiliki banyak manfaat. Untuk sekarang ini produksi etanol di Indonesia cukup tinggi, seperti yang terlihat pada tabel 1.2. Tabel 1.2 Produksi Etanol dari Molase Secara Nasional Tahun
Kuantitas (Ton/Tahun)
2003
69.705
2004
81.321
2005
83.665
2006
84.551
(sumber: Biro Pusat Statistik)
1.2. Rumusan Masalah Sehubung dengan meningkatnya produksi molase serta tingginya kebutuhan akan etanol, maka diperlukan suatu usaha untuk memanfaatkan molase tersebut dengan mendirikan pabrik bioetanol. Tugas akhir ini memaparkan bagaimana merancang Pabrik Pembuatan Bioetanol dari Molase.
1.3. Tujuan Rancangan Tujuan utama pra rancangan pabrik bioetanol dari molase adalah untuk menerapkan Ilmu Teknik Kimia, khususnya dibidang rancangan dan Operasi Teknik Kimia sehingga akan memberikan gambaran kelayakan Pra Rancangan Pabrik
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Bioetanol dari Molase. Perancangan ini dimaksudkan untuk tingkat impor etanol sehingga dapat memenuhi kebutuhan dalam negeri di masa yang akan datang.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Molase Molase adalah sejenis sirup yang merupakan sisa dari proses pengkristalan karena mengandung glukosa dan fruktosa yang sulit untuk dikristalkan. Molase dari tebu dapat dibedakan menjadi 3 jenis. Molase kelas 1, molase kelas 2 dan black strap. Molase kelas 1 diperoleh saat pertama kali jus tebu dikristalisasi. Saat dikristalisasi terdapat sisa jus yang tidak mengkristal dan berwarna bening. Maka sisa jus ini langsung diambil sebagai molase kelas 1. Kemudian molase kelas 2 atau biasa disebut dengan “dark” diperoleh saat proses kristalisasi kedua. Warnanya agak kecoklatan sehingga sering disebut dark. Dan molase kelas terakhir black strap diperoleh dari kristalisasi terakhir. Warna black strap ini memang agak hitam (coklat tua) sehingga tidak salah jika diberi nama black strap sesuai dengan warnanya. Black strap ternyata memiliki kandungan zat yang berguna. Zat-zat tersebut antara lain kalsium, magnesium, potassium dan besi. Black strap memiliki kandungan kalori yang cukup tinggi, karena terdiri dari glukosa dan sukrosa. Berbagai vitamin terkandung juga di dalamnya. Meningkatnya produksi gula tebu di Indonesia sekitar sepuluh tahun terakhir ini, tentunya akan meningkatkan produksi molase. Molase merupaka media fermentasi yang baik, karena mengandung gula, sejumlah asam amino dan mineral, setelah itu molase tersebut diolah menjadi berbagai macam produk seperti gula cair dari tetes, penyedap makanan (Monosodium glutamate,MSG) dan pakan ternak.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Molase memiliki kandungan sukrosa sekitar 30% disamping gula reduksi sekitar 25% berupa glukosa dan fruktosa. Sukrosa molase merupakan komponen sukrosa yang sudah tidak dapat lagi dikristalkan dalam proses pemasakan di pabrik gula. Hal ini disebabkan karena molase mempunyai nilai Sucrose Reducing Ratio (SRR) yang rendah yaitu sekitar 0,98-2,06. Pada molase terkandung beberapa komposisi seperti: glukosa (21,7%), sukrosa (34,19%), air (26,49%) dan abu 17,62%). (kurniawan, 2004) Molase merupakan salah satu bahan pembuatan etanol yang merupakan limbah pabrik gula berupa kristal gula yang tidak terbentuk menjadi gula pada proses kristalisasi. Produk molase sendiri di Indonesia cukup tinggi, seperti yang dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut ini. Tabel 2.1 Data Peningkatan Produksi Molase Secara Nasional Tahun
Kuantitas (Kg)
Persentase
1997
1.267.990.000
14,06
1998
1.415.115.971
15,07
2000
1.536.200.007
17,04
2001
1.829.745.972
20,30
2002
2.966.023.440
32,90
(sumber:Biro Pusat Statistik)
2.2. Etanol Etanol (CH3-CH2-OH) juga dikenal dengan nama alkohol. Alkohol sudah dikenal orang sejak awal peradaban umat manusia. Keahlian memisahkan alkohol dan bahan-bahan terfermentasi telah dimiliki sejak zaman dahulu kala, keahlian
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
tersebut merupakan suatu cara untuk memekatkan kadar alkohol dari anggur dengan proses destilasi. 2.2.1 Kegunaan Etanol Kegunaan etanol dalam dunia industri yaitu: 1. Untuk membuat minuman keras seperti bir dan wisky 2. Sebagai obat antiseptik pada luka dengan kadar 70% 3. Untuk membuat barang industri misalnya zat warna, parfum, essence buatan dan lainya. 4. Untuk kepentingan industri dan sebagai pelarut bahan bakar ataupun diolah kembali untuk menjadi bahan lain. 5. Untuk kepentingan lain dan alkohol.
2.2.2 Syarat Mutu Etanol (SNI 06-3565-1994) Didalam perdagangan dikenal etanol menurut kualitasnya yaitu: a) Akohol teknis (96,50 GI) terutama digunakan untuk kepentingan industri dan sebagai pelarut bahan bakar. b) Alkohol murni (96-96,50 GI) alkohol yang lebih murni, digunakan terutama untuk kepentingan farmasi, minuman keras dan alkohol. c) Spritus (880GI) bahan ini merupakan alkohol terdenaturasi dan diberi warna umumnya digunakan untuk pemanasan dan penerangan. d) Alkohol absolut atau alkohol adhidra (99,5 – 99,80 GI) tidak mengandung air sama sekali. Digunakan untuk kepentingan farmasi dan untuk bahan bakar kendaraan.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
2.2.3 Sifat-Sifat Fisika Etanol Etanol memiliki banyak manfaat bagi masyarakat karena memiliki sifat yang tidak beracun. Selain itu etanol juga memiliki banyak sifat-sifat, baik secara fisika maupun kimia. Adapun sifat-sifat fisika etanol dapat dilihat pada Tabel 2.2. Tabel 2.2 Sifat-sifat Fisika Etanol Berat Molekul
46,07 gr/grmol
Titik Lebur
-112 0C
Titik didih
78,4 0C
Densitas
0,7893 gr/ml
Indeks bias
1,36143 cP
Viskositas 20 0C
1,17 cP
Panas penguapan
200,6 kal/gr
Tidak berwarna Larut dalam air dan eter Memiliki bau khas (Sumber : Perry, 1999)
2.2.4 Sifat-Sifat Kimia Etanol Etanol selain memiliki sifat-sifat fisika juga memiliki sifat-sifat kimia. Sifat-sifat kimia tersebut adalah : 1. Merupakan pelarut yang baik untuk senyawa organik 2. Mudah menguap dan mudah terbakar 3. Bila direaksikan dengan asam halida akan membentuk alkil halida dan air CH3CH2OH + HC=CH
CH3CH2OCH= CH2 + H2O
4. Bila direaksikan dengan asam karboksilat akan membentuk ester dan air Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
CH3CH2OH + CH3COOH
CH3COOCH2CH3 + H2O
5. Dehidrogenasi etanol menghasilkan asetaldehid. 6. Mudah terbakar di udara sehingga menghasilkan lidah api (flame) yang berwarna biru muda dan transparan dan membentuk H2O dan CO2 Dalam proses pembuatan etanol dari molase, komposisi bahan baku yang digunakan terdiri dari air, glukosa dan sukrosa. Bahan baku tersebut memiliki beberapa sifat yang dapat dilihat dibawah ini pada tabel 2.3 Tabel 2.3 Sifat – sifat Komposisi Molase Rumus kimia
H2O
Glukosa (C6H12O6)
Sukrosa (C12H22O11)
Berat molekul
18,016 gr/grmol
180,16 gr/grmol
342,30 gr/grmol
Densitas
0,9995 gr/cm3
-
-
Titik lebur
0 0C
146 0C
190-192 0C
Titik didih
1000C
-
-
Specific gravity
-
1,554
1,588
(sumber: perry,1999)
2.3. Pembuatan Bioetanol Secara umum, bioetanol dapat dibuat dari bahan – bahan berikut: 1. Zat Tepung Zat tepung (berupa bubur) oleh enzim diatase dari mount (kecambah) dapat dirubah menjadi maltosa (sebangsa gula) melalui tingkatan dekstrin. Temperatur optimumnya 50 – 60 0C, kemudian diberi ragi yang juga dapat mengeluarkan enzim maltase.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Enzim ini merubah maltosa menjadi glukosa. Glukosa oleh enzim dirubah menjadi etanol dan CO2. Reaksi : (C6H10O5)n + ½ n H2O
diastase dari mout
Amylum
C12H22O11
mltase dari ragi
+ H2O
300
Maltosa
C6H12O6
1/2n C12H22O11
2C6H12O6 Glukosa
saccharomyces
2C2H5OH + 2CO2
Konsentrasi etanol yang terjadi tidak boleh melewati 15%.
Dari hasil destilasi
diperoleh etanol 96 %. (R. Soepomo, 1998)
2. Molase Molase merupakan hasil samping proses pembuatan gula. Molase mengandung sejumlah besar gula baik sukrosa maupun gula pereduksi. Spesis ragi yang telah dikenal mempunyai daya konversi gula menjadi etanol yang sangat tinggi adalah saccharomyces cerevisiae. Reaksinya : C12H22O11 + H2O
C6H12O6
Sukrosa
Glukosa
C6H12O6
saccharomyces
2C2H5OH + 2CO2
Dalam pembuatan etanol tersebut, molase dimurnikan terlebih dahulu dengan menyaringnya kemudian diencerkan dengan air sehingga molase menjadi 12 0Brix untuk mendapatkan kadar gula yang optimum. Jika kadar gula terlalu tinggi, maka
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
waktu fermentasinya lebih lama dan sebagian gula tidak terkonversi, sehingga tidak ekonomis. (Judoamidjojo, 1992)
3. Cairan Buah – buahan yang Manis Cairan buah – buahan yang manis mengandung glukosa dan fruktosa sehingga mengalami peragian etanol. C6H12O6
saccharomyces
2C2H5OH + H2O
Dengan proses ini, cairan buah – buahan berubah menjadi minimum yang sehari – hari disebut anggur, dengan kadar etanol yang relative lebih rendah. (R. Soepomo, 1998)
2.4. Diskripsi Proses Pembuatan Etanol dari Fermentasi Molase Pembuatan etanol dari molase dapat dilakukan dengan beberapa tahap. Adapun tahapan – tahapan tersebut adalah: 1. Pemurnian bahan baku Bahan baku adalah molase dengan komposisi: a. Glukosa
: 21,7%
b. Sukrosa
: 34,19%
c. Air
: 26,46%
d. Abu
: 17,26%
Sebelum dipompakan ke R-101, molase dimurnikan terlebih dahulu dengan menyaringnya
lewat
screening
200
mesh
yang
bertujuan
untuk
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
menghilangkan abu. Abu yang telah dipisahkan dari molase ditampung pada bak penampung I untuk selanjutnya dibuang. 2. Tahapan Hidrolisa molase Setelah bebas dari abu, kemudian molase dihidrolisa untuk mengubah sukrosa menjadi glukosa di reaktor (R-101), sehingga diperoleh kadar gula yang optimum (12 0Brix). Reaksi yang terjadi di reaktor adalah : C12H22O11 + H2O
2C6H12O6
Sukrosa
Glukosa
3. Sterilisasi molase Untuk mencegah adanya mikroba kontamin yang hidup selama proses fermentasi, maka molase dipanaskan memakai uap pada suhu
75
0
C
kemudian didinginkan sampai suhu 30 0C. Molase ini selanjutnya dipakai untuk proses fermentasi.
4. Fermentasi Fermentasi
dilakuan
didalam
fermentor
dengan
penambahan
saaccharomyces cerevisiae. Bahan nutrisi yang digunakan pada fermentasi adalah (NH)2SO4. pH diatur menjadi 4-5 dengan penambahan H2SO4. Untuk terjadinya fermentasi alkohol, maka dibutuhkan kondisi anaerob untuk mengubah molase menjadi alkohol. Pada proses fermentasi ini diperlukan pendinginan untuk menjaga temperatur tetap pada 300C selama proses
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
fermentasi yang berlangsung selama 30 jam. Pada akhir fermentasi, kadar alkohol yang dihasilkan 8-10%.
5. Tahap pemurnian produk Untuk mendapatkan etanol murni, maka saccharomyces cerevisiae yang terikut harus dipisahkan dengan filter press dan ditampung pada bak penampung II.
6. Tahap pemisahan etanol dari larutan Karena konsentrasi etanol yang diperoleh dari hasil fermentasi masih sangat rendah (8-10%), maka etanol tersebut harus didestilasi untuk memperoleh kadar etanol yang diinginkan sesuai standart (The Gasohol, 1981). Setelah diperoleh etanol yang sesuai dengan konsentrasi yang diinginkan, kemudian etanol tersebut dikondensasi untuk mengubah etanol kedalam fasa cair. Etanol yang sudah berada dalam fasa cair kemudian dialirkan kedalam tangki penyimpanan.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
FLOWDIAGRAM PROSES PEMBUTAN BIOETANOL
Steam Air pendingin 10
H2SO4 (NH4)2SO4
9 5 8
Saccharomyces
Air proses
4 15
16
7 PC
K-101
PC PC
FP-102 3 11
SC - 101 TC
TC
TC
TC
13
LC
PC
RB-101 17
1
T-101
LC LC
6
LC
R-102
C-101
R-101
B-101
T-103
H-101 12
PC
PC
LC
MD
14
PC
2
TC
TC
TIC
FC
T-102
TS-101
Kode
Keterangan
T-101 T-102 T-103 T-104 TS - 101 R-101 R-102 SC-101 FP-101 B-101 B-102 C-101 P MD K-101 RB-101 H-101
Tangki penyimpanan molase Tangki penampung fermentor Tangki penampung distilat Tangki penyimpanan etanol Tangki sterilisasi Reaktor Fermentor Screenig Filter press Bak penampung-1 Bak penampung-2 Cooler Pompa Menara destilasi Kondensor Reboiler Heater
PC
18
LC
B-102
FC FC
FC
FC
FC
19
T-104
Kondensat Air pendingin bekas
Komponen (kg/jam)
Waste
NOMOR ALUR 9
1
2
3
4
5
6
7
8
Glukosa
10544.03
-
10544.03
-
-
28031.315
-
-
Sukrosa
16612.921
-
16612.921
-
-
-
-
-
Air
12871.491
1287.149
11584.342
183268.658
-
193978.63
-
-
Abu
8561.558
8561.558
-
-
-
-
-
-
Saccharomyces
-
-
-
-
-
-
-
1110.05
(NH4)2SO4
-
-
-
-
-
-
-
-
H2SO4
-
-
-
-
-
-
-
-
CO2
-
-
-
-
-
-
-
-
10
11
Tangki Penyimpanan Etanol
12
13
14
15
16
17
18
1401.565
-
1401.565
-
-
-
1401.565
-
-
-
-
-
-
193978.636
174580.772
-
544.43
-
174580.772
-
-
-
-
-
-
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
Etanol Steam Total
-
-
-
-
-
-
-
-
5013.766
-
605061.75
-
48590
-
9848.707
-
38741.293
-
183268.658
5013.766
222009.96
605061.75
1110.05
193978.636
2886.13 888.039 888.039 13018.998
-
888.039
888.039
13018.998
2886.13
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
13611
-
13611
-
-
-
20007.16
22283.993
189593.338
20007.16
MEDAN DIAGRAM ALIR PRA RANCANGAN PABRIK PEMBUATAN BIOETANOL DARI MOLASE DENGAN KAPASITAS 98.000 TON/TAHUN
-
-
211877.331
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Skala : Tanpa Skala Digambar
Tanggal
Nama : Nursinta tarigan NIM : 060425010 1. Nama : Dr.Ir. Irvan,Msi
13066.57
13611
544.43
Diperiksa/
-
-
Disetujui
13611
13611
175982.238
NIP : 132 126 842 2. Nama : Mersi S Sinaga, ST MT NIP : 132 206 946
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tanda Tangan
BAB III NERACA MASSA
Setelah dilakukan perhitungan pada lampiran A, maka didapat hasil neraca massa sebagai berikut : 3.1 Neraca Massa Screening Tabel 3.1 Neraca Massa pada Screening Komponen
Masuk (kg)
Keluar (kg)
1
2
3
Glukosa
10544,03
-
10544,03
Sukrosa
16612,921
-
16612,921
Air
12871,491
1287,1491
11584,3419
Abu
8561,558
8561,558
-
9848,7071
38741,2929
Jumlah
48590
48590
Total
3.2 Neraca Massa Reaktor Tabel 3.2 Neraca Massa pada Reaktor Komponen
Masuk (kg)
Keluar (kg)
3
4
5
Glukosa
10544,03
-
28031,3152
Sukrosa
16612,921
-
-
183268,6585
193978,6362
183268,6585
222009,9514
Air Jumlah Total
11584,3419 38741,2929
222009,9514
222009,9514
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
3.3 Neraca Massa Fermentor Tabel 3.3 Neraca Massa pada Fermentor Masuk (kg)
Keluar (kg)
Komponen
5
6
7
8
9
10
Glukosa
28031,3152
-
-
-
-
1401,5657
Air
193978,6363
-
-
-
-
193978,6362
Etanol
-
-
-
-
-
13611
CO2
-
-
-
-
13018,9986
-
Saccharomyces
-
1110,04975
-
-
-
2886,1294
(NH4)2SO4
-
-
888,0398
-
-
-
H2SO4
-
-
-
888,0398
-
-
Jumlah
222009,9514
1110,04975
888,0398
888,0398
224896,3299
Total
13018,9986 211877,3313 224896,3299
3.4 Neraca Massa Tangki Penampungan Tabel 3.4 Neraca Massa pada Tangki Penampungan Masuk (kg)
Keluar (kg)
komponen
10
11
Glukosa
1401,5657
1401,5657
Air
193978,6362
193978,6362
Etanol
13611
13611
saccharomyces
2886,1294
2886,1294
Jumlah
211877,3313
211877,3313
Total
211877,3313
211877,3313
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
3.5 Neraca Massa Filter Press Tabel 3.5 Neraca Massa pada Filter Press Masuk (kg)
Keluar (kg)
komponen
11
12
Glukosa
1401,5657
-
Air
193978,6362
19397,86362
Etanol
13611
-
saccharomyces
2886,1294
2886,1294
-
Jumlah
211877,3313
22283,9931
189593,3383
Total
211877,3313
13 1401,5657 174580,7726 13611
211877,3313
3.6 Neraca Massa Menara Destilasi Tabel 3.6 Neraca Massa pada Menara Destilasi Komponen
Masuk (kg) 13
Glukosa Air Etanol
1401,5657 174580,7726 13611
Jumlah
189593,3383
Total
189593,3383
Keluar (kg) 14
15
-
1401,5657
544,43
174036,3425
13066,57 13611
544,43 175982,3382
189593,3383
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
BAB IV NERACA PANAS
4.1 Reaktor Tabel 4.1 Neraca Panas Reaktor No
Komponen
Panas (kkal/jam) Masuk (N4)
Keluar (N6)
1.
Sukrosa
0
-
2.
Glukosa
0
115629,1752
3.
Air
0
2909679,543
0
3025308,718
-
33088,6247
3058397,343
-
3058397,343
3058397,343
Jumlah 4.
Panas reaksi 25 0C
5.
Panas yang dibutuhkan steam Total
4.2 Tangki Sterilisasi Tabel LB.2. Neraca Panas Pada Tangki Sterilisasi No
Komponen
Panas (kkal/jam) Masuk (N6)
Keluar (N7)
1.
Glukosa
115629,1752
385430,584
2.
Air
2909679,543
9698931,81
3
Panas yang dibutuhkan steam
7059053,672
-
10084362,39
10084362,39
Total
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
4.3 Cooler Tabel LB.3. Neraca Panas Pada Cooler No
Komponen
Panas (kkal/jam) Masuk (N7)
Keluar (N8)
1.
Glukosa
385430,584
38543,0584
2.
Air
9698931,81
969893,181
3
Air pendingin
-
9075926,151
10084362,39
10084362,39
Total
4.4 Fermentor Tabel LB.4. Neraca Panas Pada Fermentor No
Komponen
Panas (kkal/jam) Masuk (N8)
Keluar (N9)
-
45633,7
1.
Etanol
2.
Glukosa
38543,0584
7007,8285
3.
Air
969893,181
969893,181
1008436,239
1022534,71
17395,8691
-
-
3297,3981
1025832,108
1025832,108
Jumlah 4.
Panas reaksi 25 0C
5.
Panas diserap air pendingin Total
4.5 Heater Tabel LB.5. Neraca Panas Pada Heater No
Komponen
Panas (kkal/jam) Masuk (N9)
Keluar (N10)
45633,7
593238,1 25052,9868
1.
Etanol
2.
Glukosa
7007,8285
3.
Air
969893,181 Jumlah
4.
Panas
yang
dibutuhkan
1022534,71
12608611,35 13226902,44
12204367,73
-
13226902,44
13226902,44
steam Total
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
4.6 Kondensor Tabel LB.6 Neraca Panas Pada Kondensor No
Komponen
Panas (kkal/jam) Masuk
Keluar
1.
Etanol
15635098,23
1421372,666
2.
Air
971959,736
88359,976
16607057,97
15097325,33
-
15097325,33
16607057,97
16607057,97
Jumlah 3.
Air pendingin Total
4.7 Reboiler Tabel LB.7 Neraca Panas Pada Reboiler No
Komponen
Panas (kkal/jam) Masuk
Keluar
1.
Etanol
53831,2411
83197,5133
2.
Air Glukosa
25627506,86
25718495,46
57090,4026
3143121,602
25738428,5
31725982,27
5987553,766
-
31725982,27
31725982,27
3.
Jumlah 4.
Panas yang dibutuhkan Total
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
BAB V SPESIFIKASI ALAT 5.1
5.2
Tangki Molase (T-101) Fungsi
: Menampung molase
Jenis
: Silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Jumlah
: 1 tangki
Bahan
: Carbon steel SA-287 grade A
Diameter
: 20,5817 m
Tinggi
: 24,7076 m
Volume
: 8222,5291 m3
Pdesain
: 67,261 psi
Tebal plat
: 1,92 in = 0,0488 m
Pompa Molase (P-101) Fungsi
: Memompakan molase dari tangki penampung molase ke screening.
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 0,4127 ft3/det
Nominal size pipe
: 4 in
Schedule number
: 40
ID
: 4,026 in
OD
: 4,500 in
Flow area pipe
: 12,7296 in2
Daya pompa
: 9 Hp
Daya motor
: 12 Hp
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.3
5.4
Screening (SC-101) Fungsi
: Menyaring abu dari molase
Jenis
: Silinder vertikal yang dalamnya di pasang penyaring
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Carbon steel
Diameter
: 60,5315 m
Tinggi
: 90,7972 m
Volume
: 12,6227 m3
Luas ayakan
: 174106,206 m2
Mesh
: 7,27 × 10-5 m
Pompa Screening (P-102) Fungsi
: Memompakan molase dari screening ke reaktor hidrolisa.
5.5
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 0,3312 ft3/det
Nominal size pipe
: 4 in
Schedule number
: 40
ID
: 4,026 in
OD
: 4,500 in
Flow area pipe
: 12,7296 in2
Daya pompa
: 12 Hp
Daya motor
: 14 Hp
Pompa Air (P-103) Fungsi
: Memompakan air ke reaktor hidrolisa.
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 2,0245 ft3/det
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.6
Nominal size pipe
: 8 in
Schedule number
: 40
ID
: 7,981 in
OD
: 8,625 in
Flow area pipe
: 50 in2
Daya pompa
: 4,8489 Hp
Daya motor
: 6 Hp
Reaktor (R-101) Fungsi
: Menghidrolisa sukrosa menjadi glukosa
Jenis
: Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 tangki
Bahan
: Carbon steel SA-167 grade 5
Diameter
: 8,5187 m
Tinggi
: 12,77 m
Volume
: 485,2832 m3
Pdesain
: 32,2336 psi
Tebal plat
: 1
Pelengkap
: - pengaduk
2
in
- Koil steam pemanas
5.7
Pompo Reaktor (P-104) Fungsi
: Memompakan larutan glukosa dari reaktor hidrolisa ke tangki sterilisasi
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 2,0843 ft3/det
Nominal size pipe
: 8 in
Schedule number
: 40
ID
: 7,981 in
OD
: 8,625 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.8
Flow area pipe
: 50 in2
Daya pompa
: 17,46 Hp
Daya motor
: 22 Hp
Tangki Sterilisasi (TS-101) Fungsi
: Mensterilkan larutan glukosa dari mikroba – mikroba pengganggu.
5.9
Jenis
: Silinder tegak dengan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 tangki
Bahan
: Carbon Steel SA-287 grade C
Diameter
: 6,8739 m
Tinggi
: 6,8739 m
Volume
: 254,9728 m3
Pdesain
: 46,875 psi
Tebal plat
: 1/2 in
Jenis pengaduk
: Propeller
Jumlah lilitan
: 94 lilitan
Pompa Tangki Sterilisasi (P-105) Fungsi
: Memompakan larutan glukosa dari tangki sterilisasi ke fermentor.
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 2,0843 ft3/det
Nominal size pipe
: 8 in
Schedule number
: 40
ID
: 7,981 in
OD
: 8,625 in
Flow area pipe
: 50 in2
Daya pompa
: 14,45 Hp
Daya motor
: 19 Hp
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.10
Cooler (C-101) Fungsi
: Mendinginkan larutan glukosa sampai temperatur yang diinginkan (30 oC).
Jenis
: Horizontal shell and tube Exchanger
Shell Side Fluida panas : Larutan glukosa Temperatur
: 167 oF
OD
: 15,25 in
ID
: ¾ in
Susunan
: Triangular pitch 1 in
Baffle specing : 3,05 in Tube Side Fluida dingin : Air pendingin
5.11
Temperatur
: 104 oF
Jumlah tube
: 118 tube
OD
: 1,5 in
ID
: 1,28 in
BWG
: 12
Dirt factor
: 0,002
Pompa Cooler (P-106) Fungsi
: Memompakan larutan glukosa dari cooler ke fermentor.
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 6 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 2,0843 ft3/det
Nominal size pipe
: 8 in
Schedule number
: 40
ID
: 7,981 in
OD
: 8,625 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.12
Flow area pipe
: 50 in2
Daya pompa
: 14,45 Hp
Daya motor
: 19 Hp
Fermentor (R-102) Fungsi
: Mengubah glukosa menjadi etanol secara fermentasi
Jenis
: Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 6 unit
Bahan
: Carbon steel SA-287 grade C
Diameter
: 61,0187 m
Tinggi
: 30,6877 m
Volume
: 7070,4573 m3
Pdesain
: 62,8229 psi
Tebal plat
: 2 in
Pelengkap
: - Pengaduk - Jaket
5.13
- volume jaket
: 2,1982 m3
- tebal jaket
: 0,0073 m
Pompa Fermentor (P-107) Fungsi
: Memompakan larutan etanol dari fermentor ke tangki penampung etanol.
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 2,1445 ft3/det
Nominal size pipe
: 8 in
Schedule number
: 40
ID
: 7,981 in
OD
: 8,625 in
Flow area pipe
: 50 in2
Daya pompa
: 45,40 Hp
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Daya motor
5.14
: 57 Hp
Tangki Penampung Etanol (T-103) Fungsi
: Menampung etanol (10-18 %) sementara.
Jenis
: Tangki silinder tegak dengan tutup bawah dan atas ellipsoidal
5.15
Jumlah
: 1 tangki
Bahan
: Carbon Steel SA-287 grade C
Diameter
: 6,3974 m
Tinggi
: 9,591 m
Volume
: 256,9180 m3
Pdesain
: 30,6327 psi
Tebal plat
: 1/3 in
Pompa Tangki Etanol (P-108) Fungsi
: Memompakan larutan etanol (10 – 18%) dari tangki etanol ke filter press.
5.16
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 buah
Bahan
: Commercial steel
Debit
: 2,1001 ft3/det
Nominal size pipe
: 8 in
Schedule number
: 40
ID
: 7,981 in
OD
: 8,625 in
Flow area pipe
: 50 in2
Daya pompa
: 15,30 Hp
Daya motor
: 20 Hp
Filter Press (FP-101) Fungsi
: Memisahkan saccharomyces dari larutan etanol.
Jenis
: plate and frame filter
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.17
Jumlah
: 2 unit
Bahan
: Carbon steel
Bahan media filter
: kanvas
Volume filtrat
: 193,0488 m3
Porositas cake
: 0,0696
Tabal cake
: 0,01 m
Luas plate
: 2163,5787 m2
Jumlah plate
: 1298 buah
Heater (H-101) Fungsi
: Memanaskan campuran etanol sebelum dimasukkan ke dalam kolom destilasi.
Jenis
: sheel and tube exchanger
Bahan konstruksi
: stainless steel
Jumlah
: 1 unit
Shell Side Fluida panas
: Steam
Temperatur
: 266 oF
OD
: 1 in
ID
: 13,25 in
Tube Side Fluida dingin
: Etanol (10 – 18%)
Temperatur
: 86 oF
Diameter tube
: ¾ in
Pitch (PT)
: 1,25 in square pitch
Jenis tube
: 10 BWG
Panjang tube
: 25 ft
Jumlah tube
: 66 buah
Dirt factor
: 0,0044
5.18 Menara Destilasi (MD-101) Fungsi
: Mendestilasi etanol (10-18%) menjadi etanol 96%.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Jenis
: sieve tray
Bahan Konstruksi
: carbon steel SA 283 grade C
Jumlah
: 1 unit
Kondisi Operasi
:
Temperatur
: 90 0C
Tekanan
: 1 atm
Silinder Diameter
: 2,7453 m
Tinggi
: 12 m
Tebal
: 3 in 16
Tutup Diameter
: 2,7453 m
Tinggi
: 0,6863 m
Tebal
: 3 in 16
Tray
5.19
Jumlah
: 32 trays
Lokasi umpan
: tray ke 5
Hole diameter
: 0,006 m
Tebal
: 0,00192 m
Jarak tray
: 0,4 m
Kondensor (K-101) Fungsi
: Mengubah fasa campuran etanol-air menjadi fasa cair
Jenis
: Sheel and tube exchanger
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Jumlah
: 1 unit
Diameter tube
: 1
Pitch (PT)
: 15
Jenis tube
: 12 BWG
Panjang tube
: 25 ft
1 in 2
16
in triangular pitch
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.20
Jumlah tube
: 1377 buah
Diameter shell
: 39 in
Tangki Penampung Produk (T-104) Fungsi
: Menampung Etanol 96% untuk kebutuhan produksi
Jenis
: Silinder vertikal dengan tutup elipsoidal dan alas datar
5.21
5.22
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Carbon steel
Diameter
: 15,2036 m
Tinggi
: 22,8049 m
Volume
: 3449,4973 m3
Pdesain
: 43,0371 psi
Tebal plat
: 1 in = 0,025 m
Pompa Refluks Destilat (P-109) Fungsi
: Memompa campuran refluks ke menara destilasi
Jenis
: centrifugal pump
Bahan Konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Nominal size pipe
: 14 in
Schedule number
: 30
ID
: 14,0 in
OD
: 13,25 in
Debit
: 5,2854 ft3/det
Flow area pipe
: 0,9583 ft2
Daya pompa
: 22,54 Hp
Daya motor
: 29 Hp
Pompa Destilasi ( P-110) Fungsi
: Memompa destilat ke tangki penyimpanan etanol
Jenis
: centrifugal pump
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.23
5.24
Bahan Konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Nominal size pipe
: 2 in
Schedule number
: 40
ID
: 2,067 in
OD
: 2,38 in
Flow area pipe
: 0,0043 ft2
Daya pompa
: 2,77 Hp
Daya motor
: 4 Hp
Tangki Penyimpan Saccharomyces (T-105) Fungsi
: Menampung Saccharomyces
Jenis
: Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Carbon steel
Diameter
: 0,9805 m
Tinggi
: 1,2945 m
Volume
: 0,7401 m3
Pdesain
: 17,4510 psi
Tebal plat
: 1 in 10
Tangki Penyimpanan (NH4)2SO4 (T-106) Fungsi
: Menyimpan (NH4)2SO4
Jenis
: Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Carbon steel
Diameter
: 0,9155 m
Tinggi
: 0,6865 m
Volume
: 0,6024 m3
Pdesain
: 17,3474 psi
Tebal plat
: 1 in 6
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.25
5.26
5.27
Tangki Penyimpanan H2SO4 (T-107) Fungsi
: Menyimpan H2SO4
Jenis
: Silinder vertikal dengan tutup ellipsoidal
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Carbon steel
Diameter
: 0,9045 m
Tinggi
: 0,6783 m
Volume
: 0,5810 m3
Pdesain
: 17,0845 psi
Tebal plat
: 2
11
in
Pompa H2SO4 (P-111) Fungsi
: Mengalirkan H2SO4 ke fermentor
Jenis
: centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan
: Commercial steel
Nominal size pipe
:
Schedule number
: 40
ID
: 2,0406 in
OD
: 0,840 in
Flow area pipe
: 0,0021 ft2
Debit
: 4,7498 × 10 −3 ft3/det
Daya pompa
: 0,0653 Hp
Daya motor
: 0,081 Hp
1 in 2
Reboiler (RB-101) Fungsi
: Menaikkan suhu campuran etanol, air dan glukosa sebelum dimasukkan ke dalam kolom destilasi.
Jenis
: sheel and tube exchanger
Bahan konstruksi
: stainless steel
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.28
5.29
Jumlah
: 1 unit
Diameter tube
: 3
Pitch (PT)
: 15
Jenis tube
: 12 BWG
Panjang tube
: 25 ft
Jumlah tube
: 160 buah
Diameter shell
: 15 1 in 4
4
in
16
in triangular pitch
Pompa Bottom Produk (P-112) Fungsi
: memompa liquid bottom ke reboiler
Jenis
: centrifugal pump
Bahan Konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Nominal size pipe
: 10 in
Schedule number
: 40
ID
: 10,02 in
OD
: 10,75 in
Flow area pipe
: 0,5472 ft2
Debit
: 5,5006 ft3/det
Daya pompa
: 56,6659 Hp
Daya motor
: 71 Hp
Pompa Reboiler (P-113) Fungsi
: Memompa larutan dari reboiler ke tangki penampung hasil samping
Jenis
: centrifugal pump
Bahan Konstruksi
: Commercial steel
Jumlah
: 1 unit
Nominal size pipe
: 8 in
Schedule number
: 40
ID
: 7,981 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5.30
5.31
OD
: 8,625 in
Flow area pipe
: 0,05130 ft2
Debit
: 1,5665 ft3/det
Daya pompa
: 7,7431 Hp
Daya motor
: 10 Hp
Bak Penampung Cake I (B-101) Fungsi
: Menampung cake dari unit Screening
Bentuk
: empat persegi panjang
Bahan konstruksi
: kayu
Jumlah
: 1 unit
Kapasitas
: 208,1758 m3
Panjang
: 7,5 m
Lebar
: 7,5 m
Tinggi
: 3,75 m
Bak Penampung Cake II (B-102) Fungsi
: menampung cake dari unit filter press
Bentuk
: empat persegi panjang
Bahan konstruksi
: kayu
Jumlah
: 1 unit
Kapasitas
: 22,1948 m3
Panjang
: 3,5407 m
Lebar
: 3,5407 m
Tinggi
: 1,77035 m
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
BAB VI INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA 6.1
Instrumentasi Instrumentasi merupakan suatu sistem atau susunan peralatan yang dipakai di
dalam suatu proses kontrol untuk mengatur jalannya suatu proses agar diperoleh hasil sesuai dengan yang diharapkan. Alat – alat instrumentasi dipasang pada setiap peralatan proses dengan tujuan agar para engineer dapat memantau dan mengontrol kondisi di lapangan. Dengan adanya istrumentasi ini pula, para engineer dapat segera melakukan tindakan apabila terjadi kejanggalan dalam proses. Namun pada dasarnya, tujuan pengendalian tersebut adalah agar kondisi proses di dalam pabrik mencapai tingkat kesalahan (error) yang paling minimum sehingga produk dapat dihasilkan secara optimal. Fungsi instrumentasi adalah sebagai pengontrol, penunjuk, pencatat, dan pemberi tanda bahaya. Peralatan instrumentasi biasanya bekerja dengan tenaga mekanik atau tenaga listrik dan pengontrolannya dapat dilakukan secara manual atau otomatis. Penggunaan instrumen pada suatu peralatan proses tergantung pada pertimbangan ekonomi dan sistem peralatan itu sendiri. Pada pemakaian alat–alat instrumen juga harus ditentukan apakah alat–alat tersebut dipasang di atas papan instrumen dekat peralatan proses yang dikontrol secara manual atau disatukan dalam suatu ruang kontrol yang dihubungkan dengan bangsal peralatan yang dikontrol secara otomatis (Perry, 1999). Variabel–variabel proses yang biasanya dikontrol atau diukur oleh instrumen adalah : 1.
Variabel utama, seperti temperatur, tekanan, laju alir, dan level cairan.
2.
Variabel tambahan, seperti densitas, viskositas, panas spesifik, konduktivitas, pH, humiditas, titik embun, komposisi kimia, kandungan kelembaban, dan variabel lainnya.
Pada dasarnya suatu sistem pengendalian terdiri dari : 1.
Elemen Perasa (Sensing Element / Primary Element). Elemen yang merasakan (menunjukkan) adanya perubahan dari harga variabel yang diukur.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
2.
Elemen Pengukur (Measuring Element). Elemen yang sensitif terhadap adanya perubahan temperatur, tekanan, laju aliran, maupun ketinggian fluida. Perubahan ini merupakan sinyal dari proses dan disampaikan oleh elemen pengukur ke elemen pengontrol.
3.
Elemen Pengontrol (Controlling Element). Elemen yang menerima sinyal kemudian akan segera mengatur perubahan– perubahan proses tersebut sama dengan nilai set point (nilai yang dikehendaki). Dengan demikian elemen ini dapat segera memperkecil ataupun meniadakan penyimpangan yang terjadi.
4.
Elemen Pengontrol Akhir (Final Control Element). Elemen yang akan mengubah masukan yang keluar dari elemen pengontrol ke dalam proses sehingga variabel yang diukur tetap berada dalam batasan yang diinginkan dan merupakan hasil yang dikehendaki. Pengendalian peralatan instrumentasi dapat dilakukan secara otomatis dan semi
otomatis. Pengendalian secara otomatis adalah pengendalian yang dilakukan dengan cara mengatur instrumen pada kondisi tertentu, bila terjadi penyimpangan variabel yang dikontrol maka instrumen akan bekerja sendiri untuk mengembalikan variabel pada kondisi semula, instrumen ini bekerja sebagai controller. Pengendalian secara semi otomatis adalah pengendalian yang mencatat perubahan–perubahan yang terjadi pada variabel yang dikontrol. Untuk mengubah variabel–variabel ke dalam nilai yang diinginkan maka dilakukan usaha secara manual, instrumen ini bekerja sebagai pencatat (recorder) atau penunjuk (indicator). Faktor–faktor yang perlu diperhatikan dalam instrumen–instrumen adalah (Peters et.al., 2003) : 1.
Range yang diperlukan untuk pengukuran.
2.
Level instrumentasi.
3.
Ketelitian yang dibutuhkan.
4.
Bahan konstruksinya.
5.
Pengaruh pemasangan instrumentasi pada kondisi proses.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Instrumentasi yang umum digunakan dalam pabrik adalah : 1.
Untuk variabel temperatur. •
Temperature Controller (TC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati Temperature
temperatur Controller,
dari para
suatu
alat.
engineer
Dengan juga
menggunakan
dapat
melakukan
pengendalian terhadap peralatan sehingga temperatur peralatan tetap berada dalam range yang diinginkan. Temperature Controller kadang– kadang juga dapat mencatat temperatur dari suatu peralatan secara berkala Temperature Recorder (TR). •
Temperature Indicator (TI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati temperatur suatu alat.
2.
Untuk variabel ketinggian permukaan cairan. •
Level Controller (LC) adalah instumentasi yang digunakan untuk mengamati ketinggian cairan di dalam suatu alat. Dengan menggunakan Level Controller, para engineer juga dapat melakukan pengendalian ketinggian cairan di dalam peralatan tersebut.
•
Level Indicator (LI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati ketinggian cairan di dalam suatu alat.
3.
Untuk variabel tekanan. •
Pressure Controller (PC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati tekanan operasi dari suatu alat. Para engineer juga dapat melakukan perubahan tekanan dari peralatan operasi.
Pressure
Controller dapat juga dilengkapi pencatat tekanan dari suatu peralatan secara berkala Pressure Recorder (PR). •
Pressure Indicator (PI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati tekanan operasi dari suatu alat.
4.
Untuk variabel aliran cairan. •
Flow Controller (FC) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati laju alir larutan atau cairan yang melalui suatu alat dan bila terjadi perubahan dapat melakukan pengendalian.
•
Flow Indicator (FI) adalah instrumentasi yang digunakan untuk mengamati laju alir larutan atau cairan suatu alat.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Beberapa instrumen yang digunakan dalam peralatan pabrik adalah : 1.
Reaktor Instrumen yang digunakan pada reaktor adalah Temperature Controller (TC)
yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur fluida di dalam reaktor. Reaktor dilengkapi dengan sight glass yang berfungsi sebagai Level Controller (LC). Reaktor juga dilengkapi dengan sensing elemen yang peka terhadap perubahan suhu sehingga temperatur reaktor dapat dilihat pada temperatur indikator. Jika suhu terlalu tinggi, maka secara otomatis valve yang terdapat pada aliran steam akan tertutup dan sebaliknya. Valve pada aliran steam juga dilengkapi dengan valve by pass.
Gambar 6.1 Reaktor beserta instrumennya
2.
Heater Instrumen yang digunakan pada heater adalah Temperature Controller (TC)
yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur fluida di dalamnya. Apabila fluida yang keluar berada di bawah temperatur yang diinginkan, maka Temperature Controller (TC) akan menggerakkan Flow Controller (FC) untuk membuka valve sehingga laju alir steam yang masuk menjadi lebih besar.
Steam FC
TC
Fluida Masuk
Fluida Keluar
Kondensat Gambar 6.2 Heater beserta instrumennya. Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
3.
Kolom Destilasi Instrumen yang digunakan pada kolom destilasi adalah Temperature Controller (TC) yang berfungsi apabila suhu dalam kolom destilasi meningkat, maka Temperature Controller (TC) akan menggerakan Flow Controller (FC) pada reboiler bottom sehingga steam yang disuplai menjadi menurun. Apabila ketinggian fluida dalam kolom destilasi terlalu besar, maka efektifitas destilasi akan menurun sehingga dipasang Flow Controller (FC) untuk memperkecil laju alir bahan yang masuk. Kondisi kolom destilasi juga dipengaruhi oleh efek kondensasi destilat sehingga pada kondensor diperlukan Temperature Controller (TC) yang akan menggerakkan Flow Controller (FC) air pendingin yang disuplai pada kolom destilasi.
TI PI FI
TI LI
PI Gambar 6.4 Kolom destilasi beserta instrumennya.
4.
Kondensor Instrumen yang digunakan pada kondensor adalah Temperature Controller
(TC) yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur fluida di dalam kondensor. Apabila fluida yang keluar berada di atas temperatur yang diinginkan dalam kondensor, maka Temperature Controller (TC) akan menggerakkan Flow
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Controller (FC) untuk membuka valve sehingga laju alir air pendingin yang masuk menjadi lebih besar.
TC
Gambar 6.4 Kondensor beserta instrumennya
5.
Reboiler Instrumen yang digunakan pada reboiler adalah Temperature Controller (TC)
yang berfungsi untuk mengamati dan mengontrol temperatur fluida di dalam reboiler. Apabila fluida yang keluar berada di bawah temperatur reboiler, maka Temperature Controller (TC) akan menggerakkan Flow Controller (FC) untuk membuka valve sehingga laju alir steam yang masuk menjadi lebih besar. Pressure Indicator (PI) juga dipasang agar tekanan di dalam reboiler tidak berjalan di atas atau di bawah batas yang diinginkan.
FI
PI
FI
Gambar 6.5 Reboiler beserta instrumennya.
6.
Pompa Instrumen yang digunakan pada pompa adalah Flow Controller (FC) yang
berfungsi untuk memperkecil laju alir fluida yang masuk apabila laju alir fluida di dalam pompa berada di atas batas yang ditentukan. Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
FC Fluida Fluida
Gambar 6.6 Pompa beserta instrumennya.
7.
Tangki penyimpanan Pada tangki penyimpanan dilengkapi dengan level controller (LC) yang
berfungsi untuk mengukur ketinggian permukaan cairan di dalam tangki. Prinsip kerja adalah jumlah aliran fluida diatur oleh control valve, dimana nantinya akan mendeteksi dan menunjukkan tinggi permukaan pada set point. Alat penting yang digunakan adalah berupa pelampung atau transducer difragma untuk mendeteksi dan menunjukkan tinggi permukaan cairan di dalam tangki.
V-1
LC
Bahan keluar
FC
V-1
Gambar 6.7 Tangki penyimpanan dan instrumentasinya
8.
Fermentor Peralatan pengendali yang digunakan pada fermentor yaitu flow controller
(FC) berfungsi untuk mengontrol laju alir dalam fermentor. Pada fermentor ini juga digunakan pressure controller (PC) yang berfungsi untuk memberikan informasi besarnya tekanan dalam fermentor dan level controller (LC) yang berfungsi untuk
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
mengukur ketinggian cairan. Di dalam fermentor ketinggian cairan dikendalikan dengan mengatur laju alir keluaran fermentor.
Umpan
Bakteri + nutrisi
TC
PC
R-102
V-1
Gambar 6.8. Fermentor dan instrumennya
Tabel 6.1 Daftar Penggunaan Instrumentasi pada Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase NO
Nama Alat
Jenis
Kegunaan
Instrumentsi
1
2
3
4
Reaktor
Heater
Kondensor
Reboiler
PC
Mengontrol tekanan pada reaktor
LC
Mengontrol level reaktor
TC
Mengontrol temperatur reaktor
TC
Mengontrol temperatur heater
FC
Mengontrol laju alir pada heater
TC
Mengontrol temperatur kondensor
FC
Mengontrol laju alir pada kondensor
TC
Mengontrol temperatur reboiler
FC
Mengontrol laju alir pada reboiler
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
5
6
7
8
6.2
PI
Menunjukkan tekanan pada reboiler
Tangki
LC
Mengontrol tinggi cairan pada tangki
Penyimpanan
FC
Mengontrol laju alir pada tangki
Kolom Destilasi
TC
Mengontrol temperatur kolom destilasi
FC
Mengontrol laju alir pada kolom destilasi
TC
Mengontrol temperatur fermentor
PC
Mengontrol tekanan pada fermentor
LC
Mengontrol level cairan pada fermentor
FC
Mengontrol laju alir cairan dalam pipa
Fermentor
Pompa
Keselamatan Kerja Secara Umum Keselamatan kerja merupakan bagian dari kelangsungan produksi pabrik, oleh
karena itu aspek ini harus diperhatikan secara serius dan terpadu. Untuk maksud tersebut perlu diperhatikan cara pengendalian keselamatan kerja dan keamanan pabrik pada saat perancangan dan saat pabrik beroperasi. Undang – undang keselamatan kerja merupakan pedoman pokok yang harus dijalankan, yakni dalam usaha penanggulangan masalah keselamatan undang undang keselamatan kerja yang dikeluarkan pemerintah RI pada tanggal 12 Januari 1970 tentang keselamatan kerja. Undang-undang ini memberi perlindungan hukum dan keselamatan kerja kepada para tenaga kerja yang bekerja agar tempat dan peralatan produksi senantiasa dalam keadaan selamat dan aman bagi pekerja. Untuk menjamin keselamatan kerja, maka dalam perencanaan suatu pabrik perlu diperhatikan beberapa hal, yaitu : 1. Lokasi pabrik 2. Sistem pencegahan kebocoran 3. Sistem perawatan 4. Sistem penerangan 5. Sistem penyimpanan material dan perlengkapan 6. Sistem pemadam kebakaran 7. Sistem pengamanan bejana yang bertekanan
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Disamping itu, terdapat beberapa peraturan dasar keselamatan kerja yang harus diperhatikan pada saat bekerja di setiap pabrik-pabrik kimia : 1. Tidak boleh merokok atau makan selama bekerja. 2. Tidak boleh menkonsumsi minuman keras (beralkohol) selama bekerja. Pada pra-rancangan pabrik pembuatan etanol dari molase, usaha-usaha pencegahan terhadap bahaya-bahaya yang mungkin terjadi dilakukan dengan : 1. Pencegahan terhadap kebocoran − Memasang sistem alaram pada tempat yang strategis dan penting seperti power station, laboratorium dan ruang proses − Mobil pemadam kebakaran harus dalam keadaan siap siaga dalam fire station − Fire hydrant ditempatkan pada jarak 100 m di daerah storage, proses dan perkantoran − Fire extinguisher disediakan pada bangunan pabrik untuk memadamkan api yang relatif kecil − Gas detektor dipasang pada daerah proses, storage dan daerah perpipaan yang dihubungkan dengan aliran gas di ruang kontrol untuk mendeteksi kebocoran gas − Smoke detektor ditempatkan pada setiap sub-station listrik untuk mendeteksi kebakaran melalui asapnya
2. Memakai peralatan pelindung diri Pada lokasi pabrik disediakan perlengkapan perlindungan diri seperti : − Pakaian kerja − Sepatu pengaman − Topi pengaman Topi memberikan perlindungan terhadap percikan bahan kimia terutama jika bekerja di bawah perpipaan serta tangki yang mungkin bocor, juga perlindungan terhadap alat kerja yang jatuh − Sarung tangan − Masker
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Berguna untuk memberi perlindungan terhadap debu-debu yang berbahaya ataupun uap kimia agar tidak terhirup 3. Pencegahan terhadap bahaya mekanis − Setiap ruang kerja karyawan dibuat cukup luas dan tidak menghambat kegiatan karyawan lain − Alat-alat dibuat dengan penahan yang cukup kuat 4. Pencegahan terhadap bahaya listrik − Setiap instalasi dan alat-alat listrik harus diamankan dengan pemakaian sekering atau pemutus hubungan listrik secara otomatis − Sistem perkabelan listrik harus dipasang secara terpadu dengan tata letak pabrik, sehingga jika ada perbaikan dapat dilakukan dengan mudah 5. Menerapkan nilai-nilai disiplin bagi karyawan − Setiap karyawan bertugas sesuai dengan pedoman-pedoman yang diberikan dan mematuhi setiap peraturan dan ketentuan yang diberikan. − Setiap kecelakaan kerja atau kejadian yang merugikan segera dilaporkan ke atasan. − Peralatan dan perlengkapan keselamatan kerja harus digunakan bila diperlukan. − Setiap karyawan harus saling mengingatkan akan perubahan yang dapat menimbulkan bahaya. − Setiap ketentuan dan peraturan harus dipatuhi. 6. Menyediakan poliklinik di lokasi pabrik Apabila terjadi kecelakaan kerja seperti kebakaran pada pabrik maka yang harus dilakukan adalah : 1. Mematikan seluruh kegiatan pabrik, baik mesin maupun listrik 2. Mengaktifkan alat pemadaman kebakaran, dalam hal ini alat pemadaman kebakaran yang digunakan disesuaikan dengan jenis kebakaran
yang terjadi, yaitu :
− Instalasi pemadam dengan air Untuk kebakaran yang terjadi pada bahan yang berpijar seperti kayu, arang,
kertas dan
bahan
berserat.
Air
dipompakan dengan
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
menggunakan pompa yang bekerja dengan instalasi listrik sendiri sehingga tidak terganggu jika instalasi listrik pabrik dimatikan − Instalasi pemadam dengan CO2 Gas CO2 yang digunakan adalah yang sudah dicairkan dalam tabung gas bertekanan yang disambung secara seri ke nozel-nozel. Instalasi ini
digunakan
untuk
ruangan
tertutup
seperti
pada
tangki
penyimpanan dan juga pada instalasi listrik − Instalasi pemadam dengan busa udara Busa bertekanan yang keluar dari alat pemadam akan mendinginkan sumber kebakaran dan menyelimuti serta melindungi sumber kebakaran dari masuknya O2 − Instalasi pemadam dengan debu Debu pemadam cocok untuk kebakaran yang berupa lidah api, kebakaran gas dan pelarut organik bertekanan yang bocor
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
BAB VII UTILITAS Dalam suatu pabrik, utilitas merupakan unit penunjang utama dalam memperlancar jalannya proses produksi. Oleh karena itu, segala sarana dan prasarananya harus dirancang
sedemikian rupa sehingga dapat
menjamin
kelangsungan operasi suatu pabrik. Berdasarkan kebutuhannya, utilitas pada Pabrik Pembuatan Etanol dari Molase ini adalah sebagai berikut : 1. Kebutuhan uap (steam) 2. Kebutuhan air 3. Kebutuhan bahan kimia 4. Kebutuhan listrik 5. Kebutuhan bahan bakar 6. Unit pengolahan limbah
7.1
Kebutuhan Uap (steam) Dalam pabrik, uap digunakan sebagai media pemanas alat-alat perpindahan
panas. Adapun kebutuhan uap pada pabrik pembuatan Etanol dari molase dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 7.1. Kebutuhan uap sebagai media pemanas No
Nama Alat
Jumlah (kg/jam)
1 2 3 4
Reaktor R-101 5013,7661 Tangki sterilisasi TS-101 11667,8573 Heater H-101 20007,1602 Destilasi MD-101 6913,801 Total 43602,5846 Tambahan untuk faktor keamanan diambil sebesar 20 %. Total steam yang dibutuhkan
= 1,2 × 1046462,03 kg/hari = 1255754,436 kg/hari
Diperkirakan 80 % kondensat dapat dipergunakan kembali (Evans,1978), sehingga : Kondensat yang dapat digunakan kembali
= 80% ×1255754,436 kg/hari = 1004603,549 kg/hari
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Kebutuhan air tambahan untuk ketel
= 20%×1255754,436 kg/hari = 251150,8872 kg/hari = 10464,6203 kg/jam
7.2
Kebutuhan Air Dalam proses produksi air memegang peranan penting baik untuk kebutuhan
proses maupun kebutuhan domestik. Kebutuhan air pada Pabrik Pembuatan Etanol adalah sebagai berikut : 1. Kebutuhan Air Pendingin (kg/jam) - Untuk air pendingin Cooler C-101
= 605061,7434 kg/jam
- Untuk air pendingin Fermentor R-102
= 219,8265 kg/jam
- Condensor K-101 Total kebutuhan air pendingin
= 301946,5066 kg/jam = 907228,0765 kg/jam
Air yang telah digunakan sebagai pendingin pada menara pendingin air dapat digunakan kembali, dengan menganggap terjadi kehilangan air selama proses sirkulasi, sehingga penambahan air sebanyak : Wm = We + Wd + Wb We = 0,00085 . Wc (T1-T2) Wb = We/(S-1)
(Perry, 1997)
Dimana : Wm = air segar yang harus ditambahkan, kg/jam We = air yang hilang akibat penguapan, kg/jam Wb = air yang terhembus (blow down), kg/jam Wd = air yang hilang sepanjang aliran, kg/jam = 0,1% s/d 0,2% ; diambil 0,2%
(Perry, 1997)
Wc = kebutuhan air untuk pendingin, kg/jam T1
= temperatur masuk menara pendingin = 25 0C = 77 0F
T2
= temperatur keluar menara pendingin = 40 0C = 104 0F
S
= perbandingan antara padatan terlarut pada air untuk pendingin dengan air yang ditambahkan = 3 s/d 5 ; diambil S = 5
(Perry, 1997)
Maka : We = 0,00085 × 907228,0765 × (104 -77) = 20820,8844 kg/jam
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Wb =
We S −1
907228,0765 5 −1 = 226807,0191 kg/jam
Wb =
Wd = 0,002 ×907228,0765 = 1814,4561 kg/jam 2. Air yang ditambahkan untuk air pendingin : Wm = We + Wd + Wb Wm = (20820,8844 + 1814,4561 + 226807,0191) kg/jam = 249442,3596 kg/jam 3. Air proses diperkirakan 874,3642 kg/jam ×1,2 = 1049,2370 kg/jam 4. Kebutuhan air domestik (kantor, laboratorium, pencucian alat, kantin, tempat ibadah, poliklinik, dan lain-lain). Kebutuhan air domestik untuk masyarakat industri diperkirakan 10 l/jam per orang. Jumlah karyawan 155 orang. Maka total volume air domestik adalah = 155 × 10 l/jam = 1550 l/jam. Asumsi : Densitas ( ρ ) air = 1000 kg/m3 = 1 kg/l Kebutuhan air domestik = 1550 l/jam × 1 kg/l = 1550 kg/jam 5. Air tambahan untuk umpan ketel = 10464,6203 kg/jam
Tabel 7.2 Diperkirakan pemakaian air untuk berbagai kebutuhan Kebutuhan Air
Kg/jam
Air tambahan untuk umpan ketel
10464,6203
Kebutuhan air pendingin
226807,0191
Kebutuhan air proses
226807,0191
Untuk kebutuhan karyawan Total
1550 239870,8764
7.2.1 Unit Pengolahan Air Sumber air untuk pabrik pembuatan etanol ini berasal dari Sungai Sei Silau Asahan (Bapedalda SUMUT, 2007). Kualitas air sungai Silau dapat dilihat pada tabel 7.3 sebagaiberikut :
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tabel 7.3 Kualitas Air Sungai Silau Parameter A. Fisika Suhu Padatan terlarut B. Kimia pH Total Amonia (NH3-N) Besi (Fe) Cadmium (Cd) Mangan (Mn) Seng (Zn) Tembaga (Cu) Timbal (Pb) Calsium (Ca) Magnesium (Mg) Chlorida (Cl) Nitrat (NO2) Nitrit (NO3) Sulfat (SO4) Hardness (CO3-2) Oksigen terlarut
Satuan 0
Kadar
C mg/L
26,4 56,4
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
6,7 0,0005 0,028 2100 aliran turbulen Untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,0002 ID 0,6650 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0031 0 , 25 N Re (431090,2063) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
c. Menentukan panjang ekivalen pipa, ∑ L Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 68
2. Sambungan pipa - 4 buah elbow standar 900
30
79,800
- 1 buah gate valve fully open
13
8,645
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
17,955
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
33,915
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
208,7771
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0031(6,0027 ft/detik) 2 × 208,7771 ft = 2,1799 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,6650 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z = 68 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 68 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 2,1799 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 70,6420 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,0843 ft3/detik × 65,2275 lb/ft3 × 70,6420 ft lbf/lbm = 9604,0428 lb ft/detik/550 = 17,4618 HP
Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =
17,4618 HP 0,8
= 22 HP
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
8. Tangki Sterilisasi (TS-101) Fungsi
: Memanaskan umpan untuk mensterilkan dari mikroba - mikroba
Bahan konstruksi : Carbon steel SA – 287 grade C Data: Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan
= 75oC = 2 atm
Tabel LC-4 Komposisi pada ST-101 Komponen F; kg/jam Densitas;kg/m3 V; m3/jam Glukosa
Xi
576,64
1544,00
18,1549
0,1262
Air
3990,284
998,23
194,3225
0,8738
Total
4566,924
212,4774
1,000
Densitas campuran, ρ camp Laju volumetrik, Vo = 212,4774 m3 = 7503,2175 ft3
ρ camp =
-
1 0,1262 0,8738 + 1544,00 998,23
= 1044,8391 kg / jam = 65,2295 lb / ft 3
Menentukan ukuran tangki
a. Volume tangki, VT Faktor keamanan, fk
= 20%
Volume tangki, VT
= (1 + fk) × Vo
VT
= (1 + 0,2) × 212,4774 m3 = 254,9728 m3
b. Diameter tangki, DT dan tinggi tangki, HT Direncanakan tinggi silinder; Hs/Dt = 1 Volume tangki; Vt
1 = πDt 2 Hs 4
254,9728 m3
=
254,9728 m3
= 0,785 Dt3
Diameter tangki; Dt
= 6,8739 m
Jari – jari tangki, R
=
1 (3,14) Dt 2 Dt 4
6,8739 m 2
= 22,5518 ft = 3,4369 m
= 135,3142 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tinggi tangki; Hs
= 6,8739 m
Tinggi elipsoidal; Hh
=
= 22,5518 ft
1 × 6,8739 4
= 1,7184 m
Tinggi tangki total; HT = 6,8739 m + 1,7184 m = 8,5923 m = 28,1898 ft
Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph
Po +
ρ (Hs − 1) 144
Brownell & Young, 1959)
= Tekanan awal 2 atm = 29,4 psi =
65,2295 lb / ft 3 (22,5518 ft − 1) 29,4 Psi + = 39,0625 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 39,0625 Psi = 46,875 Psi
Tebal silinder, ts
=
P×R + nc SE − 0,6 P
Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =
46,875 Psi × 135,3142 in + 10 tahun × 0,01 in / tahun 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 46,875 Psi
= 0,5236 in Digunakan silinder dengan ketebalan 1/2 in Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah propeler, dengan ketentuan; 1 L Da W 1 D = 0,3, = , = , =4 Dt Da 5 Da 4 E
Dimana: Dt
= diameter tangki (ft)
Da
= diameter pengaduk
= 0,3 × 22,5518 ft
= 6,7655 ft
W
= lebar pengaduk
= 1/5 × 6,7655 ft
= 1,3531 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
L
= panjang daun pengaduk
= ¼ × 6,7655
E
= jarak pengaduk dari dasar = ¼ × 22,5518
ft ft
= 1,6913 ft = 5,6379 ft
Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P
=
KT n3 Da 5 ρm gc 550
Dimana; KT
= konstanta pengaduk 6,3
n
= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps
gc
= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2
Sehingga daya; P
=
6,3(1 rps ) 3 (6,7655 ft ) 5 65,2295 lb / ft 3 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 550
= 329,1670 HP Efesiensi motor
= 80%; P
=
329,1670 = 411,4588 Hp 0,8
Penentuan coil jaket pemanas Bahan koil yang digunakan Copper OD
= 1/2 in
Temperatur masuk umpan ST-01
= 40oC = 104 oF
Temperatur umpan keluar ST-01
= 75oC = 167 oF
Temperatur steam masuk
= 130oC = 266 oF
LMTD =
LMTD =
∆t 2
= 266 – 167 = 99oF
∆t1
= 266– 104
= 162 oF
∆t2 − ∆t1 ∆t ln 2 ∆t1
99 − 162 = 127,9248 oF 99 ln 162
Dari neraca panas Q = 7059053,672 kkal/jam = 6690665,558 Btu/jam Untuk fluida dingin heavy organic, fluida panas steam UD = 6 –60 (Tabel 8 Kern, 1965)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Diambil UD
= 60 , maka
Luas perpindahan panas yang dibutuhkan; A A =
=
Q U D x ∆t 6690665,558 = 871,6925 ft2 60 x 127,9248
Untuk tube ½ in luas permukaan perpindahan panas/ft = 0,1309 ft2 Luas perpindahan panas per lilitan = π × A × Hs = 3,14 × 0,1309 × 22,5518 ft = 9,2693 ft2/lilitan Jumlah lilitan secara keseluruhan
=
871,6925 = 94 lilitan 9,2613
9. Pompa Tangki Sterilisasi (P-105) Fungsi
: Untuk mengalirkan produk ST-101 ke C-101
Kondisi operasi
: Temperatur = 75oC Tekanan
= 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 222009,9514 kg/jam
Densitas ; ρ camp
= 1044,8067 kg/m3
Viskositas, µ
= 0,39 cp
= 135,9564 lb/detik
= 65,2275 lb/ft3
= 2,622 × 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik;
Q =
m
ρ
=
(Perry,1999)
135,9564 lb/detik = 2,0843 ft3/detik 65,2275 lb/ft 3
a. Perencanaan pompa Diameter optimum,IDop IDop
= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (2,0843 )0,45 (65,2275)0,13 = 9,3427 in
Dipilih pipa 8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: Diameter Luar; OD
= 8,625 in
Diameter dalam; ID
= 7,981 in = 0,6650 ft
Luas penampang; A
= 50 in2 = 0,3472 ft2
(Kern,1965)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Kecepatan laju alir;
v
=
Q 2,0843ft 3 /detik = = 6,0027 ft/detik 0,3472 ft 2 A
b. Bilangan Reynold, NRe Bilangan Reynold,
NRe=
ρ × ID × v µ
65,2275 lb/ft 3 × 0,6650 ft × 6,0027 ft / det ik = 2,622 × 10 -4 lbm/ft.detik = 993039,0579 > 2100 aliran turbulen Untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00022 ID 0,6650 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0025 0 , 25 N Re (993039,0579) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
c. Menentukan panjang ekivalen total pipa, ∑ L Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 57
2. Sambungan pipa - 3 buah elbow standar 900
30
59,850
- 1 buah gate valve fully open
13
8,645
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
17,955
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
33,915
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
176,7446
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0025(6,0027 ft/detik) 2 × 176,7446 ft = 1,4882 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,6650 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tinggi pemompaan ∆ Z = 57 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gc α
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 57 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 1,4882 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 58,4882 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,0843 ft3/detik × 65,2275 lb/ft3 × 58,4882 ft lbf/lbm = 7951,6959 lb ft/detik/550 = 14,4576 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
14,4576 HP 0,8
= 18,0720 HP = 19 HP
10. Cooler (C-101)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Fungsi
: Mendinginkan umpan sebelum dimasukkan ke R-102
.
Data: Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan
= 30oC = 2 atm
1. Perhitungan LMTD Tabel LC-5 Perhitungan LMTD Fluida panas 0F 167 86 81 LMTD =
Temperatur Temperatur tinggi Temperatur rendah Differensial
Fluida dingin 0F 104 77 27
Differensial 0F 63 9 54
(T1 − t 2 ) − (T2 − t1 ) ln ((T1 − t 2 ) / (T2 − t1 )
Dimana :
∆ t1
= selisih temperatur larutan glukosa masuk dengan temperatur air pendingin masuk
∆ t2
= selisih temperatur larutan glukosa keluar dengan temperatur air pendingin keluar
t1
= temperatur air pendingin masuk
t2
= temperatur air pendingin keluar
T1
= temperatur larutan glukosa masuk
T2
= temperatur larutan glukosa keluar
Maka : LMTD
=
(167 − 104) − (86 − 77) = 27,7505 0F ln ((167 −104) / (86 − 77)
Faktor koreksi untuk fluida panas, R : R =
T1 − T2 (167 − 86) 0 F = = 3 0F 0 t 2 − t1 (104 − 77) F
(Pers. 5.14 Kern 1950)
Faktor koreksi untuk fluida dingin, S : R =
t 2 − t1 (104 − 77) 0 F = = 0,3 0F 0 T1 − t1 (167 − 77) F
(Pers. 5.14 Kern 1950)
Dari gambar 18, Kern diperoleh FT = 0,755 Jadi :
∆T
= FT. LMTD
(Pers. 7.42 Kern 1950)
= 0,755. 27,7505 = 20,9516 0F
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
2. Temperatur rata-rata
(167 + 86) 0 F =126,5 0 F 2
Ta =
ta =
(104 + 77) 0 F = 90,5 0 F 2
Untuk sistem fluida panas yaitu larutan glukosa masuk melalui shell side, sedangkan fluida dingin yaitu air melalui tube side. Harga UD = 75-150 Btu/jam ft2.0F
(Tabel 8, Kern
1950) Diambil UD = 150 Btu/jam ft2.0F Dari tabel 10, kern 1950 diambil ukuran tube : OD
= 1 1 in = 0,125 ft 2
ID
= 1,28 in = 0,10667 ft
BWG
= 12
at
= 0,3925 ft2/ft
L
= 24,3696 ft
Luas perpindahan panas (A) :
A=
Q U D × Δt
A=
Q U D × Δt
A=
36015579,96 Btu/jam =1145,9929 ft 2 150 Btu / ft 2 0 F × 20,9516 0 F
Luas permukaan luar untuk tube ¾ in (a″) = 0,3925 ft2/ft Jumlah tube, N t =
(Tabel 10, Kern, 1965)
A 1117,070 ft 2 = = 119,81 buah L × a " 24,3696 ft × 0,3925 ft 2 /ft
Ukuran Shell : Dari tabel 9 Kern,1965 diperoleh data : Heat exchanger
= 6 Pass
Susunan triangular pitch, PT
= 1 in
Nt
= 118
ID
= 15 1 in = 1,2708 ft 4
= 0,0833 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
OD
= ¾ in
a) Koreksi UD A = L × Nt × a” A = 24,3696 × 118 × 0,3925 = 1128,6780 ft2 UD
=
3601557,996 Q = = 150,2151 Btu/jam ft2 0F A × ∆t 1145,9929 × 20,9516
* Flow Area (a) a. shell side ID × C'×B 144 × Pt
as =
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Baffle specing, B = ID/5 = 15,25/5 = 3,05 in C = PT – OD as =
=1–¾
= 0,25 in
15,25 × 0,25 × 3,05 = 0,0807 ft2 144 × 1
* Mass Velocity (G)
Gs =
W as
(Pers. 7.2 Kern, 1965)
Ws = 222009,9514 kg/jam = 489443,1389 lb/jam
Gs =
489443,1389 = 6064970,742 lb/h ft2 0,0807
Diketahui temperatur rata – rata (Ta) = 126,5 0F Viskositas, µ
= 1,908307 lbm/ft2 jam
Konduktivitas termal, k
= 0,500103
Panas spesifik, C
= 0,8361 Btu/lbm 0 F
(kern, 1965)
Equivalent diameter shell, Des : Des
=
4 ×1 / 2 PT × 0,86 PT − 1 / 2 π OD 2 / 4 1 / 2 π OD
Des
=
4 ×1 / 2 (0,0833 ft ) × 0,86 (0,0833 ft ) − 1 / 2 π (0,0625 ft ) 2 / 4 1 / 2 π (0,0625 ft )
(Pers. 7.5 kern 1965)
= 0,106 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Res
De × G s
=
µ
=
0,106 ft × 6064970,742 lb / jam ft 2 = 336888,6131 1,908307 lbm / ft 2 jam
Diperoleh JH = 350
µ laru tan glukosa Φ s = µw C.µ k
1/ 3
(Fig. 28 kern 1965) 0 ,14
1,908307 = 2,24
0,8361 × 1,90830,918 = 0,50010
k C.µ × ho = JH × De k
0 ,14
= 0,96729
1/ 3
1/ 3
Φ s = 350 ×
=1,47213 050010 ×1,47213 × 0,967290 0,09
= 2769,3972 * Flow Area (a) tube side Nt × a ' t 144 × n
at =
n
=6
a ’t = 0,204 at =
(Tabel 10, Kern, 1965)
118 × 1,29 = 0,176 ft2 144 × 6
* Mass Velocity (G)
Gt =
W at
Gt =
467104,7646 = 1803493,3 lb/h ft2 0,259
(Pers. 7.2 Kern, 1965)
Diketahui temperatur rata – rata (ta) = 90,5 0F Viskositas, µ
= 2,0037 lbm/ft2 jam
Konduktivitas termal, k
= 0,336 Btu/ft.jam 0 F
Panas spesifik, C
= 0,9988 Btu/lbm 0 F
Ret
=
ID × Gts
µ
=
(kern, 1965)
0,1066 ft ×1803493,3 lb / jam ft 2 = 95948,6878 2,0037 lbm / ft 2 jam
Diperoleh JH = 250
(Fig. 24 kern 1965)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
µ air pendingin Φ s = µw C.µ k
1/ 3
0 ,14
2,0037 = 1,936
0,9988 × 2,0037 = 0,336
k C.µ h0 = JH × × ID k
0 ,14
=1,0048
1/ 3
=1,8127
1/ 3
Φ t = 250 ×
0,336 ×1,8127 × 1,0048 0,1066
= 1435,2502
ho = hi ×
ID 0,1066 = 1435,2502 × = 203,9969 Btu/jam.ft2.0F OD 0,75
* Koefisien panas bersih keseluruhan ; (Uc)
Uc =
h io × h o h io + h o
Uc =
203,9969 × 2769,3972 = 190,0011 Btu/ h ft2 0F 203,9969 + 2769,3972
* Koefisien kotor ; (RD)
RD =
U C − U D 190,0011 − 150 = = 0,002 190,0011 × 150 UC ⋅UD
Rd = 0,002 > Rd min = 0,001
(Tabel 12. Kern 1965)
Perhitungan Pressure Drop :
a. Shell side 1 f ⋅ G s ⋅ D ⋅ ( N + 1) ⋅ 2 5.22 ⋅ 1010 ⋅ D e ⋅ s ⋅ φ s 2
∆Ps =
(Kern, 1965)
untuk Res = 336888,6131 , f = 0,0011 ft2/in2 (Fig.29, Kern, 1965) (N+1)
= L/B
(Kern, 1965)
= 12 × 24,3696 /3,5 = 83,55
0,0011.(6064970,742) 2 × 1,27083 × 83,55 ∆Ps = 0.5 × = 0,4179 psi 5,22 × 1010 × 0,98 × 1,0048
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
ΔPs yang diperbolehkan adalah ≤ 10 psi, maka ΔPs dapat diterima.
Tube side f ⋅Gt ⋅ L ⋅ N 2
∆Pt =
(Kern, 1965)
5.22 ⋅ 1010 ⋅ ID ⋅ s ⋅ φ t
untuk Re = 95948,6878 , f = 0,00015 ft2/in2 (Fig.26, Kern, 1965) ∆Pt =
0,00015(95948,6878) 2 × 24,3696 × 6 = 0,0362 psi 5,22 × 1010 × 0,10667 × 1 × 1
∆Pr =
4n V 2 ⋅ s 2g ' untuk Gt = 1803493,3 ;
∆Pr =
V2 = 0,41 2g '
(Fig.27, Kern, 1965)
4⋅4 0,41 = 9,84 psi 1
∆PT = ∆Pt + ∆Pr ∆PT = 0,0362 + 9,84 = 9,8762 psi ΔPT yang diperbolehkan adalah ≤ 10 psi, maka ΔPs dapat diterima.
11. Pompa Cooler (P-106) Fungsi
: Untuk mengalirkan produk C-101 ke R-101
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 222009,9514 kg/jam
Densitas ; ρ camp
= 1044,8067 kg/m
Viskositas, µ
= 0,39 cp
3
= 65,2275 lb/ft3
= 2,622 × 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik;
Q =
m
ρ
=
= 135,9564 lb/detik
(Perry,1999)
135,9564 lb/detik = 2,0843 ft3/detik 3 65,2275 lb/ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
a. Perencanaan pompa = 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
Diameter optimum,IDop
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (2,0843 )0,45 (65,2275)0,13
IDop
= 9,3427 in Dipilih pipa 8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: Diameter Luar; OD
= 8,625 in
Diameter dalam; ID
= 7,981 in = 0,6650 ft
Luas penampang; A
= 50 in2 = 0,3472 ft2
Kecepatan laju alir;
v
=
(Kern,1965)
Q 2,0843ft 3 /detik = = 6,0027 ft/detik 0,3472 ft 2 A
b. Bilangan Reynold, NRe Bilangan Reynold,
NRe=
ρ × ID × v µ
65,2275 lb/ft 3 × 0,6650 ft × 6,0027 ft / det ik = 2,622 × 10 -4 lbm/ft.detik = 993039,0579 > 2100 aliran turbulen Untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00022 ID 0,6650 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0025 0 , 25 N Re (993039,0579) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
c. Menentukan panjang ekivalen total pipa, ∑ L Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan
L/D
3. Panjang pipa lurus
L (ft) 57
4. Sambungan pipa - 3 buah elbow standar 900
30
59,850
- 1 buah gate valve fully open
13
8,645
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
17,955
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
33,915
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
176,7446
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0025(6,0027 ft/detik) 2 × 176,7446 ft = 1,4882 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,6650 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z = 57 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 57 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 1,4882 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 58,4882 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,0843 ft3/detik × 65,2275 lb/ft3 × 58,4882 ft lbf/lbm = 7951,6959 lb ft/detik/550 = 14,4576 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
14,4576 HP 0,8
= 18,0720 HP = 19 HP
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
12. Fermentor (R-102) Fungsi
: Tempat berlangsungnya fermentasi
Data: Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan
= 30oC = 1 atm
Tabel LC-6 Komposisi Pada Fermentor Komponen Glukosa Air Asam sulfat Amonium sulfat Saccharomyces Total
F; kg/jam Densitas;kg/m3 28031,3152 1544 193978,6362 998,23 888,0398 1834 888,0398 1769 1110,0498 1800 224896,3299
Densitas; ρ camp
=
V;m3/jam 18,1549 194,3225 0,4842 5,0456 0,6166 218,6238
224896,3299 kg / jam =1028,6909 kg / m 3 218,6238 m 3 / jam
Perhitungan:
-
Laju alir bahan masuk
= 224896,3099 kg/jam
= 137,7240 lb/detik
Densitas ; ρ camp
= 1028,6909 kg/m3
= 64,2214 lb/ft3
Viskositas, µ
= 5,9355 × 10-4 lbm/ft detik
(Perry,1999)
Menentukan ukuran tangki Volume tangki, VT Faktor keamanan, fk
= 20%
Kebutuhan perancangan
= 30 jam
Volume tangki, VT
=
1,2 × 224896,3299 kg / jam × 30 jam 1028,6909 kg / m 3
= 7070,4573 m3 Diambil tinggi silinder ; HS/Dt = 1,4 Volume tangki; Vt 7070,4573 m3
=
1 πDt 2 Hs 4
=
1 π Dt 2 Dt 4
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Diameter tangki ; Dt
= 18,5987 m = 61,0187 ft
Jari – jari tangki ; R
=
Tinggi tangki HS
= 1,4 × 18,5987 m = 26,0381 m = 85,426 ft
Tinggi ellipsoidal ; He
=
Tinggi tangki total ; HT
= 26,0381 m + 4,6496 m = 30,6877 m = 100,6804 ft
Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph
18,5987 m = 9,2993 m = 366,1159 in 2
1 × 18,5987 m 4
Po +
= 4,6496 m
ρ (Hs − 1) 144
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
14,7 Psi +
64,2214 lb / ft 3 (85,426 ft − 1) = 52,3524 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 52,3524 Psi = 62,8229 Psi
Tebal silinder, ts
=
P×R + nc SE − 0,6 P
Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =
62,8229 Psi × 366,1159 in + 10 tahun × 0,01 in / tahun 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 62,8229 Psi
= 1,637 in Digunakan silinder dengan ketebalan 2 in
Tebal tutup dianggap sama karena terbuat dari bahan yang sama. Tangki ini menggunakan pengaduk untuk mempercepat proses pencampuran, jenis pengaduk yang digunakan adalah pitched bade turbin (turbin enam daun rata) Kecepatan putaran
= 60 rpm = 1 rps
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Diameter pengaduk tangki, Da; Da 1 W 1 = , = , Dt 3 Da 5
E L 1 J 1 =1, = , = D Da 4 Dt 12
(Mc.Cabe 1994)
Dimana: Dt
= diameter tangki (ft)
Da
= diameter pengaduk
= 1/3 × 21,1355 ft
= 7,0451 ft
W
= lebar pengaduk
= 1/5 × 7,0451 ft
= 1,4090 ft
E
= jarak pengaduk dari dasar = E = Da
L
= panjang daun pengaduk
= ¼ × 7,0451 ft
= 1,7612 ft
J
= lebar baffle
= 1/12 × 21,1355 ft
= 1,7612 ft
Bilangan Reynold,
NRe
=
ρ × Da 2 × n µ
=
65,2214 lb/ft 3 × (7,0451 ft ) 2 × 1rps 5,9355 × 10 -4 lbm/ft.detik
= 7,0451 ft
= 5370278,189 > 2100 aliran turbulen Konstanta pengadukan, KT
= 6,3
(Mc. Cabe, 1994)
Daya yang dibutuhkan untuk melakukan pengadukan; P
=
KT n3 Da 5 ρm gc 550
Dimana; KT
= konstanta pengaduk 6,3
n
= kecepatan pengadukan 60 rpm = 1 rps
gc
= konstanta gravitasi 32,174 lbm ft/lbf detik2
Sehingga daya; P
6,3(1 rps ) 3 (7,0451 ft ) 5 65,2214 lb / ft 3 = 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 550 = 396,8152 HP
Efesiensi motor P
= 80%; =
396,8152 = 496,0190HP 0,8
Perencanaan jaket untuk mempertahankan reaksi eksoterm. Desain jeket yang diinginkan adalah sesuai dengan bentuk tangki yang diletakkan disekeliling tangki.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
R2
R1
Massa air pendingin yang digunakan, m = 219,8265 kg ρair = 1000 kg/m3 waktu tinggal air pendingin ; 10 menit • Penentuan volume jaket, Vj Vj =
air pendingin
ρ
× waktu tinggal =
219,8265 ×10 menit = 2,1982 m3 3 1000 kg / m
• Penentuan R1
2
0,11 m3 R1
{( } ) = {(π × R ) − π (3,2210 + 0,0092 ) }× 8,0526 = π × R1 − π (R2 + t p ) × H s
V
2
2
2
1
= 3,2375 m
• Penentuan tebal jaket : R1
= R2 + ts + tj
tj
= R1 – (R2 + ts) = 0,0073 m
13. Pompa Fermentor (P-106) Fungsi
: Untuk mengalirkan produk F-01 ke T-02
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 224896,3299 kg/jam
= 137,7240 lb/detik
Densitas ; ρ
= 1028,6909 kg/m3
= 64,2214 lb/ft3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Viskositas, µ
= 0,8 cp = 5,38 × 10-4 lbm/ft detik
Laju alir volumetrik;
Q
=
m
ρ
=
(Perry,1999)
137,7240 lb/detik = 2,1445 ft3/detik 3 64,2214 lb/ft
a. Perencanaan pompa = 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
Diameter optimum,IDop
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (2,1445 )0,45 (64,2214)0,13
IDop
= 9,4441 in Dipilih pipa 3 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: Diameter Luar; OD
= 8,625
Diameter dalam; ID
= 7,981 in = 0,6650 ft
(Kern,1965)
Luas penampang; A = 50 in2 = 0,3472 ft2 Kecepatan laju alir; v =
Q 2,1445 ft 3 /detik = = 6,1765 ft/detik 0,3472 ft 2 A
b. Bilangan Reynold NRe=
Bilangan Reynold,
ρ × ID × v µ
64,2214 lb/ft 3 × 0,6650 ft × 6,1765 ft / det ik = 5,38 × 10 -4 lbm/ft.detik = 490299,6511 > 2100 aliran turbulen Untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,0003 ID 0,6650 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0029 0 , 25 (490299,6511 ) 0, 25 N Re
(Geankoplis, 2003)
c. Menentukan panjang ekivalen pipa, ∑ L Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan 1. Panjang pipa lurus
L/D
L (ft) 178
2. Sambungan pipa
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
- 4 buah elbow standar 900
30
79,800
- 1 buah gate valve fully open
13
8,645
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
17,955
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
33,915
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
318,315
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
4 × 0,0029 (6,1765 ft/detik) 2 318,315 ft = 3,2918 ft lbf/lbm = 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,6650 ft Tinggi pemompaan ∆ Z = 178 ft Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gc α
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 178 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 3,2918 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 181,2918 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,1445 ft3/detik × 64,2214 lb/ft3 × 181,2918 ft lbf/lbm
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 24968,0232 lb ft/detik/550 = 45,3964 HP Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
45,3964 HP = 56,7455 HP = 57 HP 0,8
14. Tangki Penampung Etanol (T-103) Fungsi
: Menampung etanol sementara
Data: Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan Laju bahan masuk; F
= 30oC = 1 atm
= 224896,3299 kg/jam
Tabel LC-7 Komposisi pada Tangki Penampung Etanol Komponen F; kg/jam Densitas;kg/m3 V; m3/jam Glukosa 1401,5657 1544,00 0,9077 Etanol 13622 789,00 17,2648 Air 193978,6362 998,23 194,3225 Saccharomyces 2886,1294 1800,0 1,6034 Total 211877,3313 214,0984 Densitas campuran,
m 211877,3313 kg / jam = = 989,6259 kg / m 3 = 61,7826 lb / m 3 v 214,0984 m 3 / jam
ρ camp =
Menentukan ukuran tangki a. Volume tangki, VT Volume bahan;
V
=
m
ρ
=
211877,3313 kg = 214,0984 m3 3 989,6259 kg/m
Faktor keamanan, fk
= 20%
Volume tangki, VT
= (1 + fk) × Vo
VT
= (1 + 0,2) × 214,0984 m3 = 256,9180 m3
b. Diameter tangki, DT dan tinggi tangki, HT Tangki dirancang berbentuk silinder tegak perbandingan antara tinggi tangki terhadap diameter tangki 5 : 4, sedangkan perbandingan antara ellipsoidal terhadap diameter 1 : 4 Diameter tangki; D
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
1 = πDt 2 Hs 4
Volume tangki; Vt
= Dt =
Vt 3
5 π 16
=3
1 5 5 (3,14) Dt 2 Dt = π Dt2 4 4 16
256,9180 5 (3,14) 16
Jari – jari tangki =
= 6,3974 m = 20,9886 ft
6,3974 = 3,1987 m = 125,9328 in 2
= 5 × Dt 4
Tinggi tangki; Hs
= 5 × 6,3974 m 4
= 7,9967 m = 26,2357 ft
Tinggi ellipsoidal; Hh =
1 × 6,3974 m 4
Tinggi tangki total; HT
= (7,9967 m + 1,5943) m = 9,591 m = 31,4661 ft
Volume silinder, Vs
=
1 π Dt2 Hs 4
=
1 (3,14) (6,3974 m)2 (7,9967)m 4
= 1,5993 m = 5,2471 ft
= 327,2787 m3 Volume ellipsoidal, Ve =
π 3
R2Hh =
3,14 (3,1987 m) 2 . (1,5993) m 3
= 17,1271 m3 = 56,1907 ft3 Volume total tangki yang terpakai = Vs + Ve = 327,2787 m3 + 17,1271 m3) = 344,5497 m3 = 1130,3986 ft3 Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph
Po +
ρ (Hs − 1) 144
= Tekanan awal 2 atm = 29,4 psi =
14,7 Psi +
61,7826 lb / ft 3 ( 26,2357 ft − 1) = 25,5272 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 25,5272 Psi = 30,6327 Psi
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tebal silinder, ts
=
PxR + nc SE − 0,6 P
Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =
30,6327 Psi × 125,93281 in + 10 tahun × 0,01 in / tahun 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 30,6327 Psi = 0,3574 in = 1/3 in
15. Pompa Tangki etanol (P-107) Fungsi
: Untuk mengalirkan produk dari T-102 ke Fp-101
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 211877,3313 kg/jam
= 129,7513 lb/detik
Densitas ; ρ
= 989,6259 kg/m3
= 61,7826 lb/ft3
Viskositas, µ
= 0,8 cp = 5,38 × 10-4 lbm/ft detik
Laju alir volumetrik;
Q
=
m
ρ
=
(Perry,1999)
129,7513 lb/detik = 2,1001 ft3/detik 3 61,7826 lb/ft
a. Perencanaan pompa Diameter optimum,IDop IDop
= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (2,1001 )0,45 (61,7826)0,13 = 9,3086 in
Dipilih pipa 3 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: Diameter Luar; OD
= 8,625
Diameter dalam; ID
= 7,981 in = 0,6650 ft
Luas penampang; A
= 50 in2 = 0,3472 ft2
(Kern,1965)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Kecepatan laju alir;
v
=
Q 2,1001 ft 3 /detik = = 6,0486 ft/detik 0,3472 ft 2 A
b. Bilangan Reynold Bilangan Reynold,
ρ × ID × v µ
NRe
=
NRe
61,7826 lb/ft 3 × 0,6650 ft × 6,0486 ft / det ik = 5,38 × 10 -4 lbm/ft.detik = 461918,9814 > 2100 aliran turbulen
Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00022 ID 0,6650 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0030 0 , 25 N Re (461918,9814) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 63
2. Sambungan pipa - 3 buah elbow standar 900
30
59,850
- 1 buah gate valve fully open
13
8,645
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
17,955
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
33,915
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
183,365
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0030(6,0486ft/detik) 2 × 183,365 ft = 1,8812 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,6650 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tinggi pemompaan ∆ Z = 63 ft Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g ∆ + ∆Z gc + ∫ V dP + ∑ F = Wf 2 gcα P1
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 = 63 ft × + 1,8812 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 64,8812 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,1001 ft3/detik × 61,7826 lb/ft3 × 64,8812 ft lbf/lbm = 8418,3210 lb ft/detik/550 = 15,3060 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
15,3060 HP 0,8
= 19,1325 HP = 20 HP
16. Filter Press (Fp-101) Fungsi
: Untuk memisahkan Sacaromycess dari produk etanol
Kondisi Operasi Suhu
: 300C
Tekanan
: 45 psia
Diketahui: Laju alir umpan
= 221867,779 kg/jam
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Laju alir cake, Fc = 663,91 kg/jam Laju alir filtrat, Ff = 189593,3383 kg/jam = 116,1048 lb/det Densitas filtrat; ρ f Komponen Glukosa Etanol Air Total Densitas, ρ filtrat
F; kg/jam 1401,5657 13611 174580,7726 189593,3383
=
Densitas;kg/m3 1544,00 789,00 998,23
V; m3/jam 0,0074 0,0718 0,9208 1,000
m 189593,3383 kg / jam = = 982,1001 kg / m 3 3 v 193,0489 m / jam = 61,3127 lb/ft3
Volume filtrat, Vf =
Ff
ρf
=
189593,3383 kg = 193,0488 m 3 3 982,1001 kg / m
Densitas cake; ρ c Komponen Saccharomyces Air Total Densitas, ρ cake
=
Volume filtrat, Vc =
F; kg/jam 2886,1294 19397,86362 22283,9930
V; m3/jam 1,6034 19,4322 21,0356
Densitas;kg/m3 1800,0 998,23
m 22283,9930 kg / jam = =1059,3466 kg / m 3 3 v 21,0356 m / jam Fc
ρc
=
22283,9930 kg = 21,0356 m 3 1059,3466 kg / m 3
Maka luas penyaringan efektif ; A adalah: LA (1 - ε ) ρ c = ρ (V + ε LA ) (
W ) 1−W
(Prabhudesai, 1984)
Dimana: L
: tebal cake pada frame
A
: luas efektif penyaringan
ρc
: densitas cake, kg/m3
ρf
: densitas filtrat, kg/m3
W
: fraksi massa cake dalam umpan
ε
: porositas cake
Waktu proses, tp direncanakan selama 1 jam • tebal cake, L =< 200 mm (20 cm)
(Ulrich, 1984)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
diasumsikan tebal cake, L = 1 cm = 0,01 m • luas permukaan plate direncanakan = 2 m3 •W=
laju alir massa cake 22283,9930 = = 0,1004 laju alir umpan 221867,779
• Porositas cake, ε = 1 −
73,8
ρ cake
=1−
73,8 = 0,0696 1059,3466
Luas efektif penyaringan, A 0,1004 0,01 A (1 – 0,0696) 1059,3466 = {193,0488 + (0,0696 × 0,01 A)} 982,1001 1 − 0,1004 9,8561 A = 21159,5841 + 0,0762 A 11,5544 A – 0,2675 A = 21159,5841 A = 2163,5787 m2 Faktor keamanan, fk = 20 % = ( 1 + fk ) A = 2596,2945 m2
Maka luas plate
Jumlah plate yang dibutuhkan
=
2596,2945 = 1298 buah 2
Digunakan jumlah plate sebanyak 1298 buah
17. Bak Penampung (BP-101) Fungsi
: Untuk menampung hasil samping dari Sc-01
Kondisi operasi
: Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 9848,7071 kg/jam
Densitas ; ρ bahan
= 1326,5154 kg/m3
Faktor keamanan; Fk
= 20%
(Perry,1999)
- Volume bak;
9848,7071 kg/jam x 1 jam = 7,2283 m3 3 1326,5154 kg / m
Volume filtrat; Vf
=
Volume cake 1 hari proses
= 24 × 7,2283 m3 = 173,4798 m3
Volume bak
= (1 + Fk) × Vc = (1,2 × 173,4798 m3 = 208,1758 m3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
- Ukuran bak penampung; Dimana : P:L:T
= 1:1:½
Vb = p × l × t = 1/2 × ×3 ×
=
3
2 × 208,1758 1
× = 7,4671 m Maka : panjang = 7,5 m lebar
= 7,5 m
tinggi
= 3,75 m
18. Heater (H-101) Fungsi
:Memanaskan etanol sebelum dialirkan ke MD-101
Jenis
: Shell and tube exchanger
Digunakan : 1-8 Shell and exchanger, 11 BWG, 1 ½ in tube segi tiga pith 1 7/8
Fluida panas (steam) Laju alir steam masuk Temperatur steam masuk T1
= 20007,1602 kg/jam = 44107,7853 lb/jam = 130oC = 266oF = 130oC = 266oF
Temperatur steam keluar T2 Fluida dingin (campuran etanol) Laju alir bahan masuk
= 189593,3383 kg/jam = 417977,4736 lb/jam
Temperatur fluida masuk; t1
= 30oC = 86oF
Temperatur fluida keluar; t2
= 90oC = 194oF
∆t 2
= 266 – 194
= 72 oF
∆t1
= 266 – 86
= 180 oF
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
LMTD =
LMTD =
∆t2 − ∆t1 ∆t ln 2 ∆t1
(kern, 1965)
72 − 180 = 211,4224 oF 108 ln 180
Koreksi LMTD (CMTD) CMTD (Δt) = LMTD × Ft
T1 − T2 266 − 266 = =0 194 − 86 t 2 − t1
R= S=
t 2 − t1 T1 − t 1
=
194 − 86 = 0,6 0F 266 − 86
Dimana ; R = 0, maka Ft = 1 CMTD (Δt) = 141 × 1 = 141 0F Temperatur rata – rata (Ta dan ta) Ta =
T1 + T2 266 + 266 = = 266 0F 2 2
ta =
t 1 + t 2 86 + 194 = = 140 0F 2 2
Menghitung jumlah tubes yang digunakan Dari Tabel 8. Kern, 1965, heater untuk fluida dingin light organic dan fluida panas steam, diperoleh UD =200 – 700, faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD = 700 Btu/jam⋅ft2⋅°F a. Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A=
Q U D × Δt
Q = 12204367,73 kkal/jam ×
A=
1 Btu = 48430030,67 Btu/jam 0,252 kkal
48430030,67 Btu/jam = 327,2394 ft 2 700 Btu / ft 2 0 F × 211,4224 0 F
Diambil panjang silinder 25 ft Luas permukaan luar untuk tube ¾ in (a″) = 0,1963 ft2/ft
(Tabel 10, Kern, 1965)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Jumlah tube, N t =
A 327,2394 ft 2 = = 66,6815 buah L × a " 25 ft × 0,1963 ft 2 /ft
Nilai terdekat adalah 66 buah dengan ID shell = 13,25 in (Tabel 9. Kern, 1965)
Ukuran Shell : Dari tabel 9 Kern,1965 diperoleh data : Hear exchanger
= 2 Pass
Susunan triangular pitch, PT
= 1,25 in
Nt
= 66
ID
= 13,25 in
OD
= 1 in
b) Koreksi UD A = L × Nt × a” A = 25 × 66,6815 × 0,1963 UD
=
= 327,2394 ft2
48430030,67 Q = = 700,0005 Btu/jam ft2 0F 327,2394 Ax∆t
* Flow Area (a) a. shell side ID × C'×B 144 × Pt
as =
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Baffle specing, B = ID/5 = 13,25/5 = 0,05 in C = PT – OD
as =
= 1,25 – 1
= 0,25 in
13,25 × 0,25 × 0,05 = 0,0009 ft2 144 × 1,25
* Mass Velocity (G)
Gs =
W as
(Pers. 7.2 Kern, 1965)
Ws = 189593,3383 kg/jam = 417977,4736 lb/jam
Gs =
417977,4736 = 464419415,1 lb/h ft2 0,0009
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Diketahui temperatur rata – rata (Ta) = 266 0F Viskositas, µ
= 0,918 lbm/ft2 jam
Konduktivitas termal, k
= 0,087
Panas spesifik, C
= 15,6603 Btu/lbm 0 F
(kern, 1965)
Equivalent diameter shell, Des : 4 ×1 / 2 PT × 0,86 PT − 1 / 2 π OD 2 / 4 1 / 2 π OD
Des
=
(Pers. 7.5 kern 1965)
Des
4 ×1 / 2 (0,1042 ft ) × 0,86 (0,1042 ft ) −1 / 2 π (0,0833 ft ) 2 / 4 = 1 / 2 π (0,0833 ft ) = 0,1219 ft
Res
=
De × G s
µ
=
0,044 ft × 464419415,1lb / jam ft 2 = 6,171 × 104 2 0,918 lbm / ft jam
Diperoleh JH = 35 C.µ k
1/ 3
(Fig. 28 kern 1965)
15,6603 − 0,918 = 0,078
ho k C.µ = JH × × Φs De k
1/ 3
= 7,6493
1/ 3
= 16 ×
0,087 × 7,6493 0,1219
= 191,075 * Flow Area (a) tube side Nt × a ' t 144 × n
at =
n
=2
a ’t = 0,204 at =
(Tabel 10, Kern, 1965)
66,6815 × 0,204 = 0,0472 ft2 144 × 2
* Mass Velocity (G)
Gt =
W at
Gt =
44107,7853 = 933839,4388 lb/h ft2 0,0472
(Pers. 7.2 Kern, 1965)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
* Bilangan Reynold (Ret) µ = 0,013 cp = 0,03146 lb/ft2 jam
(Gbr 15 Kern 1965)
ID = 0,510 in = 0,0425 ft
(Tbl.10 Kern 1965)
Kondisi steam hi0 = 1500 Btu/jam.ft2.0F
* Koefisien panas bersih keseluruhan ; (Uc) Uc =
h io × h o h io + h o
Uc =
191,075 × 1500 = 169,4853 Btu/ h ft2 0F 191,075 + 1500
* Koefisien kotor ; (RD)
RD =
UC − UD UC ⋅UD
RD =
700,005 − 169,4853 = 0,0044 700,005 × 169,4853
Untuk Rd >= 0,003 diterima, maka spesifikasi dapat diterima.
19. Menara Destilasi (MD-101) Fungsi
: memurnikan etanol menjadi 96%.
Jenis
: sieve-tray
Bahan Konstruksi : carbon steel SA 283 grade C Kondisi Operasi : Temperatur
: 90 0C
Tekanan
: 1 atm
Data
:
Dari perhitungan neraca massa, diperoleh : light key (LK) = etanol heavy key (HK) = air
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
RDM
= 20,9802
×HF = 0,9697
RD
= 31,4703
×LF = 0,0295
×LW
= 0,0012
D
= 13066,57 kg/jam
×HW
= 0,9980
W
= 174036,3425 kg/jam
×HD
= 0,09602
αLD = 2.3012
×LD
= 0,9038
αLW = 2.2390
Mencari tahap minimum dengan menggunakan metode Fenske: (Pers11.7-12 Geankoplis, 2003)
Nm =
log[( X LD . D / X HD . D ) ( X HW .W / X LW .W )] log (α Lav )
Dimana : α Lav = α LD .α LW
(Pers 11.7-13 Geankoplis, 2003)
α Lav = 2,3012 × 2,2390 = 2,2698 Nm =
log[(0,09038 / 0,09602) (0,9980 / 0,0012)] = 10,9374 ≈ 11 tahap log 2,2698
Mencari tahap teoritis dengan menggunakan persamaan Molokanov:
X =
R d − Ram 31,4703 − 20,9802 = = 0,3333 Rd +1 31,4753 + 1
Y=
1 + 54,4 × X N − Nm 1 − exp N +1 11 + 117,2 × X
Y=
1 + 54,4 × 0,3333 0,3333 − 1 N − Nm 1 − exp = 0,4420 0.5 N +1 + × 11 117 , 2 0 , 3333 0,3333
X − 1 0.5 X
(Walas, 1980)
N − Nm N +1 N +Y N= m 1−Y 11 + 0,4420 = 25,8868 = 26 tahap N= 1 − 0,4420
Y=
Maka, jumlah tahap teoritis = 26 tahap = 25 tray teoritis + 1 reboiler Efisiensi tray 80%, maka jumlah tray =
25 = 31,25 ≈ 32 trays = 31 tahap 0.8
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Penentuan Umpan Masuk dengan metode Kirkbride: X W X Ne log = 0.206 log HF LW Ns X LF D X HD
2
(Pers 11.7-21 Geankoplis, 2003)
0,9697 174036,3425 0,0012 2 Ne = 0.206 log log Ns 0,0295 13066,57 0,9998 log
Ne = -0,6592 Ns
Ne = 0,2192 Ns
Ne = 0,2192 Ns N = Ne + Ns 31 = 0,2192 Ns + Ns Ns = 26 Ne = 31 – 26 = 5 Jadi, umpan masuk pada piring ke – 5 dari atas. Disain kolom Destilasi Direncanakan : Jarak tray (t)
= 0.4 m
Hole diameter (do)
= 6 mm
(Treybal, 1984)
Space between hole center (p’)= 12 mm
(Treybal, 1984)
Weir height (hw)
= 5 cm
Pitch
= triangular ¾ in
Data : Suhu dan tekanan pada destilasi adalah 356 K dan 1 atm Tabel Komposisi bahan pada alur Vd Komponen EtOH H2O Avg.mol wieght
alur Vd(kmol/jam) 9225,7538 979,7261 10205,4799
%mol 0,904 0,096
Mr 46 18
%mol × Mr 41,584 1,7317 43,3157
Laju alir gas (G`) = 10205,4799 kmol/jam = 2,8348 kmol/s
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
ρv=
43,3157 273 × = 1,4912 kg/m3 22,4 354
Laju alir volumetrik gas (Q) = 2,8348 × 22,4 ×
354 = 3,6758 m3/s 273
Tabel Komposisi bahan pada alur Lb Bahan EtOH H2O Glukosa Total
F (kg/jam) 544,43 174036,3425 1401,5657 175982,3383
N (kmol/jam) 0,2427 198,894 0,1602 199,297
Ρ (kg/m3) 512,358 1615,00 330,790
V (m3) 0,0217 6,9875 0,0562 7,0654
%vol 0,0012 0,9980 0,0008 1
ρ (kg/m3) 0,6148 1611,77 0,26460 1612,649
Laju alir massa cairan (L`) = 3620,088 kg/jam = 1,0056 kg/s Laju alir volumetrik cairan (Q) =
1,0056 = 0,0006 m3/s 1612,649
Perforations Surface tension (σ) = 0.04 N/m
Ao d = 0.907 o Aa p'
(Lyman, 1982)
2
2
Ao 0.006 = 0.907 = 0,25 Aa 0.0120
Konstanta Flooding (CF)
q ρL Q' ρ V
1/ 2
=
0.0303 1612,649 3,6758 1.4912
1/ 2
= 0,276
α = 0,0744t + 0,01173 = 0,0744(0,4) + 0,01173 = 0,04149 β = 0,0304t + 0,05
= 0,0304(0.4) + 0,05
σ 1 CF = α ⋅ log + β (q/Q)(ρ L / ρ V ) 0.02
= 0,02716
0, 2
0.04 1 = 0,04149 log + 0.02716 (0,0303/3,6758) (1612,649/1,4912) 0.02
0, 2
= 0,0407
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
ρ − ρV VF = C F L ρV
0,5
1612,649 − 3,6758 = 0,0407 3,6758
0,5
= 0,0,8515 m/s Asumsi 80 % kecepatan flooding
(Treybal, 1984)
V = 0,8 × 0,8515 = 0,6812 m/s An =
Q 3,6758 m 3 / s = 5,3959 m2 = V 0,6812 m/s
Untuk W = 0,7T dari tabel 6.1 Treybal, diketahui bahwa luas downspout sebesar 8,8%. At =
An 5,3959 = = 5,9166 m2 1 − 0,088 1 − 0,088
Column Diameter (T) = [4(5,9166)/π]0.5 = 2,7453 m = 108,0855 in Weir length (W)
= 0,7(5,9166) = 4,1416 m
Downsput area (Ad)
= 0,088(5,9166) = 0,5206 m2
Active area (Aa)
= At – 2Ad =5,9166 – 2(0,5206) = 4,8752 m2
Weir crest (h1) Misalkan h1 = 0.025 m h1/T = 0,025/2,7453 = 0,0091 2
0,5 2 2 2 Weff h T T T = − − 1 + 2 1 (Treybal,1984) W W T W W
0,5 2 2,7453 2,7453 0,025 12,7453 Weff − − 1 + 2 = W 4,1416 4,1416 2,7453 4,1416
2
2
2
Weff = 0,6536 W
q h 1 = 0,666 W
2/3
Weff W
2/3
0,0303 = 0,666 4,1416
2/3
(0,6536)2 / 3
h 1 = 0,0189 m
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Perhitungan Pressure Drop Dry pressure drop Ao = 0.2268 × 4,8752 = 1,1056 m2 uo =
0,0303 Q = = 0,0274 A o 1,1056
d Co = 1.09 o l
0.25
untuk do = 6 mm, l/do = 0.32 1 Co = 1.09 0.32
uo2 h d = 51.0 2 C o
(Tabel 6.2, Treybal, 1984)
0.25
= 1.4492
ρ v ρ L
0,0274 2 h d = 51.0 2 1.4492
1.4912 1612,649
h d = 1,6 × 10 −5 mm
Hydraulic head Q 3,6758 m 3 / s = 0,7539 m/s Va = = Aa 4,8752 m 2 z=
T + W 2,7453 m + 4,1416 m = 3,4434 m = 2 2
h L = 0,0061 + 0,725 h w − 0,238 h w Va ρ V
0,5
q + 1,225 z
0.0303 h L = 0,0061 + 0,725 (0,05) − 0,238 (0,05)(0,7539)(1,4912) 0,5 + 1,225 3,4434
h L = 0,0421 m Residual pressure drop hR =
6 σ gc ρLdog
hR =
6 (0,04) (1) = 0.0025 m 1612,649 (0,006)(9,8)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Total gas pressure drop hG = hd + hL + hR hG = 1,6 × 10-5 + 0,0421 + 0,0025 hG = 0,0447 m Pressure loss at liquid entrance Ada = 0,025 W = 0,025 × 4,1416 m = 0,1035 m2
3 q h2 = 2g A da
2
2
h2 =
3 0,0303 = 0,0131 m 2g 0,1035
Backup in downspout h3 = hG + h2 h3 = 0,0447 m + 0,0131 m h3 = 0,0578 m
Pengecekan luapan hw + h1 + h3 = 0,05 + 0,0189 + 0,0578 hw + h1 + h3 = 0,1267 m t/2 = 0,4/2 = 0,2 m Karena nilai hw + h1 + h3 lebih kecil dari t/2, maka spesifikasi ini dapat diterima, artinya dengan rancangan plate seperti ini diharapkan tidak terjadi luapan Spesifikasi kolom destilasi Tinggi kolom
= 30 × 0,4 m = 12 m
Tinggi tutup
=
Tinggi total
= 12 + 2(0,6863) = 13,3726 m
Tebal tray
=
1 (2,7453) = 0,6863 m 4
l × do do
= 0,32 × 6 = 1,92 mm Tekanan operasi = 1 atm = 14,7 psi
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Faktor kelonggaran = 20 % Maka, Pdesign
= (1,2) (14,7) = 17,64 psi
Joint efficiency = 0,8
(Brownell,1959)
Allowable stress = 18750 psia
(Brownell,1959)
Tebal shell tangki:
t=
PD 2SE - 1,2P
t=
(17,64)(40) + 10 tahun × 0,01in / thn = 0,125 in 2(18750)(0,8) - 1,2(17,64)
Tebal shell yang digunakan
= 3/16 in
(Brownell,1959)
20. Kondensor (K-101) Fungsi
: mengubah fasa uap campuran etanol-air menjadi fasa cair.
Jenis
: shell and tube exchanger
Fluida panas
: campuran etanol
Temperatur fluida masuk : 80 0C = 176 0F Temperatur fluida keluar : 30 0C = 86 0F Fluida dingin
: air
Temperatur fluida masuk : 25 0C = 77 0F Temperatur fluida keluar : 40 0C = 104 0F Mencari Δt
LMTD =
∆t 2 − ∆t1 ln (∆t 2 / ∆t1 ) untuk aliran counter:
(Kern, 1965) ∆t 1 = T1 − t 2 ∆t 2 = T2 − t 1
Keterangan : T1 & T2 = Suhu masuk dan keluar fluida panas, 0F t1 & t2 = Suhu masuk dan keluar fluida dingin, 0F
LMTD =
(176 − 104) − (86 − 77) = 30,29 o F (176 − 104) ln (86 − 77)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Koreksi LMTD (CMTD) CMTD (Δt) = LMTD × Ft
T1 − T2 176 − 86 = = 3,33 104 − 77 t 2 − t1
R= S=
t 2 − t1 T1 − t 1
=
104 − 77 = 0,27 176 − 77
Dari Fig. 18, Kern, 1988 didapat Ft = 0,79 CMTD (Δt) = 30,29 × 0,79 = 23,9291 0F Caloric Temperature (Tc dan tc) Ta =
T1 + T2 176 + 86 = = 131 0F 2 2
ta =
t 1 + t 2 77 + 104 = = 90,5 0F 2 2
Menghitung jumlah tubes yang digunakan Dari Tabel 8. Kern, 1965, kondensor untuk fluida panas light organic dan fluida dingin air, diperoleh UD =75 – 150, faktor pengotor (Rd) = 0,003 Diambil UD =90 Btu/jam⋅ft2⋅°F Dari tabel 10, Kern 1965 diambil ukuran tube 1 in = 0,125 ft 2
OD
=1
ID
= 1,28 in = 0,1667 ft
BWG
= 12
At
= 0,3921 ft2/ft
L
= 24,3696 ft,
a. Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A=
Q U D × Δt
Q = 15097325,33 kkal/jam ×
A=
1 Btu = 59910021,15 Btu/jam 0,252 kkal
59910021,15 Btu/jam = 27818,3008 ft 2 2 0 0 90 Btu / ft F × 23,9291 F
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Jumlah tube, N t =
27818,3008 ft 2 A = = 2911,2953 buah L × a " 24,3697 ft × 0,3921 ft 2 /ft
Nilai terdekat adalah 48 buah dengan ID shell = 39 in (Tabel 9. Kern, 1965) b. Koreksi UD (Dirt Overall Heat Transfer Coefficient) UD =
Q A ⋅ ∆t
Akoreksi = Nt × L × at = 1377 × 24,3696 × 0,3925 = 13171,0986 ft2
UD =
5991002,15 = 90 Btu/ h ft2 0F 27818,3008 × 23,9291
Ukuran Shell : Dari tabel 9 Kern,1965 diperoleh data : Heat exchanger
= 1 Pass
Susunan triangular pitch, PT
= 15/16 in = 0,0781 ft
Nt
= 1377
ID
= 39 in = 3,25 ft
OD
= 3/4 in = 0,0625 ft
Penentuan RD design: Flow Area (a) shell side as =
ID × C'×B 144 × Pt
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Baffle specing, B = ID/5 = 39/5 C = PT – OD
as =
= 7,8 in
= 0,9375 in – 0,75 in = 0,1875 in
39 × 0,1875 × 7,8 = 0,4225 ft2 144 × 0,9375
tube side at =
Nt × a ' t 144 × n
a ’t = 1,29 at =
(Tabel 10, Kern, 1965)
1377 × 1,29 = 12,3356 ft2 144 × 1
Mass Velocity (G)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
shell side
Gs =
W as
Gs =
974350,1161 lb/jam = 78986,8442 lb/h ft2 2 12,3356 ft
(Kern, 1965)
tube side
Gt =
W at
Gt =
665671,2685 lb/jam = 53963,4284 lb/h ft2 2 12,3356 ft
V=
Gt 3600ρ
V=
53963,4284 lb/jam ft 2 = 8 fps 3600 ⋅ 64,428 lb/ft 3
(Kern, 1965)
Koefisien Perpindahan Panas shell side asumsi awal ho = 300 Btu/hr ft2 F tube side untuk V = 8 fps (90,5 0F), hi = 1650 Btu/hr ft2 F (Fig 25, Kern, 1965) hio = hi ×
ID OD
hio = 1650 ×
1,29 = 2838 Btu/hr ft2 F 0,75
Wall Temperature (Tw) Tw = t a +
ho (Ta − t a ) hio + ho
Tw = 90,5 +
300 (131 − 90,5) = 3,8718 oF 2838 + 300
Film temperature (tf) tf =
T1 + Tw 176 + 3,8718 = = 89,9359 0F 2 2
untuk tf didapat data sebagai berikut: μf = 1.2 lb/ft h
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
kf = 0.1 Btu/ ft h ºF sf = 0.5 kg/L dari nilai G” = 78986,8442 lb/h ft2 dan data-data pada tf didapat, ho sebenarnya = 250 Btu/ft2 h (fig 12.9, Kern, 1965) Clean Overall Heat Transfer Coefficient (Uc)
Uc =
h io × h o h io + h o
Uc =
2838 × 250 = 229,7603 Btu/ h ft2 0F 2838 + 250
Dirt Factor (RD)
RD =
UC − UD UC ⋅UD
RD =
229,7603 − 90 = 0,006 229,7603 × 90
RD hitung ≥ RD ketentuan, maka spesifikasi dapat diterima. Bilangan Reynold (NRe) shell side
Re s =
De × Gs
µf
De =
Re s =
(
)
4 12 × π ⋅ 0,75 2 / 4 = 0,0625 in 12 ⋅ π ⋅ 0,75
0,0625 × 78986,8442 = 4113,8981 1,2
tube side
Re t =
D × Gt µ D = ID tube = 1,28 in
Re t =
(Tabel 10. Kern, 1965)
1,28 / 12 × 665671,2685 = 43164,0944 1,645
Perhitungan Pressure Drop : Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Shell side 1 f ⋅ G s ⋅ D ⋅ ( N + 1) ⋅ 2 5.22 ⋅ 1010 ⋅ D e ⋅ s ⋅ φ s 2
∆Ps =
(Kern, 1965)
untuk Re = 4113,8981 , f = 0,0025 ft2/in2 (N+1) = L/B
(Fig.29, Kern, 1965)
(Kern, 1965)
= 144 /7,8 = 0,0025.(78986,8442) 2 × 39 × 37,4025 ∆Ps = 0.5 × = 5 , 8114 psi 5,22 × 1010 × 0,0625 × 1,2 × 1 18,4615
ΔPs yang diperbolehkan adalah ≤ 10 psi, maka ΔPs dapat diterima. Tube side f ⋅Gt ⋅ L ⋅ N 2
∆Pt =
5.22 ⋅ 1010 ⋅ ID ⋅ s ⋅ φ t
(Kern, 1965)
untuk Re = 43164,0944 , f = 0.00018 ft2/in2 (Fig.26, Kern, 1965) ∆Pt =
0,00018(43164,0944) 2 × 12 × 4 = 0,002 psi 5,22 × 1010 × 1,28/12 × 1 × 1
∆Pr =
4n V 2 ⋅ s 2g ' untuk Gt = 43164,0944 ;
∆Pr =
V2 = 0,002 2g '
(Fig.27, Kern, 1965)
4 ⋅1 ⋅ 0,002 = 0,008 psi 1
∆PT = ∆Pt + ∆Pr ∆PT = 0,002 + 0,008 = 0,01 psi ΔPT yang diperbolehkan adalah ≤ 10 psi, maka ΔPs dapat diterima. 21. Tangki Penampung Destilasi Produk(T-104) Fungsi
: Menampung etanol
Data : Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan
= 30oC = 1 atm
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Laju bahan masuk; m
= 13611 kg/jam
Densitas ; ρ camp
= 795,7088 kg/m3 = 49,6763 lb/ft3
Perhitungan : a. Volume tangki, VT
m
Volume bahan; Vb
=
Faktor keamanan, fk
= 20%
ρ
=
13611 kg × 7 hari × 24 jam/hari = 2874,3311 m3 3 795,7088 kg/m
= (1 + fk) × Vb
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 2874,3311 m3 = 3449,4973 m3
VT
b. Diameter tangki, DT dan tinggi tangki, HT Perbandingan antara tinggi tangki terhadap diameter tangki 5 : 4, sedangkan perbandingan antara ellipsoidalterhadap diameter 1 : 4 Diameter tangki; D Volume tangki; Vt
1 = πDt 2 Hs 4
= Dt =
Vt 3
5 π 16
=3
1 5 5 (3,14) Dt 2 Dt = π Dt2 4 4 16
3449,4973 5 (3,14) 16
Tinggi tangki; Hs
= 15,2036 m = 49,8802 ft
= 5 × Dt 4 = 5 ×15,2036 m 4
= 19,004 m = 62,3503 ft
Tinggi elipsoidal; Hh =
1 × 15,2036 m 4
Tinggi tangki total; HT
= (19,004 m +3,8009) m = 22,8049 m = 74,8183 ft
Volume silinder; Vs
=
1 π Dt2 Hs 4
=
1 (3,14) (15,2036 m)2 (19,004)m 4
= 3,8009 m = 12,4701 ft
= 3448,3592 m3 Volume ellipsoidal, Ve =
πD 3 3
=
3,14 (15,2036 m) 3 24
= 2758,7285 m3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Volume total tangki yang terpakai = Vs + Ve = (3448,3592 m3 + 2758,7285 m3) = 6207,0877 m3 Tekanan hidrostatis bahan, Ph =
Po +
ρ (Hs − 1)
(Brownll &Young, 1959)
144
Dimana : Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph =
14,7 Psi +
49,6763 lb / ft 3 (62,3503 ft − 1) = 35,8642 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 35,8642 Psi = 43,0371 Psi
Tebal silinder, ts
=
P×D + nc 2 SE − 0,6 P
Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 18.750 psi E = Efesiensi sambungan; 80% n = Umur alat 10 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =
43,0371 Psi × 49,8802 ft × 12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 43,0371 Psi
= 0,9594 = 1 in
22. Pompa Refluks Destilasi (P-108) Fungsi
: memompa campuran refluks ke menara destilasi
Bahan konstruksi
: Carbon steel
Kondisi operasi
: 30oC.1atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 428351,3134 kg/jam = 262,3175 lb/detik
Densitas ; ρ
= 7956 kg/m3
= 49,6301 lb/ft3
= 7,394 × 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik; Q
=
m
ρ
=
(Kern,1965)
262,3175 lb/detik = 5,2854 ft3/detik 49,6301 lb/ft 3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Diameter optimum,IDop = 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (5,2854 )0,45 (49,6301)0,13
IDop
= 13,7056 in Dipilih pipa 14 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut: Diameter Luar; OD
= 14,0 in
Diameter dalam; ID
= 13,25 in = 1,104 ft
Luas penampang; A
= 138 in2 = 0,9583 ft2
(Kern,1950)
Kecepatan laju alir;
v
=
Q 05,2854 ft 3 /detik = = 5,5152 ft/detik 0,9583 ft 2 A
Bilangan Reynold,
NRe
=
ρ x ID x v µ
49,6301 lb/ft 3 × 01,1042 ft × 5,5152 ft / det ik = 7,394 × 10 -4 lbm/ft.detik = 408987,2043 > 2100 aliran turbulen Untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00013 ID 1,1042 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0031 (Geankoplis, 2003) 0 , 25 (408987,2043) 0, 25 N Re
Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 44
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
14,3546
- 3 buah elbow standar 900
30
99,360
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
29,8134
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
56,3142
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
229,4876
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
4 × 0,0083(5,5152 ft/detik) 2 × 229,48,76 ft = = 3,2622 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 1,104 ft Tinggi pemompaan ∆ Z = 44 ft Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka : v2 = 0 ∆ 2 gc α
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka : P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
= 44 ft ×
g + ∑F gc 32,174 ft / det ik 2 + 3,2622 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 47,2622 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf
= 5,2854 ft3/detik × 49,6301 lb/ft3 × 47,2622 ft lbf/lbm = 12397,5908 lb ft/detik/550 = 22,5410 HP Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor ; Pm =
22,5410 HP 0,8
= 28,1763 HP = 29 HP
23. Pompa Destilasi (P-109) Fungsi
: Untuk mengalirkan destilat ke tangki produk
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
: Temperatur = 30 oC
Kondisi operasi
Tekanan
= 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 13611 kg/jam
Densitas ; ρ
= 795,7088 kg/m3
Viskositas, µ
= 1,1 cp
= 8,3352 lb/detik = 49,6763 lb/ft3
= 7,394 × 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik;
Q
=
m
ρ
=
(Kern,1965)
0,8,3352 lb/detik = 0,1677 ft3/detik 49,6763 lb/ft 3
Diameter optimum,IDop = 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (0,1677 )0,45 (49,6763)0,13
IDop
= 2,9020 in Dipilih pipa 2 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: Diameter Luar; OD
= 2,38 in
Diameter dalam; ID
= 2,067 in = 0,1722 ft
Luas penampang; A
= 0,622 in2 = 0,0043 ft2
(Kern,1950)
Kecepatan laju alir;
v
=
Q 0,1677 ft 3 /detik = = 38,8244 ft/detik 0,0043 ft 2 A
Bilangan Reynold,
NRe
=
ρ × ID × v µ
49,6763 lb/ft 3 × 0,1722 ft × 38,8244 ft / det ik = 7,394 × 10 -4 lbm/ft.detik = 449410,4016 > 2100 aliran turbulen Untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00087 ID 0,1722 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0031 N Re (449410,4016) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan 1. Panjang pipa lurus
L/D
L (ft) 55
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
2,2386
- 1 buah elbow standar 900
30
5,166
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
4,6494
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
8,7822
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
75,8362
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0031(38,8244 ft/detik) 2 × 75,8362 ft = 127,9203 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,1722 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 55 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 55 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 127,9203 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 182,9203 ft lbf/lbm
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 0,1677 ft3/detik × 49,6763 lb/ft3 × 182,9203 ft lbf/lbm = 1523,8571 lb ft/detik/550 = 2,7706 HP
Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =
2,7706 HP 0,8
= 3,4633 HP = 4 HP
24. Tangki Penyimpan Saccharomyces (T-105) Fungsi
: Menyimpan saccharomyces
Data: Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan
= 30oC = 1 atm
Laju bahan masuk; m
= 1110,04975 kg/jam
Densitas ; ρ camp
= 1800 kg/m3 = 112,375 lb/ft3
Perhitungan : a. Volume tangki, VT Volume bahan;
Vb
=
Faktor keamanan, fk
m
ρ
=
1110,04975 kg = 0,6166 m3 3 1800 kg/m
= 20% = (1 + fk) × Vb
Volume tangki, VT VT
= (1 + 0,2) × 0,6166 m3 = 0,7401 m3
b. Diameter tangki, DT dan tinggi tangki, HT Perbandingan antara tinggi tangki terhadap diameter tangki 2 : 4, sedangkan perbandingan antara ellipsoidal terhadap diameter 1 : 4 Diameter tangki; D Volume tangki; Vt
1 = πDt 2 Hs 4 =
1 2 2 (3,14) Dt 2 Dt = π Dt2 4 4 8
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Dt =
3
Vt 0,7401 =3 2 π 2 (3,14) 8 8
= 0,9805 m = 3,2170 ft
= 2 × Dt 4
Tinggi tangki; Hs
= 2 × 0,9805 m 4
= 0,2451 m = 0,8042 ft
Tinggi ellipsoidal; Hh =
1 × 0,578 m 4
Tinggi tangki total; HT
= (0,4902 m +0,2451 m) = 1,2945 m = 4,2468 ft
Volume silinder, Vs
=
1 π Dt2 Hs 4
=
1 (3,14) (0,9805 m)2 (0,4902)m 4
= 0,1445 m = 0,474 ft
= 0,3699 m3
πD 3
Volume ellipsoidal, Ve =
3
=
3,14 (0,9805 m) 3 24
= 0,025 m3 Volume total tangki yang terpakai = Vs + Ve = (0,3699 m3 + 0,1233 m3) = 0,4932 m3 Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownll &Young, 1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
14,7 Psi +
112,375 lb / ft 3 (1,6084 ft − 1) = 15,1747 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 15% Tekanan disain;
Pd = 1,15 × 15,1747 Psi = 17,4510 Psi
Tebal silinder,
ts =
P×D + nc 2 SE − 0,6 P
Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 12.650 psi E = Efesiensi sambungan; 85% n = Umur alat 15 tahun
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =
17,4510 Psi × 3,2570 ft × 12 in / ft + 15 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 12.650 psi × 0,85 − 0,6 × 17,4510 Psi
= 0,1813 = 1/10 in
25. Tangki Penyimpan (NH4)2SO4 (T-106) Fungsi
: Menyimpan (NH4)2SO4
Data : = 30oC
Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan
= 1 atm
Laju bahan masuk; m
= 888,0398 kg/jam
Densitas ; ρ camp
= 1769 kg/m3 = 110,435 lb/ft3
Perhitungan : a. Volume tangki, VT Volume bahan;
Vb
=
Faktor keamanan, fk
m
ρ
=
888,0398 kg = 0,5020 m3 3 1769 kg/m
= 20% = (1 + fk) × Vb
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 0,5020 m3 = 0,6024 m3
VT
b. Diameter tangki, DT dan tinggi tangki, HT Perbandingan antara tinggi tangki terhadap diameter tangki 2 : 4, sedangkan perbandingan antara ellipsoidal terhadap diameter 1 : 4 Diameter tangki; D Volume tangki; Vt
1 = πDt 2 Hs 4
= Dt =
3
1 2 2 (3,14) Dt 2 Dt = π Dt2 4 4 8
Vt 0,6024 =3 2 π 2 (3,14) 8 8
Tinggi tangki; Hs
= 0,9155 m = 3,0036 ft
= 2 × Dt 4
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 2 × 0,9155 m 4
= 0,4577 m = 1,5017 ft
Tinggi elipsoidal; Hh =
1 × 0,9155 m 4
= 0,2288 m = 0,7508 ft
Tinggi tangki total; HT
= (0,4577 m +0,2288 m) = 0,6865 m = 2,2522 ft
Volume silinder, Vs
=
1 π Dt2 Hs 4
=
1 (3,14) (0,9155 m)2 (0,4577)m 4
= 0,3011 m3
πD 3
Volume ellipsoidal, Ve =
3
=
3,14 (0,2288 m) 3 24
= 0,0015 m3 Volume total tangki yang terpakai = Vs + Ve = (0,3011 m3 + 0,0015 m3) = 0,3026 m3 Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownll &Young, 1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
110,435 lb / ft 3 (1,5017 ft − 1) = 15,0847 Psi 14,7 Psi + 144
Faktor keamanan ; Fk = 15% Tekanan disain; Pd
= 1,15 × 15,0847 Psi = 17,3474 Psi
Tebal silinder, ts
=
P×D + nc 2 SE − 0,6 P
Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 12.650 psi E = Efesiensi sambungan; 85% n = Umur alat 15 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =
17,3474 Psi × 3,0036 ft × 12 in / ft + 15 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 12.650 psi × 0,85 − 0,6 × 17,3474 Psi
= 0,1790 = 1/6 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
26. Tangki Penyimpan H2SO4 (T-107) Fungsi
: Menyimpan H2SO4
Data: Kondisi penampungan : Temperatur Tekanan
= 30oC = 1 atm
Laju bahan masuk; m
= 888,0398 kg/jam
Densitas ; ρ camp
= 1834 kg/m3 = 114,493 lb/ft3
Perhitungan : a. Volume tangki, VT Volume bahan;
Vb
=
Faktor keamanan, fk
m
ρ
=
888,0398 kg = 0,4842 m3 1834 kg/m 3
= 20% = (1 + fk) × Vb
Volume tangki, VT
= (1 + 0,2) × 0,4842 m3 = 0,5810 m3
VT
b. Diameter tangki, DT dan tinggi tangki, HT Perbandingan antara tinggi tangki terhadap diameter tangki 2 : 4, sedangkan perbandingan antara ellipsoidal terhadap diameter 1 : 4 Diameter tangki; D Volume tangki; Vt
1 = πDt 2 Hs 4
= Dt =
3
2 2 1 (3,14) Dt 2 Dt = π Dt2 4 4 8
Vt 0,5810 =3 2 π 2 (3,14) 8 8
Tinggi tangki; Hs
= 0,9045 m = 2,9676 ft
= 2 × Dt 4 = 2 × 0,9045 m 4
= 0,4522 m = 1,4837 ft
Tinggi elipsoidal; Hh =
1 × 0,9045 m 4
= 0,2261 m = 0,7418 ft
Tinggi tangki total; HT
= (0,4522 m +0,2261 m) = 0,6783 m = 2,2254 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Volume silinder, Vs
=
1 π Dt2 Hs 4
=
1 (3,14) (0,9045 m)2 (0,4522)m 4
= 0,2904 m3
πD 3
Volume ellipsoidal, Ve =
3
=
3,14 (0,9045) 3 24
= 0,0968 m3 Volume total tangki yang terpakai = Vs + Ve = (0,2904 m3 + 0,0968 m3) = 0,3872 m3 Tekanan hidrostatis bahan, Ph = Dimana Po Ph
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownll &Young, 1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
14,7 Psi +
114,493 lb / ft 3 (1,4837 ft − 1) = 15,0845 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 15% Tekanan disain; Pd
= 1,15 × 15,0845 Psi = 17,3472 Psi
Tebal silinder, ts
=
P×D + nc 2 SE − 0,6 P
Dimana; P = Tekanan disain S = Tegangan yang diizinkan 12.650 psi E = Efesiensi sambungan; 85% n = Umur alat 15 tahun c = laju kecepatan korosi 0,01 in/tahun ts =
17,3472 Psi × 2,9676 ft × 12 in / ft + 15 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 12.650 psi × 0,85 − 0,6 x 17,3472 Psi
= 0,1787 = 2/11 in
27. Pompa H2SO4 (P-110) Fungsi
: Untuk mengalirkan H2SO4 ke Fermentor
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tipe
: Pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi : Carbon steel : Temperatur = 30 oC
Kondisi operasi
Tekanan
= 1 atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 888,0398 kg/jam
= 0,5438 lb/detik
Densitas ; ρ
= 1834 kg/m3
= 114,493 lb/ft3
Viskositas, µ
= 0,32 cp = 2 × 10-4 lbm/ft detik
Laju alir volumetrik;
Q
=
m
ρ
=
0,5438 lb/detik = 4,7498 × 10-3 ft3/detik 3 114,493 lb/ft
= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
Diameter optimum,IDop
(Kern,1965)
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (4,7498 × 10-3 )0,45 (114,493)0,13
IDop
= 0,6504 in Dipilih pipa ½ in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut:
(Kern,1950)
Diameter Luar; OD
= 0,840 in
Diameter dalam; ID
= 0,622 in = 2,0406 ft
Luas penampang; A
= 0,304 in2 = 0,0021 ft2
Kecepatan laju alir;
v
Q 4,7498 × 10 -3 ft 3 /detik = = = 2,2499 ft/detik A 0,0021 ft 2
Bilangan Reynold,
NRe
=
ρ × ID × v µ
=
114,493 lb/ft 3 × 2,0406 ft × 2,2499 ft / det ik 2 × 10 -4 lbm/ft.detik
= 2628276,509 > 2100 aliran turbulen Dari Geankoplis, 2003 untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00007 ID 2,0406 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0019 0 , 25 N Re (2628276,509) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 65
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
26,5278
- 2 buah elbow standar 900
30
122,436
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
55,0962
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
104,0705
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
308,0266
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
4 fv 2 ∑ L = 2 gcD =
4 × 0,0016(10,0518 ft/detik) 2 × 308,0266 ft = 1,1376 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 2,0406 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z = 65 ft Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + V dP + ∑ F = Wf gc P∫1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka : P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 65 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 1,1376 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 66,1376 ft lbf/lbm = Q × ρ × Wf
Daya pompa; P
= 4,7498 × 10-3 ft3/detik × 114,493 lb/ft3 × 66,1376 ft lbf/lbm = 35,9669 lb ft/detik/550 = 0,0653 HP Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =
0,0653 HP 0,8
= 0,081 HP = 1/10 HP
28. Reboiler (RB-101) Fungsi
: Menaikkan suhu campuran etanol, air dan glukosa sebelum dimasukkan ke dalam kolom destilasi.
Jenis
: shell and tube exchanger
Fluida panas
: Steam
Temperatur fluida masuk : 130 0C
= 266 0F
Temperatur fluida keluar : 130 0C
= 266 0F
Fluida dingin
: Campuran etanol
Temperatur fluida masuk : 65 0C = 149 0F Temperatur fluida keluar : 80 0C = 176 0F Mencari Δt
LMTD =
∆t 2 − ∆t1 ln (∆t 2 / ∆t1 ) untuk aliran counter:
(Kern, 1965) ∆t 1 = T1 − t 2 ∆t 2 = T2 − t 1
Keterangan : T1 & T2 = Suhu masuk dan keluar fluida panas, 0F t1 & t2 = Suhu masuk dan keluar fluida dingin, 0F
LMTD =
(266 − 176) − (266 − 149) = 102,9103 o F 266 − 176) ln (266 − 149)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Koreksi LMTD (CMTD) CMTD (Δt) = LMTD × Ft
T1 − T2 266 − 266 = =0 194 − 176 t 2 − t1
R= S=
t 2 − t1 T1 − t 1
=
176 − 149 = 0,2307 266 − 149
R = 0, maka Ft = 1 CMTD (Δt) = 102,9103 ×1 = 102,9103 0F Caloric Temperature (Tc dan tc) Ta =
T1 + T2 266 + 266 = = 266 0F 2 2
ta =
t 1 + t 2 149 + 176 = = 162,5 0F 2 2
Menghitung jumlah tubes yang digunakan Dari Tabel 8. Kern, 1965, kondensor untuk fluida dingin light organic dan fluida panas steam, diperoleh UD =100 – 200 Btu/jam⋅ft2 ⋅°F Diambil UD =150 Btu/jam⋅ft2⋅°F Dari tabel 10, Kern 1965 diambil ukuran tube 1 in = 0,125 ft 2
OD
=1
ID
= 1,28 in = 0,1667 ft
BWG
= 12
at
= 0,3921 ft2/ft
L
= 24,3696 ft,
a. Luas permukaan untuk perpindahan panas,
A=
Q U D × Δt
A=
23760133,99 Btu/jam =1539,2132 ft 2 2 0 0 150 Btu / ft F × 102,9103 F
Jumlah tube, N t =
1539,2132 ft 2 A = = 161,0837 buah L × a " 24,3697 ft × 0,3921 ft 2 /ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
b. Koreksi UD (Dirt Overall Heat Transfer Coefficient) UD =
Q A ⋅ ∆t
Akoreksi = Nt × L × at = 160 × 24,3696 × 0,3925 = 1528,8512 ft2
UD =
23760133,99 = 151,0166 Btu/ h ft2 0F 1528,8512 × 102,9103
Ukuran Shell : Dari tabel 9 Kern,1965 diperoleh data : Hear exchanger
= 2 Pass
Susunan triangular pitch, PT
= 15/16 in = 0,0781 ft
Nt
= 160
ID
= 15 1/4 in = 1,2708 ft
OD
= 3/4 in = 0,0625 ft
Penentuan RD design: Flow Area (a) shell side ID × C'×B 144 × Pt
as =
(Pers. 7.1 Kern, 1965)
Baffle specing, B = ID/5 = 15,25/5 C = PT – OD
as =
= 3,05 in
= 0,9375 in – 0,75 in = 0,1875 in
15,25 × 0,1875 × 3,05 = 0,0646 ft2 144 × 0,9375
tube side at =
Nt × a ' t 144 × n
a ’t = 1,29 at =
(Tabel 10, Kern, 1965)
160 × 1,29 = 0,7166 ft2 144 × 2
Mass Velocity (G) shell side
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Gs =
W as
Gs =
387950,6668 lb/jam = 6005737,876 lb/h ft2 2 0,0646 ft
(Pers 7.2 Kern, 1965)
tube side
Gt =
W at
Gt =
15242,1656 lb/jam = 21270,1167 lb/h ft2 2 0,7166 ft
(Pers 7.2 Kern, 1965)
Bilangan Reynold Diketahui temperatur rata – rata (Ta) = 266 0F Viskositas, µ
= 2,0037 lbm/ft. jam
Konduktivitas termal, k
= 0,336 Btu/ft.jam. 0F (kern, 1965)
Panas spesifik, C
= 0,9988 Btu/lbm 0 F
Equivalent diameter shell, Des : 4 ×1 / 2 PT × 0,86 PT − 1 / 2 π OD 2 / 4 1 / 2 π OD
Des
=
(Pers. 7.5 kern 1965)
Des
4 ×1 / 2 (0,0781 ft ) × 0,86 (0,0781 ft ) − 1 / 2 π (0,0625 ft ) 2 / 4 = 1 / 2 π (0,0625 ft ) = 0,0089 ft
Res
=
De × G s
µ
=
0,0089 ft × 6005737,876 lb / jam ft 2 = 26850,4025 2,0037 lbm / ft 2 jam
Diperoleh JH = 82
µ air panas Φ s = µw C.µ k
1/ 3
0 ,14
(Fig. 28 kern 1965)
2,0037 = 2,42
0,9988 × 2,0037 = 0,336
k C.µ × ho = JH × De k
0 ,14
= 0,9739
1/ 3
=1,9854
1/ 3
Φ s = 82 ×
0,336 ×1,9854 × 0,9739 0,0089
= 5985,8455 Btu/jam.ft2.0F Diketahui temperatur rata – rata (ta) = 162,5 0F Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Viskositas, µ
= 1,908307 lbm/ft. jam
Konduktivitas termal, k
= 0,500103 Btu/ft.jam. 0F
(kern, 1965)
0
Panas spesifik, C
= 1,14 Btu/lbm F
Equivalent diameter shell, Des : Ret
=
ID × Gt
µ
=
3,0832 ft × 21270,1167 lb / jam ft 2 = 14164,4213 1,908307 lbm / ft 2 jam
Diperoleh JH = 300
µ Φ t = laru tan µ air C.µ k
1/ 3
hi = JH ×
0 ,14
(Fig. 28 kern 1965)
1,908307 = 1,936
0,8361× 1,908307 = 0,500103
k C.µ × De k
0 ,14
= 0,997
1/ 3
1/ 3
Φ t = 300 ×
=1,4715
0,500103 ×1,4715 × 0,997 1,2708
= 173,2044 Btu/jam.ft2.0F ho = hi ×
1,2708 ft ID = 173,2044 Btu / jam. ft 2 .0 F × = 3521,7305 Btu / jam. ft 2 .0 F 0,0625 ft OD
Koefisien Perpindahan Panas menyeluruh bersih (Uc)
Uc =
h io × h o h io + h o
Uc =
173,2044 × 3521,7305 = 165,0852 Btu/ h ft2 0F 173,2044 + 3521,7305
Faktor Pengotor (RD)
RD =
UC − UD UC ⋅UD
RD =
165,0852 − 151,0166 = 0,005 165,0852 × 151,0166
RD hitung ≥ RD ketentuan, maka spesifikasi dapat diterima.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Perhitungan Pressure Drop : Shell side 1 f ⋅ G s ⋅ D ⋅ ( N + 1) ∆Ps = ⋅ 2 5.22 ⋅ 1010 ⋅ D e ⋅ s ⋅ φ s 2
(Kern, 1965)
untuk Re = 26850,4025 , f = 0,0018 ft2/in2 (N+1) = 12 L/B
(Fig.29, Kern, 1965)
(Kern, 1965)
= 12 × 24,3696 /3,05 = 95,8803
∆Ps = 0.5 ×
0,0018.(6005737,876) 2 ×1,2708 × 95,8803 = 0,8920 psi 5,22 × 1010 × 0,0089 × 0,98 × 0,9739
ΔPs yang diperbolehkan adalah ≤ 10 psi, maka ΔPs dapat diterima. Tube side f ⋅Gt ⋅ L ⋅ N 2
∆Pt =
5.22 ⋅ 1010 ⋅ ID ⋅ s ⋅ φ t
(Kern, 1965)
untuk Re = 14164,4213 , f = 0,00025 ft2/in2 (Fig.26, Kern, 1965)
∆Pt =
0,00025(21270,1167) 2 × 24,3696 × 4 = 0,010 psi 5,22 × 1010 × 1,2708 × 1
4n V 2 ∆Pr = ⋅ s 2g ' untuk Gt = 21270,1167 ; ∆Pr =
V2 = 0,0059 2g '
(Fig.27, Kern, 1965)
4⋅4 ⋅ 0,0059 = 0,0944 psi 1
∆PT = ∆Pt + ∆Pr
∆PT = 0,8920 + 0,0944 = 0,9864 psi ΔPT yang diperbolehkan adalah ≤ 10 psi, maka ΔPs dapat diterima. 29. Pompa Bottom Produk (P-111) Fungsi Kondisi operasi
: Untuk memompakan liquid bottom ke reboiler : 90oC.1atm
Perhitungan:
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Laju alir bahan masuk
= 617944,6517 kg/jam
Densitas ; ρ
= 110,2 kg/m3
Viskositas, µ
= 0,171 cp
= 378,4224 lb/detik = 68,7954 lb/ft3
= 1,1 × 10-4 lbm/ft detik Laju alir volumetrik;
Q
=
m
ρ
=
378,4224 lb/detik = 5,5006 ft3/detik 3 68,7954 lb/ft
= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
Diameter optimum,IDop
(Kern,1965)
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (5,5006 )0,45 (68,7954)0,13
IDop
= 14,5591 in
Dipilih pipa 3 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut:
(Kern,1950)
Diameter Luar; OD
= 10,75 in
Diameter dalam; ID
= 10,02 in = 0,835 ft
Luas penampang; A
= 78,8 in2 = 0,5472 ft2
Kecepatan laju alir; v
=
Q 5,5006 ft 3 /detik = = 10,0518 ft/detik 0,5472 ft 2 A
Bilangan Reynold, NRe
=
ρ × ID × v µ
=
68,7954 lb/ft 3 × 0,835 ft × 10,0518 ft / det ik 1,1 × 10 -4 lbm/ft.detik
= 5249277,469 > 2100 aliran turbulen
Dari Geankoplis, 2003 untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00017 ID 0,835 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0016 0 , 25 N Re (5249277,469) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan 1. Panjang pipa lurus
L/D
L (ft) 80
2. Sambungan pipa
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
- 1 buah gate valve fully open
13
10,855
30
50,1
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
22,545
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
42,585
- 2 buah elbow standar 90
0
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
196,085
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
4 × 0,0016(10,0518 ft/detik) 2 × 196,085 ft = 2,3598 ft lbf/lbm = 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,835 ft Tinggi pemompaan ∆ Z
= 80 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gc α
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka: P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 80 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 2,3598 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 82,3598 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 5,5006 ft3/detik × 68,7954 lb/ft3 × 82,3598 ft lbf/lbm
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 31166,2956 lb ft/detik/550 = 56,6659 HP Efesiensi pompa = 80%
56,6659 HP 0,8
Daya pompa; P =
= 70,832 HP = 71 HP
30. Pompa Reboiler (P-112) Fungsi
: memompakan larutan dari reboiler ke tangki penampung hasil samping.
Kondisi operasi
: 90oC.1atm
Perhitungan: Laju alir bahan masuk
= 175982,34 kg/jam
= 107,7696 lb/detik
Densitas ; ρ
= 110,2 kg/m3
= 68,7954 lb/ft3
Viskositas, µ
= 0,171 cp = 1,1 × 10-4 lbm/ft detik
Laju alir volumetrik; Q Diameter optimum,IDop IDop
=
m
ρ
=
(Kern,1965)
107,7696 lb/detik = 1,5665 ft3/detik 3 68,7954 lb/ft
= 3,9 (Q)0,45 ( ρ )0,13
(Peters&Timmerhaus,2004)
= 3,9 (1,5665 )0,45 (68,7954)0,13 = 8,2731 in
Dipilih pipa 3 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut: Diameter Luar; OD
= 8,625
Diameter dalam; ID
= 7,981 in = 0,6650 ft
(Kern,1950)
Luas penampang; A = 50 in2 = 0,3472 ft2 Kecepatan laju alir; v = Bilangan Reynold, NRe
Q 1,5665 ft 3 /detik = = 4,5118 ft/detik 0,3472 ft 2 A
=
ρ × ID × v µ
=
68,7954 lb/ft 3 × 0,6650 ft × 4,5118 ft / det ik 1,1 × 10 -4 lbm/ft.detik
= 1876458,842 aliran turbulen
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Dari Geankoplis, 2003 untuk pipa commercial steel, ε = 0,00015 ft Kekasaran relatif =
ε
0,00015 = 0,00022 ID 0,6650 =
Untuk aliran turbulen, f =
0,079 0,079 = = 0,0021 0 , 25 N Re (1876458,842) 0, 25
(Geankoplis, 2003)
Direncanakan sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 39
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
8,645
- 2 buah elbow standar 900
30
39,9
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
17,955
- Pembesaran mendadak, K = 1,0
51
33,915
Total panjang pipa ekivalen, ΣL
129,415
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0021(4,5118 ft/detik) 2 × 129,415 ft = 0,5171 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,6650 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 39 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka: P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi;
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 39 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 0,5171 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 39,5171 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 1,5665 ft3/detik × 68,7954 lb/ft3 × 39,5171 ft lbf/lbm = 425,6827 lb ft/detik/550 = 7,7431 HP
Efesiensi pompa = 80% Daya pompa; P =
7,7431 HP 0,8
= 9,678 HP = 10 HP
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS LD.1 Pompa Air Sungai (P-101) Fungsi
: memompa air dari sungai ke bak penampungan
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Kondisi operasi
:
Temperatur
: 30oC
Laju alir massa (F)
: 239870,8764 kg/jam = 146,8942 lbm/det
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas air
: 0,8 cP = 5,38 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Laju alir volume, Q
:
F
ρ
146,8942 lbm / det = 2,3624 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
=
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 3,9 × (2,3624)
0,45
(Timmerhouse, 2004) × (62,1778) 0,13
= 9,8232 in Digunakan pipa 10 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter dalam (ID)
: 10,02 in
− Diameter luar (OD)
: 10,75 in
− Luas penampang dalam (Ai)
: 78,8 in2
Kecepatan linier, v =
= 0,835 ft = 0,5472 ft2
2,3624 ft 3 / s Q = = 4,3170 ft/s Ai 0,5472 ft 2
Bilangan Reynold, NRe =
ρ v D (62,1778)(4,3170)(0,835) = = 416602,2394 µ 5,38.10 − 4
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif Untuk aliran turbulen, f =
=
ε ID
=
0,00015 = 0,00017 0,835
0,079 0,079 = = 0,0031 0 , 25 416602,2394 0, 25 N Re
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 140
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
10,855
- 2 buah elbow standar 900
30
50,1
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
22,545
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
42,585
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
266,085
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
4 fv 2 ∑ L = 2 gcD =
4 × 0,0031(4,3170 ft/detik) 2 136,085 ft = 1,1444 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,835 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 20 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + V dP + ∑ F = Wf gc P∫1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 20 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 1,1444 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 21,1444 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,3624 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 21,1444 ft lbf/lbm = 3105,8762 lb ft/detik/550 = 5,647 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
5,647 HP 0,8
= 7 HP
LD.2 Bak Penampungan (BP-101) Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Fungsi
: untuk menampung air dan mengendapkan lumpur yang terbawa dari sungai
Bentuk
: bak dengan permukaan persegi
Konstruksi
: beton kedap air
Densitas air pada suhu 30oC : 998,23 kg/m3 Direncanakan lama penampungan 10 jam, maka : Laju alir
= 10 jam ×239870,8764 kg/jam = 2398708,764 kg/jam
Faktor keamanan
= 10 %
Volume bak
=
Dimensi bak
:
1,1 × 239870,8764 kg/jam = 2638579,64 m3 3 998,23 kg / m - Panjang (p)= 3 × tinggi bak (t) - Lebar (l)
= 2 × tinggi bak (t)
Maka, V
=p×l×t
2638579,64
= 9t2
t
=
3
2638579,64 = 66,4317 m 9
diperoleh : Panjang (p)
= 3 × 66,4317 m
= 199,2953 m
Lebar (l)
= 2 ×66,4317 m
= 132,8634 m
LD.3 Pompa Bak Penampung (P-102) Fungsi
: memompa air dari bak penampung ke clarifier
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Temperatur
: 30oC
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Laju alir massa (F)
: 239870,8764 kg/jam = 335,989 lbm/det
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
Viskositas air
-4
: 0,8 cP = 5,38 × 10 lbm/ft.s
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Laju alir volume, Q
:
F
=
ρ
146,8942 lbm / det = 2,3624 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 3,9 × (2,3624)
0,45
(Timmerhouse, 2004) × (62,1778) 0,13
= 9,8232 in Digunakan pipa 10 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter dalam (ID)
: 10,02 in
− Diameter luar (OD)
: 10,75 in
− Luas penampang dalam (Ai)
: 78,8 in2
Kecepatan linier, v =
= 0,835 ft = 0,5472 ft2
2,3624 ft 3 / s Q = = 4,3170 ft/s Ai 0,5472 ft 2
ρvD (62,1778)(4,3170)(0,835) = = 416602,2394 µ 5,38.10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,00017 0,835
0,079 0,079 = = 0,0031 0 , 25 N Re 416602,2394 0, 25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 80
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
10,855
- 2 buah elbow standar 900
30
50,1
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
22,545
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
42,585
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
206,085
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0031(4,3170 ft/detik) 2 206,085 ft = 0,8863 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,835 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 20 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g ∆ + ∆Z gc + ∫ V dP + ∑ F = Wf 2 gcα P1
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 = 20 ft × + 0,8863 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 20,08863 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,3624 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 20,08863 ft lbf/lbm = 2950,7954 lb ft/detik/550 = 5,3650 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
5,3650 HP 0,8
= 7 HP
LD.4 Tangki Pelarutan Aluminium Sulfat Al2(SO4)3 (TP-101) Fungsi
: Tempat untuk melarutkan Aluminium Sulfat Al2(SO4)3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Bentuk
: silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi pelarutan
: Temperatur = 30oC Tekanan
= 1 atm
Jumlah air yang diolah
= 239870,8764 kg/jam
Jumlah alum yang dibutuhkan
= 11,9935 kg/jam
Tangki pelarutan aluminium sulfat dirancang untuk 1 hari Banyak alum yang dilarutkan
= 24 × 2,7432 = 65,8384 kg
Densitas Al2(SO4)3 30%
= 1363 kg/m3
Lama penampungan persediaan
= 7 hari
Banyak alum yang dilarutkan
= 7 × 24 jam × 11,9935 kg/jam = 2014,908 kg
a. Jenis dan sifat bahan Bahan yang dipakai Al2(SO4)3 dengan kadar 30% berat, sifat – sifat : Densitas Al2(SO4)3 pada 25 oC, 1 atm = 1363 kg/m3 = 84,8986 lb/ft3 Viskositas Al2(SO4)3 pada 25 oC, 1 atm = 6,72 × 10-4 lbm/f.detik
(kirk
othmer,1976)
b. Penentuan volume tangki Volume larutan Al2(SO4)3
=
jumlah alum yang dilarutkan % berat × densitas alum
=
2014,908 kg 1lb × 3 0,4536 kg 0,3 × 84,8986 lb / ft
= 56,1498 ft3 Faktor keamanan digunakan = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 56,1498 ft3 = 67,3798 ft3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H =2:3 V=
1 π D2 H 4
67,3798 ft3 =
1 π D2 4
(Brownell, 1959)
3 D 2
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
67,3798 ft3 =
3 π D3 8
Maka, D = 3,8535 ft = 1,1745 m H = 5,7802 ft = 1,7618 m c. Menentukan tebal dinding tangki Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel SA-167, Tipe 304 Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
Tekanan Operasi, PD Dimana Po Ph
=
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
84,8986 lb / ft 3 (5,7802 ft − 1) 14,7 Psi + = 17,5182 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 17,5182 Psi = 21,0219 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×R + nc SE − 0,6 P
(Brownell &Young,1959)
21,0219 Psi × 3,8535 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 21,0219 Psi
= 0,1324 in = 2/15 in Daya pengaduk Tipe pengaduk : marine propeller dengan jarak pitch = 2Di Dt/Di = 3 , Baffle = 4
(Brown, G.G 1978)
Dt = 3,8535 ft Di = 1/3 ×3,8535 ft
= 1,2845 ft
Panjang pengadukan, L = ¼ × 1,2845 ft = 0,3211 ft Kecepatan pengadukan, N = 60 rpm = 1 rps Viskositas Al2(SO4)3
= 6,72 × 10-4 lbm/ft.det (Kirk Othmer, 1967)
Dari persamaan 3.4-1, Geankoplis untuk bilangan Reynold adalah Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
NRe =
=
ρ N (Di ) 2 µ (84,8986 lb / ft 3 )(1 rps )(1,2845 ft ) 2 = 208448,8353 > 10.000 6,72 × 10 − 4
Dari gambar 3.4-5 Geankoplis, untuk NRe = 208448,8353 > 10.000 Konstanta pengadukan,KT = 6,3 Daya yang dibutuhkan pengadu sebesar : K T n 3 Di 5 ρ P= gc =
(6,3)(1 rps ) 3 (1,2845 ft ) 5 (84,8986 lb / ft 3 ) = 0,1056 32,174 lb. ft / det 2 × 550
Efisiensi motor penggerak
= 80 %
Daya motor penggerak
=
0,1056 = 0,1321 0,8
Maka daya motor yang dipilih = 1/8 Hp
LD.5 Pompa Larutan Aluminium Sulfat (P-103) Fungsi
: Menginjeksikan larutan alum ke clarifier
Jenis
: pompa injeksi
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Temperatur
: 30oC
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Laju alir masuk
: 11,9935 kg/jam = 7,344 × 10-3 lbm/det
Densitas campuran, ρ : 1363 kg/m3 = 84,8986 lbm/ft3 Viskositas air
: 6,72 × 10-4 lbm/ft.s
Laju alir volumetrik, Q :
F
ρ
=
(Perry, 1997) (Perry, 1997)
7,344 × 10 -3 lbm / det = 8,651 × 10-5 ft3/s 3 84,8986 lbm / ft
Diameter optimum, De = 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 -5 0,45
= 3,9 × (8,651 ×10 )
(Timmerhouse, 2004) × (84,8986) 0,13
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 0,1031 in Digunakan pipa 1/8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter luar (OD)
: 0,405 in
− Diameter dalam (ID)
: 0,269 in
= 0,0224 ft
− Luas penampang dalam (Ai)
: 0,058 in2
= 0,0004 ft2
Kecepatan linier, v =
8,651 × 10 -5 ft 3 / s Q = = 0,2162 ft/s Ai 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, NRe =
ρvD (84,8986 lb / ft 3 )(0,0224 ft )(0,2162 ) = µ 6,72 × 10 − 4 lbm / ft. det = 612,048 < 2100 aliran laminer
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
Untuk aliran laminer, f =
ε ID
=
0,00015 = 0,0066 0,0224
16 16 = = 0,0216 N Re 612,048
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 50
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
0,2912
- 2 buah elbow standar 900
30
1,3440
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
0,6048
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
1,1424
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
53,3824
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
=
4 × 0,0261(0,2162 ft/detik) 2 53,3824 ft = 0,1807 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,0224 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 40 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 = 40 ft × + 0,1807 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 40,1807 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 1,9787 × 10-5 ft3/detik × 84,8986 lb/ft3 × 40,1807 ft lbf/lbm = 0,0674 lb ft/detik/550 = 1,2 × 10-4 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
1,2 10 -4 HP 0,8
= 1,5 × 10-4 HP = 1/10 HP
LD.6 Tangki Pelarutan Natrium Karbonat (Na2CO3) (TP-102) Fungsi
: Tempat untuk melarutkan Natrium Karbonat
Bentuk
: silinder tegak dengan tutup dan bawah berbentuk datar.
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283grade C
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
: Temperatur = 30oC
Kondisi pelarutan
Tekanan
= 1 atm
Jumlah air yang diolah
= 239870,8764 kg/jam
Jumlah soda abu yang dibutuhkan
= 6,4756 kg/jam
Lama penampungan persediaan
= 7 hari
Banyak soda abu yang dilarutkan
= 7 × 24 × 6,4756 = 1088,052 kg
Densitas Al2(SO4)3 30%
= 1327 kg/m3 = 82,6562 lb/ft3
a. Jenis dan sifat bahan Bahan yang dipakai Na2CO3 dengan kadar 30% berat, sifat – sifat : Densitas Na2CO 3 pada 25 oC, 1 atm = 1372 kg/m3 = 82,6562 lb/ft3 Viskositas Na2CO3 pada 25oC, 1 atm = 3,69 × 10-4 lbm/f.detik
(kirk
othmer,1976)
b. Penentuan volume tangki Volume larutan Na2CO 3
=
jumlah Na 2 CO 3 yang dilarutkan % berat × densitas soda abu
=
1088,052 kg 1lb × 3 0,4536 0,3 × 82,6562 lb / ft
= 96,7341 ft3 Faktor keamanan digunakan = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 96,7341 ft3 = 116,0810 ft3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H =2:3 V=
1 π D2 H 4
116,0810 ft3 =
1 π D2 4
116,0810 ft3 =
3 π D3 8
(Brownell, 1959)
3 D 2
Maka, D = 4,6195 ft = 1,4080 m H = 6,9293 ft = 2,1120 m
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tebal dinding tangki Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel SA-283 grade C Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
− Umur alat
= 10 tahun = Po +
Tekanan Operasi, PD Dimana Po Ph
ρ (Hs − 1)
(Brownell &Young,1959)
144
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
82,6562 lb / ft 3 (6,9293 ft − 1) 14,7 Psi + = 18,1034 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 18,1034 Psi = 21,7241 Psi
Tebal Plat minimum, tp = =
P×D + nc 2 SE − 0,6 P
(Brownell &Young,1959)
(21,7241 psi )(4,6195 ft ) ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01in / tahun 2.(18750)(0,8) − 0,6(21,7241 psi )
= 0,0401 in Dari tabel 5.4 Brownell & Young (1979) dipilih tebal tangki standar 1/10 in.
Daya pengaduk Tipe pengaduk : marine propeller dengan jarak pitch = 2Di Dt/Di = 3 , Baffle = 4
(Brown, G.G 1960)
Dt = 4,6195 ft Di = 1/3 × 4,6195 ft = 1,5398 ft Panjang pengaduk, L = ¼ × 1,5398 ft = 0,3849 ft Kecepatan pengadukan, N = 60 rpm = 1 rps Viskositas Na2CO3
= 3,69 × 10-4 lbm/ft.det (Kirk Othmer, 1967)
Bilangan Reynold, NRe :
ρ n (Di) 2 NRe = µ
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
=
(82,6562)(1)(1,5398) 2 = 531101,71 > 10.000 3,69 × 10 − 4
Dari gambar 3.4-4 Geankoplis, untuk NRe > 10.000 : Konstanta pengadukan, KT = 6,3 P=
=
K T n 3 Di 5 ρ g c × 550 (6,3)(2,5) 3 (1,5398) 5 (82,6562) = 0,2547 32,174 × 550
Efisiensi motor penggerak
= 80 %
Daya motor penggerak
=
0,2547 = 0,3184 0,8
Maka daya motor yang dipilih = 1/3 HP
LD.7 Pompa Larutn Natrium Karbonat (Na2CO3) (P-104) Fungsi
: Menginjeksikan larutan Na2CO3 ke tangki clarifier
Jenis
: pompa injeksi
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
:
Temperatur
: 30oC
Densitas Na2CO3
: 1327 kg/m3 = 82,6562 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas Na2CO3
: 3,69 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Laju alir massa (F)
: 6,4765 kg/jam = 3,9661 ×10-4 lbm/det
Laju alir volume, Q
:
F
ρ
=
3,9661 × 10 -4 lbm / det = 4,798 ×10-5 ft3/s 3 82,6562 lbm / ft
Diameter optimum, De: 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 1991)
= 3,9 × (4,798 ×10-5 ft3/s) 0,45 × (82,6562) 0,13 = 0,0788 in Dipilih pipa 1/8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : (Kern, 1950)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
− Diameter luar (OD)
: 0,4051 in
− Diameter dalam (ID)
: 0,269 in
= 0,0224 ft
− Luas penampang dalam (Ai)
: 0,058 in2
= 0,0004 ft2
Kecepatan linier, v =
4,798 × 10 −5 ft 3 / s Q = = 0,1199 ft/s Ai 0,0004 ft 2
Bilangan Reynold, NRe =
ρvD (82,6562)(0,0224)(0,1199) = = 601,8625 µ 3,69.10 − 4
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
Untuk aliran laminar, f =
ε ID
=
0,00015 = 0,0066 0,0224
16 16 = = 0,0265 N Re 601,8625
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
L (ft)
1. Panjang pipa lurus
65
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
0,2912
- 2 buah elbow standar 900
30
1,3440
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
0,6048
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
1,1424
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
68,3824
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0265 (0,1199 ft/detik) 2 68,3824 ft = 0,072 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,0224 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 45 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g ∆ + ∆Z gc + ∫ V dP + ∑ F = Wf 2 gcα P1
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 = 45 ft × + 0,0722 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 45,0722 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 4,798 × 10-5 ft3/detik × 82,6562 lb/ft3 × 45,0722 ft lbf/lbm = 0,1787 lb ft/detik/550 = 3,2 × 10-4 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
3,2 × 10 -4 HP 0,8
= 4 × 10-4 HP = 1/20 HP
LD.8 Clarifier (CL) Fungsi
: Sebagai tempat untuk memisahkan kontaminan- kontaminan terlarut dan tersuspensi dari air dengan menambahkan alum yang menyebabkan frekuensi dan penambahan soda abu agar reaksi alum dengan lumpur dapat terjadi dengan sempurna.
Jenis
:
Continous thickener
Kondisi operasi :
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Air yang diklarifikasi berjumlah : 548653,986 kg/jam Reaksi : Al2(SO4)3 + H2O
2Al2(OH)3 + 3H2SO4
Jumlah Al2(SO4)3 yang digunakan = 11,9935 kg/jam BM Al2(SO4)3
= 324 kmol/jam
Jumlah Al2(SO4)3
= 11,9935/342 = 0,0080 kmol/jam
Jumlah Al2(OH)3 yang terbebtuk
= 2 × 0,0080
BM Al2(OH)3
= 78 kg/kmol
Sehingga Al2(OH)3
= 0,0350 kmol/jam × 78 kg/kmol
= 0,0350 kmol/jam
= 2,7353 kg/jam Densitas Al2(OH)3
= 2420 kg/m3
Densitas Na2CO3
= 1327 kg/m3
Jumlah Na2CO3 yang terbentuk diperkirakan sama dengan jumlah Al2(OH)3 yang terbentuk : Massa Na2CO3
= 2,7353 kg/jam
Massa Al2(OH)3
= 2,7353 kg/jam
Total massa
= 5,4707 kg/jam
Volume Al2(OH)3
= (5,4707 kg/jam)/(2420 kg/m3) = 0,00226 m3
Volume Na2CO3
= (5,4707 kg/jam)/ 1327 kg/m3) = 0,00412 m3
Total volume
= 0,00638 m3
Densitas campuran
= (0,5 × 2420) + (0,5 × 1327)
= 1873,5 kg/m3 = 116,9631 lb/ft3
Terminal seeting velocity dari hukum stoke
D 2 (ρ s − ρ )g Ut = 18µ
(Ulritch,1984)
Dimana : D = Diameter partikel
= 20 mikron = 0,002 cm
(Perry, 1997)
ρ = Densitas air
= 0,9982 gr/ml
(Perry, 1997)
ρ s = Densitas partikel
= 2,52 gr/ml
(Perry, 1997)
µ = Viskositas air
= 0,007 gr/cm.s
(Kern,1950)
g
= Kecepatan gravitasi = 980 cm/s2
0,002 2 (2,52 − 0,9982)980 Sehingga : U t = = 0,0473cm / s 18 × 0,007
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Menghitung diameter clarifier
C×K ×m 2 D = 12
0 , 25
(Brown, 1978)
Dimana : C = Kapasitas clarifier = 239870,8764 kg/jam = 528819,3341 lb/jam D = Diameter clarifier M = Putaran motor dalam 1000 rpm direncanakan 2,5 K = konstanta pengendapan = 995
528819,3341× 995 × 2,5 2 D = 12
0 , 25
= 13,3453 ft = 4,0677 m
Tinggi clarifier, H = 1,5 D = 1,5 × 13,3453 ft = 20,0179 ft = 6,1015 m Tinggi konis, h = 1/3 H = 1/3 × 20,0179 ft = 6,6726 ft = 2,0338 m Waktu pengendapan : t
=
H × 30,48 U t × 3600
t
=
20,0179 × 30,48 = 3,5831 jam 0,0473 × 3600
(Ulritch, 1984)
Daya clarifier : P = 0,006 × D2 Dimana : P = Daya yang dibutuhkan clarifier = KW P = 0,006 × (4,0677)2 = 0,099 HP = 0,0735 KW
Tebal dinding clarifier Direncanakan digunakan bahan konstruksi Carbon Steel SA-283, Grade C Dari tabel 13.1 Brownell&Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E) = 0,8 − Faktor korosi
= 1/8 in
− Tekanan operasi, Po
= 1 atm
= 14,7 psi
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tekanan Operasi, PD Dimana Po Ph
= Po +
ρ (Hs − 1)
(Brownell &Young,1959)
144
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
116,9631 lb / ft 3 (20,0179 ft − 1) = 30,1471 Psi 14,7 Psi + 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 30,1471 Psi = 36,1766 Psi
Tebal Plat minimum, tp = =
P×D + nc 2 SE − 0,6 P
(Brownell &Young,1959)
(36,1766 psi )(13,3453 ft ) ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01in / tahun 2.(18750)(0,8) − 0,6(36,1766 psi )
= 0,2932 in Tebal plat rancangan yang dipilih 1/3 in
LD.9 Pompa Clarifier (P-105) Fungsi
: Memompa air dari clarifier menuju sand filter
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Temperatur
: 30oC
Laju alir massa (F)
: 239870,8764 kg/jam = 146,8942 lbm/det
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas air
: 0,8 cP = 5,38 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Laju alir volume, Q
:
F
ρ
=
146,8942 lbm / det = 2,3624 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (2,3624) 0,45 × (62,1778) 0,13 = 9,8232 in Digunakan pipa 10 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter dalam (ID)
: 10,02 in
− Diameter luar (OD)
: 10,75 in
= 0,835 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
− Luas penampang dalam (Ai) Kecepatan linier, v =
: 78,8 in2
= 0,5472 ft2
2,3624 ft 3 / s Q = = 4,3170 ft/s Ai 0,5472 ft 2
ρvD (62,1778)(4,3170)(0,835) = = 416602,2394 µ 5,38.10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,00017 0,835
0,079 0,079 = = 0,0031 0 , 25 N Re 416602,2394 0, 25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 80
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
10,855
- 2 buah elbow standar 900
30
50,1
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
22,545
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
42,585
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
206,085
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
4 × 0,0031(4,3170 ft/detik) 2 206,085 ft = = 0,8863 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,835 ft Tinggi pemompaan ∆ Z
= 40 ft
Dari persamaan Bernoulli;
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gc α
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 40 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 0,8863 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 40,8863 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,3624 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 40,8863 ft lbf/lbm = 6005,7499 lb ft/detik/550 = 11 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
11 HP 0,8
= 14 HP
LD.10 Sand Filter (SF) Fungsi
: Menyaring partikel – pertikel yang masih terbawa dalam air yang keluar dari clarifier
Bentuk
: Silinder tegak dengan tutup berbentuk bersegment bola
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283grade C
Kondisi penyaringan : Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Laju alir massa (F)
: 239870,8764 kg/jam = 146,8942 lbm/det
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
: 0,8 cP = 5,38 × 10-4 lbm/ft.s
Viskositas air
(Perry, 1997)
Direncanakan volume bahan penyaring 1/3 volume tangki Media penyaring adalah : -
Lapisan pertama pasir halus
-
Lapisan kedua pasir kasar
-
Lapisan ketiga batu koral
Sand filter yang dirancang untuk penampungan 1 jam operasi a. Ukuran sand filter Volume air =
239870,8764 kg / jam = 240,2912m 3 / jam 998,2507 kg / m 3
Faktor keamanan digunakan = 20% Untuk operasi 1 jam = 1 × 240,2912 m3/jam = 240,2912 m3/jam Volume tangki, Vt = 1,2 × 240,2912 m3/jam = 288,3494 m3/jam Total volume tangki = 4/3 × 288,3494 m3/jam = 384,4659 m3/jam Diambil tinggi dinding tangki, H = 1,684 dan tinggi head tangki, h = ¼ D. 1 π D2 H 4
V =
(Brownell, 1959)
384,4658 m3 =
1 3 π D2 D 4 2
384,4658 m3 =
3 π D3 8
Maka, D = 6,6255 m = 21,7369 ft H = 11,1573 m = 36,6048 ft h = 1,6563 m = 5,4342 ft b. Tebal dinding sand filter Tinggi cairan dalam tangki =
240,2912 m 3 / jam ×11,1573m 384,4659 m 3 / jam
= 6,9733 m = 22,8780 ft Direncanakan digunakan bahan konstruksi Carbon steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
Tekanan Operasi, PD Dimana Po Ph
=
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
14,7 Psi +
62,179 lb / ft 3 (36,6048 ft − 1) = 30,0741 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 30,0741 Psi = 36,0889 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×D + nc (Brownell &Young,1959) 2 SE − 0,6 P
36,08899 Psi × 21,7369 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 36,0889 Psi
= 0,4140 in = 1/3 in
LD.11 Pompa Sand Filter (P-106) Fungsi
: Memompa air dari sand filter ke menara air
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Temperatur
: 30oC
Laju alir massa (F)
: 239870,8764 kg/jam = 146,8942 lbm/det
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas air
: 0,8 cP = 5,38 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Laju alir volume, Q
:
F
ρ
=
146,8942 lbm / det = 2,3624 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (2,3624) 0,45 × (62,1778) 0,13 = 9,8232 in Digunakan pipa 10 in schedule 30 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter dalam (ID)
: 10,02 in
= 0,835 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
− Diameter luar (OD)
: 10,75 in
− Luas penampang dalam (Ai)
: 78,8 in2
= 0,5472 ft2
2,3624 ft 3 / s Q Kecepatan linier, v = = = 4,3170 ft/s Ai 0,5472 ft 2
ρvD (62,1778)(4,3170)(0,835) = = 416602,2394 µ 5,38.10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,00017 0,835
0,079 0,079 = = 0,0031 0 , 25 N Re 416602,2394 0, 25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 100
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
10,855
- 2 buah elbow standar 900
30
50,1
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
22,545
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
42,585
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
226,085
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
4 fv 2 ∑ L = 2 gcD =
4 × 0,0031(4,3170 ft/detik) 2 226,085 ft = 0,9723 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,835 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 45 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + V dP + ∑ F = Wf gc P∫1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 20 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 0,9723 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 45,9723 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 2,3624 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 45,9723 ft lbf/lbm = 6752,8401 lb ft/detik/550 = 13 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
13 HP 0,8
= 16 HP
LD.12 Menara Air (MA) Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan sebagai air domestik dan air umpan ketel.
Bentuk
: silinder tegak dengan tutup dan alas berbentuk datar
Bahan konstruksi
: Beton
Kondisi penyaringan : Temperatur = 30 oC Tekanan
= 1 atm
Laju alir massa (F)
: 239870,8764 kg/jam = 146,8942 lbm/det
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas air
: 0,8 cP = 5,38 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Faktor keamanan
: 20%
Direncanakan untuk penampungan selama 1 jam
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Banyak air yang ditampung adalah : Volume air
=
239870,8764 kg / jam = 240,2912m 3 / jam 3 998,2507 kg / m = 1,2 × 240,2912 m3/jam = 288,3494 m3/jam
Volume tangki, Vt
Direncanakan tinggi silinder, H = 5/4 D V=
1 π D2 H 4
(Brownell, 1959)
288,3554 m3 =
1 π D2 4
288,3554 m3 =
3 π D3 8
3 D 2
Maka, D = 6,6483 m = 21,8117 ft H = 8,3103 m = 27,2646 ft Tebal Dinding Menara Air Direncanakan digunakan bahan konstruksi Carbon steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
Tekanan Operasi, PD Dimana Po Ph
=
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
14,7 Psi +
62,179 lb / ft 3 (27,2646 ft − 1) = 26,0408 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 26,0408 Psi = 31,2489 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×D + nc (Brownell &Young,1959) 2 SE − 0,6 P
31,2489 Psi × 21,8117 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 31,2489 Psi
= 0,3725 in = 5/13 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
LD.13 Tangki Pelarutan Asam Sulfat (H2SO4) (TP-103) Fungsi
: Tempat membuat larutan Asam Sulfat H2SO4
Bentuk
: silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi pelarutan
: Temperatur = 30oC Tekanan
= 1 atm
Jumlah asam sulfat yang dibutuhkan = 7,7591 kg/jam = 17,1057 lb/jam a. Jenis dan sifat bahan Bahan yang dipakai H2SO4 dengan kadar 30% berat, sifat – sifat : Densitas H2SO4 pada 25 oC, 1 atm = 1387 kg/m3 = 86,587 lb/ft3 Viskositas H2SO4 pada 25 oC, 1 atm = 3,7 × 10-4 lbm/f.detik (kirk othmer,1976) b. Penentuan volume tangki Kebutuhan rancangan
= 7 hari
Volume larutan H2SO4
=
jumlah H 2 SO 4 yang dibutuhkan % berat × densitas H 2 SO 4
=
17,1057 lb / jam × 7 hari × 24 jam 0,3 × 86,587 lb / ft 3
= 110,6308 ft3 Faktor keamanan digunakan = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 110,6308 ft3 = 132,7570 ft3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H =2:3 V=
1 π D2 H 4
132,7570 ft3 =
1 π D2 4
132,7570 ft3 =
3 π D3 8
(Brownell, 1959)
3 D 2
Maka, D = 4,8309 ft = 1,4724 m H = 7,2463 ft = 2,2087 m
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
c. Menentukan tebal dinding tangki Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
Tekanan Operasi, PD Dimana Po Ph
=
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
86,587 lb / ft 3 (7,2463 ft − 1) 14,7 Psi + = 18,4558 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 18,4558 Psi = 22,1470 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×D + nc (Brownell &Young,1959) 2.SE − 0,6 P
22,1470 Psi × 4,8309 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 22,1470 Psi
= 0,1428 in = 1/7 in
Daya pengaduk Tipe pengaduk : marine propeller dengan jarak pitch = 2Di Dt/Di = 3 , Baffle = 4
(Brown, G.G 1978)
Dt = 4,8309 ft Di = 1/3 ×4,8309 ft
= 1,6103 ft
Panjang pengadukan, L = ¼ × 1,6103 ft = 01,0735 ft Kecepatan pengadukan, N = 60 rpm = 1 rps Viskositas H2SO4
= 3,7 × 10-4 lbm/ft.det
(Kirk Othmer, 1967)
Dari persamaan 3.4-1, Geankoplis untuk bilangan Reynold adalah NRe =
ρ N (Di ) 2 µ
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
=
(86,587 lb / ft 3 )(1 rps )(1,6103 ft ) 2 = 60682,6523 > 10.000 3,7 × 10 − 4
Dari gambar 3.4-5 Geankoplis, untuk NRe = 60682,6523 > 10.000 Konstanta pengadukan,KT = 6,3 Daya yang dibutuhkan pengadu sebesar : P=
=
K T n 3 Di 5 ρ gc (6,3)(1 rps ) 3 (1,6103 ft ) 5 (86,587 lb / ft 3 ) = 0,3337 32,174 lb. ft / det 2 × 550
Efisiensi motor penggerak
= 80 %
Daya motor penggerak
=
0,3337 = 0,417 0,8
Maka daya motor yang dipilih = 5/12 Hp
LD.14 Pompa Larutan Asam Sulfat (P-107) Fungsi
: Menginjeksikan larutan asam sulfat ke cation exchanger.
Jenis
: pompa injeksi
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Temperatur
: 30oC
Laju alir massa (F)
: 7,7591 kg/jam = 17,1057 lbm/jam
Densitas 30%
: 1387 kg/m3 = 86,587 lbm/ft3
Viskositas air
: 0,8 cP = 3,7× 10-4 lbm/ft.s (Perry, 1997)
Laju alir volume, Q
:
F
ρ
=
(Perry, 1997)
17,1057 lbm / det = 0,1975 ft3/s 3 86,587 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (0,1975) 0,45 × (86,587) 0,13 = 3,3573 in Digunakan pipa 3 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut :
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
− Diameter dalam (ID)
: 3,068 in
= 0,2556 ft
− Diameter luar (OD)
: 3,50 in
= 0,2916 ft
− Luas penampang dalam (Ai)
: 7,38 in2
= 0,0512 ft2
Kecepatan linier, v =
0,1975 ft 3 / s Q = = 8,8574 ft/s Ai 0,0512 ft 2
ρvD (86,587)(3,8574)(0,2556) = = 23071,8208 µ 3,7.10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,00058 0,2556
0,079 0,079 = = 0,0064 0 , 25 N Re 23071,8208 0, 25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 20
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
3,3228
30
15,336
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
6,9012
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
13,0356
- 2 buah elbow standar 90
0
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
58,5956
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0064(3,8674 ft/detik) 2 58,5956 ft = 1,3641 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,2556 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 20 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gc α
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 20 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 1,3641 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 21,3641 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 0,1975 ft3/detik × 86,587 lb/ft3 × 21,3641 ft lbf/lbm = 365,346 lb ft/detik/550 = 0,6642 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
0,6642 HP 0,8
= 0,83 HP = 1 HP
LD.15. Penukaran Kation/Cation Exchanger (CE) Fungsi
: Mengurangi kesadahan air
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Stell SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 buah
Jumlah air yang masuk ke cation exchanger sama dengan jumlah air yang dibutuhkan untuk ketel Densitas air
= 10464,6203 kg/jam = 6,4084 lb/detik = 998,23 kg/m3 = 62,1778 lb/ft3
Direncanakan ¼ volume tangki diisi resin Volume resin
= (1/4 × laju alir air) / densitas air = (1/4 × 10464,6203 kg/jam) / (998,23 kg/m3)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 2,6207 m3 Volume air dan resin
= (5/4 × 10464,6203 kg/jam) / (998,23 kg/m3) = 6,9887 m3
Faktor keamanan
= 20 %, sehingga :
= 1,2 × 6,9887 m3 = 8,3865 m3
V
Dipilih tinggi dinding tangki, H : D = 2 : 3 Tinggi tutup, h
= 1/8 D
Volume tangki
= V=
1 π D2 H 4
(Brownell, 1959)
Maka : D = 1,9240 m = 6,3122 ft H = 1,2826 m = 4,2079 ft h = 0,2405 m = 0,7890 ft Tinggi tangki = H + 2h = 1,2826 m + (2 × 0,2405) m = 1,7636 m Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
ρ (Hs − 1)
Tekanan Operasi, PD = Po + Dimana Po Ph
144
(Brownell &Young,1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
14,7 Psi +
62,1778 lb / ft 3 (4,2079 ft − 1) = 16,0851 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 16,0851 Psi = 19,3021 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×D + nc (Brownell &Young,1959) 2.SE − 0,6 P
19,3021 Psi × 6,3122 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 19,3021 Psi
= 0,1487 in = 1/7 in
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
LD.16 Pompa Cation Exchanger (P-109) Fungsi
: Memompakan air dari cation exchanger ke anion exchanger.
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Laju alir massa (F)
: 10464,6203 kg/jam = 6,4084 lbm/detik
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3 -4
Viskositas air
: 0,8 cP = 5,38 × 10 lbm/ft.s
Laju alir volume, Q
:
F
(Perry, 1997)
6,4084 lbm / det = 0,1030 ft3/s 62,1778 lbm / ft 3
=
ρ
(Perry, 1997)
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (0,1030) 0,45 × (62,1778) 0,13 = 2,3989 in Digunakan pipa 1
1 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : 2
− Diameter dalam (ID)
: 2,469 in
= 0,2057 ft
− Diameter luar (OD)
: 2,88 in
= 0,24 ft
− Luas penampang dalam (Ai)
: 4,79 in2
= 0,0332 ft2
Kecepatan linier, v =
0,1030 ft 3 / s Q = = 3,0964 ft/s Ai 0,0332 ft 2
ρ v D (62,1778)(0,2057)(3,0964) = = 73612,5006 µ 5,38.10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,00072 0,2057
0,079 0,079 = = 0,0047 0 , 25 N Re 73612,5006 0, 25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan 1. Panjang pipa lurus
L/D
L (ft) 20
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
2,6741
- 2 buah elbow standar 900
30
12,342
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
5,5539
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
10,4907
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
51,0607
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0047(3,0964 ft/detik) 2 51,0607 ft = 0,6953 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,2057 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 10 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + V dP + ∑ F = Wf gc P∫1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 = 10 ft × + 0,6953 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 10,6953 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 0,1030 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 10,6953 ft lbf/lbm = 68,4962 lb ft/detik/550 = 0,1245 HP Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
0,1245 HP 0,8
= 0,15 HP = 2/13 HP
LD.17 Tangki Pelarutan Natrium Hidroksida (TP-104) Fungsi
:Tempat membuat larutan Natrium Hidroksida (NaOH)
Bentuk
: silinder tegak dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283, grade C
Jumlah NaOH yang digunakan
= 0,7689 kg/jam = 1,6951 lb/jam
a. Jenis dan sifat bahan Bahan yang dipakai NaOH dengan kadar 50% berat, sifat – sifat : Densitas NaOH pada 25 oC, 1 atm = 1518 kg/m3 = 94,577 lb/ft3 Viskositas NaOH pada 25 oC, 1 atm = 4,302 × 10-4 lbm/f.detik (kirk othmer,1976) b. Penentuan volume tangki Kebutuhan rancangan
= 30 hari
Volume larutan
=
jumlah NaOH yang dibutuhkan % berat × densitas NaOH
=
1,6951lb / jam × 30 hari × 24 jam 0,3 × 94,557 lb / ft 3
= 43,0155 ft3 Faktor keamanan digunakan = 20% Volume tangki, Vt = 1,2 × 43,0155 ft3 = 51,6186 ft3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H =1:3 V=
1 π D2 H 4
51,6186 ft3 =
(Brownell, 1959)
1 3 π D2 D 4 2
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
51,6186 ft3 =
3 π D3 8
Maka, D = 2,7985 ft = 0,8530 m H = 8,3955 ft = 2,5589 m c. Menentukan tebal dinding tangki Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
=
Tekanan Operasi, PD Dimana Po Ph
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
94,557 lb / ft 3 (8,3955 ft − 1) 14,7 Psi + = 19,5572 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 19,5572 Psi = 23,4687 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×D + nc (Brownell &Young,1959) 2.SE − 0,6 P
23,4687 Psi × 2,7985 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 23,4687 Psi
= 0,1262 in = 2/16 in Daya pengaduk Tipe pengaduk : marine propeller dengan jarak pitch = 2Di Dt/Di = 3 , Baffle = 4
(Brown, G.G 1978)
Dt = 2,7985 ft Di = 1/3 ×2,7985 ft
= 0,9328 ft
Panjang pengadukan, L = ¼ × 0,9328 ft = 0,2332 ft Kecepatan pengadukan, N = 60 rpm = 1 rps Viskositas NaOH
= 4,302 × 10-4 lbm/ft.det
(Kirk Othmer, 1967)
Dari persamaan 3.4-1, Geankoplis untuk bilangan Reynold adalah Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
NRe =
=
ρ N (Di ) 2 µ (94,557 lb / ft 3 )(1 rps )(0,9328 ft ) 2 = 382579,9433 > 10.000 4,302 × 10 − 4
Dari gambar 3.4-5 Geankoplis, untuk NRe = 382579,9433 > 10.000 Konstanta pengadukan,KT = 6,3 Daya yang dibutuhkan pengaduk sebesar : K T n 3 Di 5 ρ P= gc =
(6,3)(1 rps ) 3 (0,9328 ft ) 5 (94,557 lb / ft 3 ) = 0,1902 32,174 lb. ft / det 2 × 550
Efisiensi motor penggerak
= 80 %
Daya motor penggerak
=
0,1902 = 0,2377 0,8
Maka daya motor yang dipilih = 2/9 Hp
LD.18 Pompa Larutan Natrium Hidroksida (P-108) Fungsi
: Menginjeksikan
larutan
natrium
hidroksida
ke
anion
exchanger. Jenis
: pompa injeksi
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Laju alir massa (F)
: 0,7689 kg/jam = 4,708 × 10-4 lbm/detik
Densitas bahan
: 1518 kg/m3 = 94,557 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas air
: 0,64 cP = 4,302 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Laju alir volume, Q
:
F
ρ
=
4,708 × 10 - 4 lbm / det = 4,9×10-4 ft3/s 3 94,557 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (4,9×10-4 ) 0,45 × (94,557) 0,13 = 0,0289 in Digunakan pipa 1/8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut :
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
− Diameter dalam (ID)
: 0,269 in
− Diameter luar (OD)
: 0,45051 in = 0,0337 ft
− Luas penampang dalam (Ai)
: 0,058 in2
Kecepatan linier, v =
= 0,0224 ft = 0,0004 ft2
4,9 × 10 −4 ft 3 / s Q = = 0,0122 ft/s Ai 0,0004 ft 2
ρvD (94,557)(0,0224)(0,0122) = = 60,3125 µ 4,302 × 10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,0066 0,0224
16 16 = = 0,2652 60,3125 N Re
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 50
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
2,6741
- 2 buah elbow standar 900
30
12,342
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
5,5539
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
10,4907
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
81,0607
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,2652(0,0122 ft/detik) 2 81,0607 ft = 0,0088 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,0224 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 10 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka:
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 10 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 0,0088 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 10,0088 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 4,9 × 10-4 ft3/detik × 94,557 lb/ft3 × 10,0088 ft lbf/lbm = 0,4637 lb ft/detik/550 = 8,4 × 10-5 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
8,4 10 -5 HP 0,8
= 1,05 × 10-3 HP = 1/20 HP
LD.19 Penukar Anion / Anion Exchanger (AE) Fungsi
: Mengurangi kesadahan air
Bentuk
: Silinder tegak dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon Stell SA-283 Grade C
Jumlah
: 1 buah
Jumlah air yang masuk ke anion exchanger sama dengan jumlah air yang dibutuhkan untuk ketel Densitas air
= 10464,6203 kg/jam = 6,4084 lb/detik = 998,23 kg/m3 = 62,1778 lb/ft3
Direncanakan ¼ volume tangki diisi resin Volume resin
= (1/4 × laju alir air) / densitas air = (1/4 × 10464,6203 kg/jam) / (998,23 kg/m3) = 2,6207 m3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= (5/4 × 10464,6203 kg/jam) / (998,23 kg/m3)
Volume air dan resin
= 6,9887 m3 Faktor keamanan
= 20 %, sehingga :
= 1,2 × 6,9887 m3 = 8,3865 m3
V
Dipilih tinggi dinding tangki, H : D = 2 : 3 Tinggi tutup, h Volume tangki, V =
= 1/8 D
1 π D2 H 4
(Brownell, 1959)
Maka : D = 1,9240 m = 6,3122 ft H = 1,2826 m = 4,2079 ft h = 0,2405 m = 0,7890 ft Tinggi tangki = H + 2h = 1,2826 m + (2 × 0,2405) m = 1,7636 m Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
Tekanan Operasi, PD = Dimana: Po Ph
Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
= Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi =
14,7 Psi +
62,1778 lb / ft 3 (4,2079 ft − 1) = 16,0851 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 16,0851 Psi = 19,3021 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×D + nc (Brownell &Young,1959) 2.SE − 0,6 P
19,3021 Psi × 6,3122 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 19,3021 Psi
= 0,1487 in = 1/7 in
LD.20 Pompa Anion Exchanger (P-110) Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Fungsi
: Memompakan air dari anion exchanger menuju daerator.
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Laju alir massa (F)
: 10464,6203 kg/jam = 6,4084 lbm/detik
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas air
: 0,8 cP = 5,38 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Laju alir volume, Q
:
F
6,4084 lbm / det = 0,1030 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
=
ρ
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (0,1030) 0,45 × (62,1778) 0,13 = 2,3989 in Digunakan pipa 1
1 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : 2
− Diameter dalam (ID)
: 2,469 in
= 0,2057 ft
− Diameter luar (OD)
: 2,88 in
= 0,24 ft
− Luas penampang dalam (Ai)
: 4,79 in2
= 0,0332 ft2
0,1030 ft 3 / s Q = = 3,0964 ft/s Kecepatan linier, v = Ai 0,0332 ft 2
ρ v D (62,1778)(0,2057)(3,0964) = = 73612,5006 µ 5,38.10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,00072 0,2057
0,079 0,079 = = 0,0047 0 , 25 N Re 73612,5006 0, 25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 120
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
2,6741
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
- 2 buah elbow standar 900
30
12,342
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
27
5,5539
- Pembesaran mendadak, K = 1
51
10,4907
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
131,0607
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0047(3,0964 ft/detik) 2 131,0607 ft = 1,7847 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,2057 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 50 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gc α
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 50 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 1,7847 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 51,7847 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 0,1030 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 51,7847 ft lbf/lbm = 331,6454 lb ft/detik/550 = 0,629 HP
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
0,6029 HP 0,8
= 0,75 HP = 1 HP
LD.21 Menara pendingin Air/Cooling Tower (CT) Fungsi
: Mendinginkan air pendingin bekas.
Jenis
: Mechanical induced draf fan
Jumlah
: 1 buah
Laju alir massa
: 43602,5846 kg/jam
Suhu air pendingin masuk
: 40 oC = 104 oF
Suhu air pendingin keluar
: 25 oC = 77 oF
Wet bulb temperatur udara
: 80 oF
Dari figure 12-1Perry, 1997 diperoleh kecepatan alir 0,75 gpm/ft2 Laju alir pendingin
=
43602,5846 kg / jam = 43,6798 m 3 / jam 3 998,23 kg / m
= 43,6798 m3/jam = 0,7279 m3/menit 1 m3 = 264,17 gallon Laju alir air pendingin
= 0,7279 m3/menit × 264,17 gallon = 192,2893 gpm
Faktor keamanan
= 20 % maka,
Laju alir pendingin
= 1,2 × 192,2893 gpm = 230,7472 gpm
Luas menara yang digunakan = (230,7472 gpm) / (0,75 gpm/ft3) = 307,6629 ft3 Diambil performance menara pendingin 90 % dari figure 12-15 Perry, 1997 0,026 hp/ft2 × 307,6629 ft3 = 7,9992 hp Dimensi perbandingan : p : l : t : = 2 : 3 : 3 Sehingga, V
= 9/4 p3
43,6798
= 9/4 p3 p
= 2,6876 m
l
= 4,0314 m
t
= 4,0314
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
LD.22 Pompa Menara Air Pendingin (P-112) Fungsi
:
Memompakan air pendingin bekas dari menara pendingin menuju proses.
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Laju alir massa (F)
: 43602,5846 kg/jam = 26,7017 lbm/detik
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas air
: 0,8 cP = 5,38 × 10-4 lbm/ft.s
(Perry, 1997)
Temperatur
: 40 oC
Laju alir volume, Q :
F
=
ρ
26,7017 lbm / det = 0,4294 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 3,9 × (0,4294)
0,45
(Timmerhouse, 2004) × (62,1778) 0,13
= 4,5606 in Digunakan pipa 10 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter dalam (ID)
: 4,026 in
− Diameter luar (OD)
: 4,50 in
− Luas penampang dalam (Ai)
: 12,7 in2
Kecepatan linier, v =
= 0,3355 ft = 0,0881 ft2
0,4294 ft 3 / s Q = = 4,8687 ft/s Ai 0,0881 ft 2
ρ v D (62,1778)(4,8687 )(0,3355) = = 188781,144 µ 5,38.10 − 4
Bilangan Reynold, NRe =
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,00047 0,3355
0,079 0,079 = = 0,0037 0 , 25 N Re 188781,144 0, 25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan 1. Panjang pipa lurus
L/D
L (ft) 100
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
4,3615
- 2 buah elbow standar 900
30
20,13
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
39
6,5422
- Pembesaran mendadak, K = 1
78
26,169
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
157,2027
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0037(4,8687 ft/detik) 2 157,2027 ft = 2,5545 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,3355 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 20 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + V dP + ∑ F = Wf gc P∫1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 = 20 ft × + 2,5545 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 22,5545 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 0,4294 f t3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 22,5545 ft lbf/lbm = 602,1881 lb ft/detik/550 = 1,0948 HP Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
1,0948 HP 0,8
= 1,36 HP = 3/2 HP
LD.23 Tangki Pelarut Kaporit (CaOCl2) (TP-106) Fungsi
: Tempat membuat larutan kaporit CaOCl2
Bentuk
: silinder tegak dengan alas dan tutup berbentuk datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Kondisi pelarutan
: Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1 atm
Jumlah kaporit yang dibutuhkan
= 0,0044 kg/jam = 0,0097 lb/jam
a. Jenis dan sifat bahan Bahan yang dipakai CaOCl2 dengan kadar 30% berat, sifat – sifat : Densitas CaOCl2pada 25 oC, 1 atm = 1,560 kg/m3 = 97,387 lb/ft3 Viskositas CaOCl2 pada 25 oC, 1 atm = 6,72 × 10-4 lbm/f.detik
(kirk othmer,1976)
b. Penentuan volume tangki Kebutuhan rancangan
= 60 hari
Volume larutan CaOCl2
=
jumlah CaOCl2 yang dibutuhkan % berat × densitas H 2 SO 4
=
0,0097 lb / jam × 60 hari × 24 jam 0,3 × 97,387 lb / ft 3
= 0,4780 ft3 Faktor keamanan digunakan
= 20% 3
Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,4780 ft = 0,5737 ft3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = 1:3 V=
1 π D2 H 4
(Brownell, 1959)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
0,5737 ft3 =
1 3 π D2 D 4 2
0,5737 ft3 =
3 π D3 8
Maka, D = 0,6245 ft = 0,1903 m H = 1,8736 ft = 0,5710 m c. Menentukan tebal dinding tangki Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
Tekanan Operasi, PD
= Po +
ρ (Hs − 1)
(Brownell &Young,1959)
144
Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph
=
14,7 Psi +
97,387 lb / ft 3 (1,8736 ft − 1) = 15,2908 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 15,2908 Psi = 18,3489 Psi
Tebal Plat minimum, tp = ts =
P×D + nc 2.SE − 0,6 P
(Brownell &Young,1959)
18,3489 Psi × 0,6245 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 18,3489 Psi
= 0,1045 in = 1/10 in Daya pengaduk Tipe pengaduk : pitched blade turbin (turbin enam daun rata) Dt/Di = 3 , Baffle = 4
(Brown, G.G 1978)
Dt = 0,6245 ft Di = 1/3 ×0,6245 ft
= 0,2081 ft
Panjang pengadukan, L = ¼ × 0,2081 ft = 0,0520 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Kecepatan pengadukan, N = 150 rpm = 2,5 rps = 6,72 × 10-4 lbm/ft.det
Viskositas CaOCl2
(Kirk Othmer, 1967)
Dari persamaan 3.4-1, Geankoplis untuk bilangan Reynold adalah
ρ N (Di ) 2 NRe = µ =
(97,387 lb / ft 3 )(2,5 rps )(0,2081 ft ) 2 = 15689,7449 > 10.000 6,72 × 10 − 4
Dari gambar 3.4-5 Geankoplis, untuk NRe = 15689,7449 > 10.000 Konstanta pengadukan,KT = 6,3 Daya yang dibutuhkan pengaduk sebesar : P=
K T n 3 Di 5 ρ gc
=
(6,3)(2,5 rps ) 3 (0,2081 ft ) 5 (97,387 lb / ft 3 ) = 3,38 × 10-4 2 32,174 lb. ft / det × 550
Efisiensi motor penggerak = 80 % Daya motor penggerak
=
3,38 × 10 - 4 = 4,22 × 10-4 0,8
Maka daya motor yang dipilih = 1/20 Hp
LD.24 Pompa Larutan Kaporit (CaOCl2) (P-113) Fungsi
: Menginjeksikan larutan kaporit ke air domestik
Jenis
: pompa injeksi
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Laju alir massa (F)
: 0,0044 kg/jam = 2,694 × 10-6 lbm/detik
Densitas campuran
: 1272 kg/m3 = 79,2447 lbm/ft3
Viskositas air
: 6,72 × 10-4 lbm/ft.s (Perry, 1997)
Laju alir volume, Q :
F
ρ
=
(Perry, 1997)
2,694 × 10 - 6 lbm / det = 3,4 × 10-8 ft3/s 3 79,2447 lbm / ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (3,4 × 10-8 ) 0,45 × (79,2447) 0,13 = 0,0029in Digunakan pipa 1/8 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter dalam (ID)
: 0,269in
− Diameter luar (OD)
: 0,405 in
− Luas penampang dalam (Ai)
: 0,0004 ft2
Kecepatan linier, v =
= 0,0,0224 ft
Q 3,4 × 10 - 8 ft 3 / s = = 8,5 × 10-5 ft/s 2 Ai 0,0004 ft
ρ v D (79,2447)(8,5 × 10 -5 )(0,0224) Bilangan Reynold, NRe = = = 0,2245 µ 6,72 × 10 − 4 Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,0066 0,0224
16 16 = = 71,2710 N Re 0,2245
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 15
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
0,2913
- 1 buah elbow standar 900
30
0,672
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
39
0,4308
- Pembesaran mendadak, K = 1
78
1,7472
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
18,1472
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 71,2610(8,5 × 10 -5 ft/detik) 2 18,1472 ft = 0,000025 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,0224 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 12 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g ∆ + ∆Z gc + ∫ V dP + ∑ F = Wf 2 gcα P1
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 = 12 ft × + 0,000025 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 12,000025 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 3,4 × 10-8 ft3/detik × 79,2447 lb/ft3 × 12,000025 ft lbf/lbm = 3,233 × 10-5 lb ft/detik/550 = 5,8 × 10-8 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
5,8 10 -8 HP 0,8
= 7,2 × 10-8 HP = 1/20 HP
LD.25 Tangki Penampung Sementara Air Domestik (TP-105) Fungsi
: Tempat menampung sementara air domestik selama 1 hari.
Bentuk
: silinder tegak dengan alas berbentuk datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Laju alir massa (F)
: 1550 kg/jam = 0,9492 lbm/detik
Densitas air (ρ )
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Viskositas ( µ )
: 5,38 ×10-4 lbm/ft.s
Faktor keamanan
: 20 %
(Perry, 1997)
a. Penentuan volume tangki Volume larutan
=
jumlah yang dibutuhkan % berat × densitas
=
1550 kg / jam ×1 hari × 24 jam 998,23 kg / m 3
= 37,2659 m3 Volume tangki, Vt = 1,2 × 37,2659 m3 = 44,7191m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = 2:3 V=
1 π D2 H 4
44,7191m3 =
1 π D2 4
44,7191m3 =
3 π D3 8
(Brownell, 1959)
3 D 2
Maka, D = 11,0278 ft = 3,3613 m H = 16,5416 ft = 5,0419 m b. Menentukan tebal dinding tangki Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,01 in/tahun
Tekanan Operasi, PD
= Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
Dimana: Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph =
14,7 Psi +
62,1778 lb / ft 3 (16,5416 ft − 1) = 21,4107 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 21,4107 Psi = 25,6928 Psi
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
P×D + nc 2.SE − 0,6 P
Tebal Plat minimum, tp = ts =
(Brownell &Young,1959)
25,6928 Psi × 11,0278 ft ×12 in / ft + 10 tahun × 0,01 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 25,6928 Psi
= 0,2133 in = 1/5 in
LD.26 Pompa Tangki Air Domestik(P-114) Fungsi
: Memompakan air domestik dari tangki penampung ke
kebutuhan
domestik Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Laju alir massa (F)
: 1550 kg/jam = 0,9492 lbm/detik
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
(Perry, 1997)
: 5,38 × 10-4 lbm/ft.s (Perry, 1997)
Viskositas air Laju alir volume, Q :
F
ρ
=
0,9492 lbm / det = 0,0152 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13 = 3,9 × (0,0152 )
0,45
(Timmerhouse, 2004) × (62,1778) 0,13
= 1,0160 in Digunakan pipa 1 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : − Diameter dalam (ID)
: 1,049 in
− Diameter luar (OD)
: 1,32 in
− Luas penampang dalam (Ai)
: 0,864 in2
Kecepatan linier, v =
= 0,0874 ft = 0,006 ft2
Q 0,0152 ft 3 / s = = 2,5333 ft/s Ai 0,006 ft 2
Bilangan Reynold, NRe =
ρ v D (62,1778)(2,5333 )(0,0874) = = 25588,8714 µ 5,38 × 10 − 4
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,0017 0,0874
0,079 0,079 = = 0,0062 0 , 25 N Re 25588,8714 0,25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 60
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
1,1362
- 2 buah elbow standar 900
30
5,244
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
39
1,7043
- Pembesaran mendadak, K = 1
78
6,8172
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
74,9017
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
4 fv 2 ∑ L = 2 gcD =
4 × 0,0062(2,5333 ft/detik) 2 74,9017 ft = 2,1196 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,0874 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 20 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + V dP + ∑ F = Wf gc P∫1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: v2 = 0 ∆ 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
32,174 ft / det ik 2 + 2,1196 ft lbf/lbm = 20 ft × 32,174 lbm ft / lbf det ik 2 = 22,1196 ft lbf/lbm Daya pompa; P
= Q × ρ × Wf = 0,0152 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 22,1196 ft lbf/lbm = 20,9052 lb ft/detik/550 = 0,0380 HP
Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
0,0380 HP = 0,0475 HP = 1/20 HP 0,8
LD.27 Daerator (DE) Fungsi
: Menghilangkan gas-gas terlarut dalam air.
Bentuk
: silinder tegak dengan kedua tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-283 grade C
Laju alir massa (F)
: 10464,6203 kg/jam = 6,4084 lbm/detik
Densitas air (ρ )
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
Viskositas ( µ )
: 0,8 cp = 5,38 ×10-4 lbm/ft.s (Perry, 1997)
Faktor keamanan
: 20 %
(Perry, 1997)
a. Penentuan volume tangki Volume larutan
=
laju alir massa densitas
=
10464,6203 kg / jam × 48 jam 998,23 kg / m 3
= 503,1924 m3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Panas yang dibutuhkan = m.c.dT = 10464,6203 × 1 × (90-25) = 680200,3195 kkal Steam yang digunakan adalah uap jenuh pada temperatur 90 oC
λ = 2283,2 KJ/kg = 545,6978 kkal Kebutuhan steam = 680200,3195 kkal/545,6978 = 1246,4780 kg Silinder berisi 75 % air, volume silinder = 100/75 × 503,1924 = 670,9232 m3 Direncanakan perbandingan diameter dengan tinggi silinder tangki, D:H = 2:5 V=
1 π D2 H 4
670,9232 m3 =
1 π D2 4
670,9232 m3 =
(Brownell, 1959)
3 D 2
3 π D3 8
Maka, D = 22,9403 ft = 6,9923 m H = 57,3509 ft = 17,4807 m b. Menentukan tebal dinding tangki Direncanakan digunakan bahan konstruksi plate steel Dari tabel 13.1 Brownell & Young (1979), diperoleh data : − Allowable stress (s)
= 18750
− Efisiensi sambungan (E)
= 0,8
− Umur alat (n)
= 10 tahun
− Faktor korosi,( c )
= 0,0625 in/tahun
Tekanan Operasi, PD
= Po +
ρ (Hs − 1) 144
(Brownell &Young,1959)
Dimana Po = Tekanan awal 1 atm = 14,7 psi Ph
=
14,7 Psi +
62,1778 lb / ft 3 (57,3509 ft − 1) = 39,0317 Psi 144
Faktor keamanan ; Fk = 20% Tekanan disain; Pd
= 1,2 × 39,0317 Psi = 46,8381 Psi
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
P×D + nc 2.SE − 0,6 P
Tebal Plat minimum, tp = ts =
(Brownell &Young,1959)
46,8381 Psi × 22,9403 ft ×12 in / ft + 0,0625 in / tahun 2 × 18.750 psi × 0,8 − 0,6 × 46,8381 Psi
= 0,4926 in = 2/4 in
LD.28. Pompa Daerator (P-111) Fungsi
: Memompakan air dari menuju daerator boiler.
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Commercial Steel
Kondisi operasi
:
Laju alir massa (F)
: 10464,6203kg/jam = 6,4084 lbm/detik
Densitas air
: 998,23 kg/m3 = 62,1778 lbm/ft3
Viskositas air
: 5,38 × 10-4 lbm/ft.s (Perry, 1997)
Laju alir volume, Q :
F
ρ
=
(Perry, 1997)
6,4084 lbm / det = 0,1030 ft3/s 3 62,1778 lbm / ft
Diameter optimum, De= 3,9 × Q0,45 × ρ0,13
(Timmerhouse, 2004)
= 3,9 × (0,1030 ) 0,45 × (62,1778) 0,13 = 2,3995 in Digunakan pipa 4 in schedule 40 dengan data – data sebagai berikut : −
Diameter dalam (ID)
: 2,469 in
= 0,2057 ft
−
Diameter luar (OD)
: 2,88 in
= 0,0,24 ft
−
Luas penampang dalam (Ai) : 4,79 in2
Kecepatan linier, v =
= 0,0332 ft2
Q 0,1030 ft 3 / s = = 3,0964 ft/s Ai 0,0332 ft 2
Bilangan Reynold, NRe =
ρ v D (62,1778)(3,0964 )(0,2057) = = 73611,2896 µ 5,38 × 10 − 4
Untuk Commercial Steel, ε = 0,0015 ft
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Kekasaran relatif
=
ε ID
Untuk aliran turbulen, f =
=
0,00015 = 0,0007 0,2057
0,079 0,079 = = 0,0047 0 , 25 N Re 73611,2896 0,25
Direncanakan Sistem perpipaan sebagai berikut : Sistem Perpipaan
L/D
1. Panjang pipa lurus
L (ft) 80
2. Sambungan pipa - 1 buah gate valve fully open
13
2,6741
30
12,342
- Penyempitan mendadak, K = 0,5
39
4,0111
- Pembesaran mendadak, K = 1
78
16,0446
- 2 buah elbow standar 90
0
Total panjang pipa ekivalen, ∑ L
115,0718
Faktor kerugian karena kehilangan energi; ∑ F
∑F
=
4 fv 2 ∑ L 2 gcD
=
4 × 0,0047(3,0964 ft/detik) 2 115,0718 ft = 1,5670 ft lbf/lbm 2 × 32,174 lbm. ft / lbf . det ik 2 × 0,2057 ft
Tinggi pemompaan ∆ Z
= 20 ft
Dari persamaan Bernoulli; P2 v2 g + ∆Z ∆ + ∫ V dP + ∑ F = Wf gc P1 2 gcα
(Sandler,1987)
Laju alir bahan yang masuk = laju alir bahan keluar; maka: ∆
v2 = 0 2 gcα
Karena tidak ada perbedaan tekanan; maka P2
∫ V dP = 0
P1
Sehingga persamaan Bernoulli menjadi;
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Wf = ∆Z
g + ∑F gc
Kerja pompa; Wf = ∆Z
g + ∑F gc
= 20 ft ×
32,174 ft / det ik 2 + 1,5670 ft lbf/lbm 32,174 lbm ft / lbf det ik 2
= 21,5670 ft lbf/lbm = Q × ρ × Wf
Daya pompa; P
= 0,1030 ft3/detik × 62,1778 lb/ft3 × 21,5670 ft lbf/lbm = 138,1218 lb ft/detik/550 = 0,2511 HP Efesiensi pompa = 80% Maka daya aktual motor; Pm =
0,2511 HP = 0,3139 HP = 1/3 HP 0,8
LD.29 Boiler (B) Fungsi
: Menghasilkan uap untuk keperluan proses.
Jenis
: Pipa api
Jumlah
: 1 buah
Bahan konstruksi
: Aluminium untuk bejana dan stainless steel untuk pipa.
Uap yang dihasilkan : 52323,1015 kg/jam = 115351,5096 lb/jam Daya ketel uap (BHP) W =
34,5 × BHP × 970,3 H
Dimana : BHP
= Daya boiler, Hp
W
= Kebutuhan uap yang dihasilkan = 115351,5096 lb/jam
H
= Entalpi saturated steam pada 130 oC = 2063,4921 Btu/kg = 935,9938 Btu/lb BHP =
(Smith,1966)
115351,5096 lb/jam × 935,9938 Btu/lb 34,5 × 970,3
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 3225,3075 Hp Menghitung jumlah pipa ketel (Nt) Luas permukaan perpindahan panas, A = BHP × 10 ft2/hp
(El-Wakil, 1984)
Dimana : A
= Luas perpindahan panas, ft2
BHP
= Daya ketel uap = 3225,3075 Hp
Maka : Luas permukaan perpindahan panas, A = BHP × 10 ft2/hp = 3225,3075 Hp × 10 ft2/hp = 32253,075 ft2 Direncanakan menggunakan pipa dengan spesifikasi : - Panjang pipa, L
= 20 ft
- Diameter pipa
= 6 in
- Luas permukaan pipa, a
= 1,734 ft2/hp
Sehingga jumlah pipa, 32253,075 ft 2 A Nl = = = 930,0194 L × a 20 ft ×1,734 ft 2 / hp Jumlah pipa ketel yang dipergunakan = 930
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI Dalam rencana pra rancangan pabrik Pembuatan etanol ini digunakan asumsi sebagai berikut: Pabrik beroperasi selama 300 hari dalam setahun. Kapasitas maksimum adalah 98000 ton/tahun. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchased-equipment delivered (Timmerhaus et al, 2004). Harga alat disesuaikan dengan nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah : US$ 1 = Rp 11000,- (Analisa, 12 April 2009).
1.
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
1.1
Modal Investasi Tetap Langsung (MITL)
1.1.1 Modal untuk Pembelian Tanah Lokasi Pabrik Luas tanah seluruhnya = 29000 m2 Harga tanah pada lokasi pabrik berkisar
Rp 800.000/m2.
Harga tanah seluruhnya = 29000 m2 × Rp 800.000/m2 = Rp 23,200,000,000,Biaya perataan tanah diperkirakan 20% Biaya perataan tanah = 0,2 × Rp 23,200,000,000 = Rp 4,640,000,000,Maka modal untuk pembelian tanah adalah Rp 27,840,000,000,-
A. Harga Bangunan dan Sarana Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan, dan Sarana Lainnya No 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Nama Bangunan Areal proses Areal produk Bengkel Areal bahan baku Pengolahan limbah Laboratorium Stasiun operator Pengolahan air Ruang boiler
Luas Harga/m2 8000 1,000,000 3000 800,000 200 1,000,000 4000 700,000 1000 400,000 100 1,200,000 100 900,000 3000 250,000 100 1,000,000
Harga 8,000,000,000 2,400,000,000 200,000,000 2,800,000,000 400,000,000 120,000,000 90,000,000 750,000,000 100,000,000
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Pembangkit listrik Pemadam kebakaran Kantin Perpustakaan Parkir Perkantoran Daerah perluasan Pos keamanan Tempat ibadah Poliklinik Mess karyawan Taman Jalan Aula Total
400 80 120 80 200 300 6000 40 80 50 1000 200 870 80 29000
1,200,000 500,000 300,000 700,000 200,000 800,000 300,000 350,000 400,000 600,000 750,000 100,000 250,000 200,000
480,000,000 40,000,000 36,000,000 56,000,000 40,000,000 240,000,000 1,800,000,000 14,000,000 32,000,000 30,000,000 750,000,000 20,000,000 217,500,000 16,000,000 18,631,500,000
B. Perincian Harga Peralatan Harga peralatan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: X I Cx = Cy 2 x X 1 I y m
Dimana
(Peter&Timmerhaus. 2004)
Cx = Harga peralatan pada tahun 2009 Cy = Harga peralatan pada tahun dan kapasitas yang tersedia X1 = Kapasitas alat yang tersedia X2 = Kapasitas alat yang diinginkan Ix= = Indeks harga pada tahun 2009 Iy = Indeks harga pada tahun yang tersedia m = faktor eksponensial Tabel LE – 2 Harga Indeks Marshall dan Swift
No 1 2 3 4 5 6 7
Tahun X1 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993
Indeks (Y1) 814 852 895 915.1 930.6 943.1 964.2
n
X12
1 2 3 4 5 6 7
3948169 3952144 3956121 3960100 3964081 3968064 3972049
Y12 662596 725904 801025 837403 866016 889438 929682
X1Y1 1617418 1693776 1780155 1821049 1852824.6 1878655.2 1921650.6
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
8 9 10 11 12 13 14 15 16
1994 993.4 1995 1027.5 1996 1039.1 1997 1056.8 1998 1061.9 1999 1068.3 2000 1089.0 2001 1095.9 2002 1102.5 Total 11573 Sumber: Peters&Timmerhaus. 2004
8 9 10 11 12 13 14 15 16
3976036 3980025 3984016 3988009 3992004 3996001 4000000 4004001 4008004 63.648.824
986844 1055756 1079729 1116826 1127632 1141265 1185921 1196617 1215506 15.818.164
1980839.6 2049862.5 2074043.6 2110429.6 2121676.2 2135531.7 2178000.0 2188893.9 2207205.0 31612010.5
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2009. digunakan metode regresi koefisien korelasi sebagai berikut: r=
[n.∑ X .Y − ∑ X .∑ Y ] i
i
i
i
[n.∑ X i − ( X i ) 2 x(n∑ Yi − (∑ Yi ) 2 ] 2
2
Dengan memasukkan harga pada tabel LE-2 . maka diperoleh harga koefisien korelasi: r=
[(16)(31612010,5) − (31912)(15846,4)] [(16)(63648824) − (31912) 2 ] × [(16)(15818164) − (15846,4) 2 ]
=1
Harga koefisien 1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linear antara variabel X dan Y. sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regresi linier. Persamaan regresi linier. Y = a + b X Dengan Y = indeks harga pada tahun yang dicari (2009) X = variabel tahun ke n – 1 a.b = tetapan persamaan regresi Untuk mengetahui harga indeks tahun yang diinginkan. lebih dahulu dicari tetapan a dan b.
[ΣX a= b=
2 1
]
× ΣY1 − [ΣX 1 × Σ( X 1 .Y1 )]
(n.∑ X i ) − (∑ X i ) 2 2
(n.∑ X iYi ) − (∑ X i ∑ Yi ) (n.∑ X i ) − (∑ X i ) 2 2
Jika disubtitusikan harga pada tabel L-E 2, diperoleh harga: a=
[63.648.824 × 15846,4] − [31912 × 31612010,5)] =-36351.92 (16 × 63.648.824) − (31912) 2
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
b=
[16 × 31612010,5] − [31912 × 15846,4)] =18,7226 (16 × 63.648.824) − (31912) 2
Sehingga persamaan regresi linier adalah: Y = a + b.X Y = -36351.92 + 18,7226X Dengan demikian harga indeks pada tahun 2009(X = 2009) adalah Y2009 = -36351,92 + 18.7226(2009) Y
= 1261,7834
Contoh perhitungan estimasi harga peralatan Tangki Penyimpan molase (T-101) X2 = 50,491m3
(Lampiran C)
X1 = 3,8 m3 Cy= = US$ 3.300.-
(Perry dkk.1999)
Ix 2009 = 1261,7834 Iy 2002 = 1102,5 m = 0,3 50.491 Cx = US$ 3.300.- × 3,8
0,3
1261,7834 × × Rp 11.000/US$ 1102,5
= Rp 902,190,458.Tabel LE-3. Perkiraan Harga Peralatan Proses No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11
Kode Alat TP-101 P-101 SC-01 P-102 P-103 R-101 P-104 ST-102 P-105 C-101 P-106 P-107
Kapasitas 50.491 0.75 5435.4 0.67 3 485.2832 3.40 254.9728 3 1128.67 3 3
Jumlah 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1
Total Harga 902,190,458 10,486,632 2,747,459,930 10,137,716 15,894,763 1,981,566,394 16,502,941 4,174,813,424 15,894,763 233,594,623 95,368,578 15,894,763
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
12 13 14 15 16 17 18 19 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
R-102 P-108 T-103 P-109 Fp-101 HE MD-01 K-101 T-104 P-110 P-111 T-105 T-106 T-108 P-112 R-101 P-113 P-14 B-101 B-1-2 Total
262.3485 3.5 256.918 3 23271.4525 327.2394 31 27818.3008 3449.50 6.5 1.25 0.62 0.60 0.58 0.1 1539.21 10.00 2.50 208.1758 22.1948
6 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
5,654,059,602 16,647,081 166,538,599 15,894,763 3,255,783,052 94,610,824 1,458,388,800 2,423,540,507 2,715,428,484 20,044,336 12,223,362 27,263,249 27,073,352 26,781,160 5,729,512 292,965,887 22,809,600 15,048,724 100,000 50,000 26,983,645,752
Tabel LE-4 Perkiraan Harga Peralatan Utilitas No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Kode Alat PU-101 BP-101 PU-102 TPU-101 PU-103 TPU-102 PU-104 CL PU-105 SF PU-106 MA TPU-103 PU-107 CE PU-109 TPU-104 PU-108 AE
Kapasitas 6.872 6.872 67.3798 0-Jan 116.081 0.05 0.00638 6.872 288.3494 6.872 288.3494 1.5 110 8.3865 0.4286 1.4617 0.1 8.3865
Jumlah 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1
Total Harga 20,381,804 4,653,810 20,381,804 111,464,215 5,729,512 131,221,467 4,653,810 6,918,672 20,381,804 172,405,955 20,381,804 172,405,955 3,559,622 129,120,248 150,000,000 8,865,937 9,364,573 5,729,512 150,000,000
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
20 21 22 23 24 25 26 27 28 29
PU-110 CT PU-112
TPU-106 PU-113 TPU-105 PU-114 DE PU-111 B
0.1538 43.6798 83 0.0162 0.1538 44.7191 0.5670 670.9293 0.05
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Total
6,519,941 500,000 43,036,911 26,679,765 21,636,743 102,900,720 45,036,911 393,813,784 4,653,810 750,000,000 25,613,482,331
Total harga peralatan proses dan utilitas = Rp 23,845,185,316 + Rp 2,492,708,371 = Rp 26,337,893,687,Untuk harga alat sampai dilokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut - Biaya transportasi
= 5%
- Biaya asuransi
= 1%
- Biaya masuk
= 15%
- PPn
= 10%
- PPh
= 10%
- Biaya gudang di pelabuhan
= 0.5%
- Biaya administrasi pelabuhan
= 0.5%
- Transportasi lokal
= 0.5%
- Biaya tak terduga
= 0.5%
Total
= 43%
Total harga peralatan proses.dan utilitas = Rp 26,337,893,687,- × 1,43 = Rp 37,663,187,972.26.Biaya pemasangan diperkirakan 70% dari harga peralatan (Peters&Timmerhaus.2004) Biaya pemasangan = 0,7 × 37,663,187,972.26= Rp 26,364,231,580.58,Harga peralatan terpasang (HPT) = Rp 37,663,187,972.26.- + Rp 26,364,231,580.58,= Rp 64,027,419,552.84,-
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
C. Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan instrumentasi dan alat control 10% dari HPT (Peters&Timmerhaus. 2004) Biaya instrumentasi dan alat control = 0,1 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 6,402,741,955.28,D. Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan 40% dari HPT
(Peters&Timmerhaus.2004)
= 0,4 × Rp 64,027,419,552.84,-
Biaya perpipaan
= Rp 25,610,967,821.14,E. Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik 10% dari HPT
(Peters&Timmerhaus.2004)
= 0,1 × Rp 64,027,419,552.84,-
Biaya instalasi listrik
= Rp 6,402,741,955.28,F. Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi 10% dari HPT
(Peters&Timmerhaus.2004)
= 0,1 × Rp 64,027,419,552.84,-
Biaya insulasi
= Rp 6,402,741,955.28,G. Biaya Inventaris Kantor dan Gudang Diperkirakan biaya inventaris kantor 10% dari HPT Biaya inventaris kantor
(Peters&Timmerhaus.2004)
= 0,1 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 6,402,741,955.28,-
H. Biaya Sarana Pemadam Kebakaran Diperkirakan biaya pemadam kebakaran 10% dari HPT Biaya inventaris kantor
(Timmerhaus. 2004)
= 0,1 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 6,402,741,955.28,-
I. Sarana Transportasi Tabel LE-5 Sarana Tranportasi Jenis Kendaraan
Mobil direktur
Jumlah
Tipe
1
Toyota fortuner
Harga per Unit (Rp) 375.000.000
Harga Total (Rp) 375.000.000
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Mobil manajer Bus karyawan Mobil karyawan Truk Mobil pemasaran Mobil pemadam kebakaran
5 3 2 5
210.000.000 350.000.000 150.000.000 300.000.000
1.050.000.000 1.050.000.000 300.000.000 1.500.000.000
3
Kijang inova Bus L-300 Truk Minibus L300
120.000.000
360.000.000
2
Truk tangki
350.000.000
700.000.000 5.335.000.000
Total J. Biaya Pondasi Diperkirakan biaya pondasi 25% dari HPT Biaya biaya pondasi
(Peters&Timmerhaus. 2004)
= 0,25 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 16,006,854,888.21,-
K. Biaya Perluasan Diperkirakan biaya perluasan 20% dari HPT Biaya biaya perluasan
(Peters&Timmerhaus. 2004)
= 0,2 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 12,805,483,910.57,-
L. Biaya Lingkungan Diperkirakan biaya lingkungan 5% dari HPT Biaya biaya lingkungan
(Peters&Timmerhaus. 2004)
= 0,05 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 3,201,370,977.64,-
M. Biaya Konstruksi Diperkirakan biaya konstruksi 25% dari HPT Biaya biaya konstruksi
(Peters&Timmerhaus. 2004)
= 0,25 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 16,006,854,888.21,-
N. Biaya Kontingensi Diperkirakan biaya kontingensi 25% dari HPT Biaya biaya kontingensi
(Peters&Timmerhaus. 2004)
= 0,25 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 16,006,854,888.21,-
Total MITL
= Rp 237,486,016,703.24.-
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
1.2 Modal Investasi Tetap Tak Langsung (MITTL) A. Pra Investasi Diperkirakan 10% dari MITL
= 0,1 × Rp 237,486,016,703.24,= Rp 23,748,601,670.32,-
B. Engineering dan Supervisi Diperkirakan 1% dari MITL
= 0,01 × Rp 237,486,016,703.24,-
=
Rp 2,374,860,167.03.C. Biaya Kontraktor Diperkirakan 1% dari MITL
= 0,01 × Rp 237,486,016,703.24,= Rp 2,374,860,167.03.-
D. Biaya Tak Terduga Diperkirakan 10% dari Engineering dan Supervisi = 0,1 × Rp 2,374,860,167.03 = Rp 237,486,016.70,Total MITTL
= Rp 28,735,808,021.09,-
Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 237,486,016,703.24,- + Rp 28,735,808,021.09, = Rp 266,221,824,724.34-
2. Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 3 bulan (90 hari) 2.1 Persediaan Bahan Baku Proses Molase Kebutuhan
= 48,590.00 kg/jam
Harga
= Rp 800 /kg
Harga total = 90 × 24 × 48,590.00 kg/jam × Rp 800 /kg = Rp 83,963,520,000,Saccharomyces Kebutuhan
= 1110.04975 kg/30 jam
Harga
= Rp 25000/kg
Harga total
= 90 × 24 × 1110.04975 kg/ 30 jam × 25000 /kg
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= Rp 1,998,089,550,-
Asam sulfat Kebutuhan
= 888.0398 kg/jam
Harga
= Rp 125000 /kg
(PT. Dipa Pharmalab Intersain. 2009)
Harga total = 90 × 24 × 888.0398 kg/jam × 125000 /kg = Rp 239,770,746,000,-
Amonium sulfat Kebutuhan
= 888.0398 kg
Harga
= Rp 25.000/kg
Harga total
= 90 jam × 24 × 888.0398 kg × Rp 25.000 /kg
(PT. Dipa Pharmalab Intersain. 2009)
= Rp 1,998,089,550..,Total harga bahan baku proses = Rp 325,732,355,550.-
2.2 Persediaan Bahan Baku Utilitas Alum Kebutuhan
= 11,99 kg/jam
Harga
= Rp 4.000 /kg
Harga total
= 90 × 24 × 11.99 × Rp 4000/kg
(PT. Dipa Pharmalab Intersain. 2009)
= Rp 103,623,840.,Soda Abu Kebutuhan
= 6,4785 kg/jam
Harga
= Rp 7.500 /kg
Harga total
= 90 × 24 × 6,4785 kg/jam × Rp 7.500/kg = Rp104,951,700.,-
Kaporit Kebutuhan
= 0,0044 kg/jam
Harga
= Rp 6.000 /kg
(PT. Dipa Pharmalab Intersain. 2009)
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Harga total
= 90 × 24 × 0.0044 kg/jam × Rp 6.000 /kg = Rp 57,024,-
NaOH Kebutuhan
= 0,7689 kg/jam
Harga
= Rp 10.000/kg
Harga total
= 90 × 0,7689 × 24 × Rp 10.000 /kg
(PT. Dipa Pharmalab Intersain. 2009)
= Rp 692,010.,Asam sulfat Kebutuhan
= 7,7591 kg/jam
Harga
= Rp 125,000 /kg
Harga total
= 90 × 24 × 7,7591 × 125,000 /kg = Rp 2,094,957,000,-
Solar Kebutuhan
= 3264,6142 liter/jam
Harga
= Rp 5.000 /liter
Harga total
= 90 × 3264,6142 liter/jam 24/jam × Rp 5.000 /liter = Rp 35.257.833.360.,-
Total harga bahan baku utilitas = 553.063.857.174,Total harga bahan baku proses dan utilitas = Rp 914,054,046,084,-
2.3 Kas 1. Gaji Pegawai Tabel LE-6 Gaji pegawai No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Jabatan
Jumlah
Direktur utama Sekretaris Manager Kepala Bagian Kepala Seksi Administrasi Karyawan Produksi Karyawan Teknik Karyawan Keu dan Personalia Karyawan Pemasaran Dokter Perawat
1 1 5 6 12 60 20 10 10 2 3
Gaji/Orang/Bulan Gaji Total/Bulan 15,000,000 2,000,000 7,000,000 3,500,000 3,000,000 1,500,000 1,500,000 1,500,000 1,500,000 4,000,000 1,500,000
15,000,000 2,000,000 35,000,000 21,000,000 36,000,000 90,000,000 30,000,000 15,000,000 15,000,000 8,000,000 4,500,000
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
12 13 14
Petugas Keamanan Supir Petugas Kebersihan
10 5 10
Total
1,350,000 1,300,000 1,000,000
155
13,500,000 6,500,000 10,000,000 301,500,000
Total gaji pegawai selama 1 bulan = 301,500,000 Total gaji pegawai selama 3 bulan = Rp 904,500,000.,2. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 5% dari gaji pegawai = 0,05 × Rp 904,500,000,= Rp 45,225,000.,3. Biaya Pemasaran Diperkirakan 5% dari gaji pegawai = 0,05 × 904,500,000,= Rp 45,225,000.,4. Pajak Bumi dan Bangunan Menurut UU No 20 Tahun 2004 Jo UU No 21 Tahun 2000. Tabel LE-7 Perincian Pajak Bumi dan Bangunan Objek Pajak
Luas (m2)
NJOP (Rp) Per m Jumlah 100.000 2,900,000,000 300.000 8,700,000,000 2
Bumi Bangunan
29000 29000
Nilai Jual Objek Pajak (NJOP) sebagai dasar pengenaan PBB = Rp 2,900,000,000 + 8,700,000,000 = Rp 11,600,000,000,NJOP tidak kena pajak = Rp 8.000.000 (Perda Sumatera Utara 2004) NJOP untuk perhitungan PBB = Rp 11,600,000,000 - Rp 8.000.000 = Rp 11,592,000,000.,Nilai Jual kena Pajak
= 20% × Rp 11,592,000,000.= Rp 2,318,400,000.-
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Pajak Bumi dan Bangunan yang Terutang = 0,5% × Rp 2,318,400,000.,. = Rp 11,592,000,Pajak terutang 3 bulan
= Rp 34,776,000,-
Tabel LE – 8 Perincian Biaya Kas No 1 2 3 4
Jenis Biaya Gaji Pegawai Administrasi Umum Pemasaran Pajak Bumi dan Bangunan Total
Jumlah (Rp) 904,500,000 45,225,000 45,225,000 34,776,000 1,029,726,000
2.4 Biaya Start – Up Diperkirakan 35% dari Modal Investasi Tetap (Peters&Timmerhaus 2004) = 0,35 × Rp 266,221,824,724.34,= Rp 186,355,277,307.04,2.5 Piutang Dagang PD =
IP x HPT 12
Dimana: PD = piutang dagang IP
= Jangka waktu kredit yang diberikan = 3 bulan
HPT = hasil penjualan tahunan
1. Harga Jual Etanol Produksi Etanol
= Rp 35,000/liter = 17,250.95 liter /jam (densitas etanol = 0,789)
Hasil penjualan Etanol tahunan = 17,250.95 liter /jam × 24 jam/hari × 300 hari/tahun × Rp 35,000/liter = Rp 4,347,239,543,726.24,Piutang Dagang
=
0,5 × Rp 4,347,239,543,726.24,12
= Rp 181,134,980,988.59,-
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tabel LE – 9 Perincian Modal Kerja No 1 2 3 4
Jenis Biaya Bahan baku proses dan utilitas Kas Piutang Dagang Start – up Total
Jumlah (Rp) 914,054,046,084 1,029,726,000 181,134,980,988 186,355,277,307 1,282,574,030,379
Total Modal Investasi = MIT + MK =
Rp
266,221,824,724.34,-
+
Rp
1,282,574,030,379.63
= Rp 1,548,795,855,103.96,1. Modal sendiri
= 60 % dari total modal investasi = 0,6 × Rp 1,548,795,855,103.96 = Rp 929,277,513,062.38,-
2. Pinjaman dari bank
= Rp 1,548,795,855,103.96.- Rp 929,277,513,062.38,= Rp 619,518,342,041.59,-
3. Biaya Produksi Total 3.1 Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) A. Gaji Tetap karyawan Gali tetap karyawan selama setahun = 1,206,000,000.,B. Bunga Pinjaman Bank Diperkirakan 15% dari modal pinjaman bank = 0,15 × Rp 619,518,342,041.59.= Rp 92,927,751,306.24,C. Depresiasi dan Amortisasi Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol. D=
P−L n
Dimana: D = depresiasi per tahun
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
P = harga awal peralatan L = harga akhir peralatan n = umur peralatan Semua modal investasi tetap langsung (MITL). kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi. sedang modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Biaya amortisasi diperkirakan 30% dari MITTL. sehingga Amortisasi = 0,3 × Rp 28,735,808,021,= Rp 8,620,742,406.33,-
Tabel LE-10 Perkiraan Biaya Depresiasi Komponen Bangunan Alat proses dan utilitas Instrumentasi&control Perpipaan Instalasi listrik Insulasi Inventaris kantor Perlg kebakaran Transportasi Total
Biaya (Rp) 18,631,500,000.00 64,027,419,552.84 6,402,741,955.28 25,610,967,821.14 6,402,741,955.28 6,402,741,955.28 6,402,741,955.28 6,402,741,955.28 5,335,000,000.00
Umur (tahun) 10 10 10 10 10 10 10 10 10
Depresiasi (Rp) 1,863,150,000 6,402,741,955 640,274,196 2,561,096,782 640,274,196 640,274,196 640,274,196 640,274,196 533,500,000 14,561,859,715
Total biaya depresiasi dan amortisasi = Rp 14,561,859,715 + Rp Rp 8,620,742,406.33,= Rp 23,182,602,121.37 D. Biaya Tetap Perawatan a. Perawatan mesin dan alat – alat proses Diperkirakan 10% dari HPT = 0,1 × Rp 64,027,419,552.84,= Rp 6,402,741,955,-
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
b. Perawatan bangunan Diperkirakan 10% dari harga bangunan = 0,1 × Rp 18,631,500,000.,= Rp 1,863,150,000,c. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10% dari harga kendaraan = 0,1 × Rp 5.335.000.000,= Rp 533.500.000,d. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10% dari harga instrumentasi dan alat control = 0,1 × Rp 6,402,741,955,= Rp 640,274,196,e. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10% dari harga perpipaan = 0,1 × Rp 25,610,967,821.14,= Rp 2,561,096,782,f. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10% dari harga instalasi listrik = 0,1 × Rp 6,402,741,955,= Rp 640,274,196,g. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10% dari harga inventaris kantor = 0,1 × Rp 6,402,741,955,= Rp 640,274,196,-
h. Perawatan Kebakaran Diperkirakan 10% dari harga Perlengkapan kebakaran = 0,1 × Rp 6,402,741,955,= Rp 640,274,196 Total biaya perawatan = 13,921,585,519.51,-
E. Biaya Tambahan (Plant Overhead Cost) Diperkirakan 20% dari modal investasi tetap
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
= 0,2 × 266,221,824,724,= Rp 53,244,364,944.87,-
F. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 10% dari biaya tambahan = 0,1 × Rp 53,244,364,944.87 = Rp 5,324,436,494.49,-
G. Biaya Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 10% dari biaya tambahan = 0,1 × Rp 53,244,364,944.87 = Rp 5,324,436,494.49,H. Biaya Asuransi a. Asuransi pabrik diperkirakan 1% dari modal investasi tetap = 0,01 × Rp 266,221,824,724,= Rp 2,662,218,247.24.b. Asuransi karyawan 1.54% dari total gaji karyawan ( Biaya untuk asuransi tenaga kerja adalah 2,54% dari gaji karyawan . dimana 1% ditanggung oleh karyawan dan 1,54% ditanggung oleh perusahaan) = 0,0154 × (12/3) × Rp 301,500,000.= Rp 18,572,400.Total biaya asuransi = Rp 2,662,218,247.24.- + Rp 18,572,400 = Rp 2,680,790,647.24,-
J. PBB Total biaya tetap
= Rp 11,592,000.,= Rp 203,147,996,022.69,-
3.2 Biaya Variabel A. Bahan baku proses dan utilitas = Rp 3,656,216,184,336. B. Biaya Variabel pemasaran Diperkirakan 10% dari biaya tetap pemasaran = 0,1 × Rp 5,324,436,494,= Rp 532,443,649.45,C. Biaya Variabel Perawatan
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Diperkirakan 10% dari biaya tetap perawatan = 0,1 × Rp 13,921,585,520,= Rp 1,392,158,551.95,D. Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 10% dari biaya tetap = 0,1 × Rp 13,921,585,519.51,= Rp 1,392,158,551.95,Total Biaya Variabel = Rp 3,659,532,945,089.35,Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 13,921,585,519.51,- + Rp 3,659,532,945,089.35,= Rp 3,862,680,941,112.04,4. Perkiraan Laba/Rugi Perusahaan A. Laba Sebelum Pajak Laba sebelum pajak = total penjualan – total biaya produksi = Rp 4,347,239,543,726 – Rp 3,862,680,941,112.04,= Rp 484,558,602,614.20,B. Pajak Penghasilan. Berdasarkan Pasal 21 Undang-Undang No.17 tahun 2000 tentang Pajak Penghasilan (PPh) adalah : Tarif (%)
Jumlah Penghasilan Kena Pajak Sampai dengan Rp.50.000.000.-
10
Diatas Rp.50.000.000.- sampai dengan Rp.100.000.000.-
15
Diatas Rp.100.000.000.-
30
Perincian pajak penghasilan (PPh) terhutang : 10 % × Rp.50.000.000
= Rp.
5.000.000
15 % × Rp.100.000.000 - Rp. 50.000.000
= Rp.
7.500.000
30 % × 484,558,602,614.20,- Rp. 100.000.000
= Rp 145.267.580.784+
Total pajak penghasilan (PPh)
= Rp 145,280,080,784.26.-
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
C. Laba Setelah Pajak Laba setelah pajak = laba sebelum pajak – PPh = Rp 484,558,602,614.20, - Rp. 145,280,080,784.26,= Rp 339,278,521,829.94,5. Analisa Aspek Ekonomi A. Profit Margin (PM) PM
=
Laba sebelum pajak × 100% total penjualan
PM
=
339.278.521.829,94 × 100% 4.347.239.543.726
= 11,15 %
B. Break Even Point (BEP) BEP
=
Biaya Tetap × 100% Total Penjualan - Biaya Variabel
BEP
=
13.921.585.519,51 × 100% 4.347.239.543.726 - 3.659.532.945.089,35
= 29,54 % C Return On Investement (ROI) Return on Investment adalah besarnya presentase pengembalian modal setiap tahun dari penghasilan bersih. ROI
=
ROI
=
Laba setelah pajak × 100% Total modal investasi
339.278.521.829,94 × 100% 1.548.795.855.104
= 21,91%
D. Pay Out Time (POT) POT
=
1 × 100% ROI
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
POT
=
1 × 100% = 4,56 tahun 21,91
E. Return on Network (RON) Return on network merupakan perbandingan laba setelah pajak dengan modal sendiri. RON =
Laba setelah pajak × 100% Modal sendiri.
RON =
339.278.521.829,94 × 100% 929.277.513.062
= 15,63 % F. Internal Rate of Return (IRR) Internal rate of return merupakan presentase yang menggambarkan keuntungan rata rata bunga pertahun dari semua pengeluaran dan pemasukan. Apabila IRR ternyata lebih besar dari bunga rill yang berlaku. maka pabrik akan menguntungkan. tetapi bila IRR lebih kecil dari bunga rill yang berlaku maka pabrik dianggap rugi. S
Dari perhitungan lampiran E diperoleh IRR = 36,012 % . sehingga pabrik akan
menguntungkan karena lebih besar dari bunga pinjaman bank saat ini yaitu sebesar 20% (Bank Indonesia. 2009).
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Tabel LE.10 Penentuan Net Cash Flow untuk menghitung Internal Rate of Return (IRR) Tahun
LABA KOTOR
PAJAK
LABA BERSIH
DEPRESIASI
0
Net Cash Flow
P/F,36%
1548795855104
PV (i = 36%)
P/F,37%
-1531000368922
PV (i = 37%) -1548795855104
1
484558602614
145367580784
339191021830
14561859715
353752881545
0.7353
260114493800
0.7299
258204228240
2
533014462876
159904338863
373110124013
14561859715
387671983728
0.5407
209614241602
0.5328
206551632930
3
586315909163
175894772749
410421136414
14561859715
424982996129
0.3975
168930740961
0.3889
165275887195
4
644947500079
193484250024
451463250056
14561859715
466025109771
0.2923
136219139586
0.2839
132304528664
5
709442250087
212832675026
496609575061
14561859715
511171434776
0.2149
109850741333
0.2072
105914721286
6
780386475096
234115942529
546270532567
14561859715
560832392282
0.158
88611517981
0.1512
84797857713
7
858425122606
257527536782
600897585824
14561859715
615459445539
0.1162
71516387572
0.1104
67946722788
8
944267634866
283280290460
660987344406
14561859715
675549204122
0.0854
57691902032
0.0806
54449265852
9
1038694398353
311608319506
727086078847
14561859715
741647938562
0.0628
46575490542
0.0588
43608898787
10
1142563838188
342769151456
799794686732
14561859715
814356546447
0.0462
37623272446
0.0429
34935895843
2717748296776
2717748296776 IRR = 36% + x ( 37 – 36)% 2717748296776 + - 394806215807 = 36,012%
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
-394806215807
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
Nursinta Tarigan : Pra Rancangan Pabrik Pembuatan Bioetanol Dari Molase Kapasitas Produksi 98.000 Ton/Tahun, 2010.
