laporan tugas akhir -...

Laporan Tugas Akhir

Prarancangan Pabrik Microcrystalline Cellulose kapasitas 5000 ton/tahun

Luthfi Karbelani (10/302590/TK/37366)

Yulian Dwi Purnamasari (10/304771/TK/37384)

153

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. (2011, 5 Januari).”Penduduk Indonesia menurut Provinsi”.

<http://www.bps.go.id/>. [Diakses 5 Desember 2013].

Anonim..(2011, 2 Februari). “ Biofuel Generasi Kedua Ditemukan Oleh BPPT”.

<http://www.fahutanipb.com/>. [Diakses 5 Desember 2013]

Anonim. (2011, 17 Agustus). “Microcrystalline Cellulose Price”.

<http://www.alibaba.com/showroom/microcrystalline-cellulose-

price.html>. [Diakses 5 Desember 2013].

Anonim. (2012, 13 Februari). “Industri Sawit di Kalimantan Barat”.

<http://indostrategic.com/?p=237>. [Diakses 5 Desember 2013].

Aries, R. S., and Newton, R. D., 1955, “Chemical Engineering Cost Estimation”,

McGraw-Hill Book Company, New York.

Bergfeld, et al, ” Process for the preparation of level-off DP cellulose”, United

States, patent US 5543511 A. Agustus, 6, 1996.

Braunstein, et al, ” Crystalline cellulose production”, United States, patent US

5346589 A. Januari, 12, 1994.

Brown, G. G., 1950, “Unit Operation”, odern Asia Edition, John Wiley and Sons,

Inc., New York

Brownell and Young, 1959, “Process Equipment and Design”, John Wiley and

Sons, Inc., United States of America.

Coulson, J. M. dan Richardson, J.F. 1985, “An Introduction to Chemical

Engineering Design”, Vol. 6, Pergamon Press : Oxford.

Ditjen PPHP. (2006). Pedoman Pengelolaan Limbah Industri Kelapa Sawit,

Direktorat pengolahan Hasil Pertanian, Departemen Pertanian, Jakarta.

Ha, et al, ”Method for producing microcrystalline cellulose”, United States, patent

US5769934 A. Juni, 23, 1998.

Hanna, Milford et al, “Production of microcrystalline cellulose by reactive

extrusion”, United States, patent US 6228213 B. Mei, 8, 2001.

Kern, D.Q., 1965, “Process Heat Transfer”, McGraw-Hill Book Company, New

York.

http://www.bps.go.id/

http://www.fahutanipb.com/

http://www.alibaba.com/showroom/microcrystalline-cellulose-price.html

http://www.alibaba.com/showroom/microcrystalline-cellulose-price.html

http://indostrategic.com/?p=237

Laporan Tugas Akhir




154

Ludwig, E.E., 1984, “Applied Process Design for Chemical and Petrochemical

Plant”, 2nd

ed., Vol. 3., Gulf Publishing Company, Houston.

Perry, R.H., and Green, D.w., 1984. Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6

ed., McGraw Hill Book Co., Singapore.

Peters, M.S; Klaus D. Timmerhaus dan Ronald E.West., 2004, “Plant Design and

Economics for Chemical Engineer”, 5th

Edition, International Edition,

Singapura: Mc.Graw-Hill.

Smith, J.M., and Vann Ness, H.C., 2001, Introduction to Chemical Engineering

Thermodynamic, 7th

ed., McGraw-Hill Book Company, Kogakusha, Tokyo.

Toshkov et al, ” Method of producing microcrystalline cellulose”, United States,

patent US3954727 A. Mei, 4, 1976.

Walas, Stanley M., 1990, “Chemical Process Equipment – Selection and Design”,

Boston: Reed Publishing.

Laporan Tugas Akhir




155

LAMPIRAN

1. Reaktor Digester(RD-01)

Fungsi : tempat berlangsungnya pemasakan chip sebanyak 2066,80

kg/batch dengan larutan NaOH 12% dan pemanasan dengan

steam.

Jenis : reaktor dengan injeksi steam

Bentuk : silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal

Temperatur = 140oC = 413,15

oC

Tekanan operasi = 10,80 atm = 158,71 psi

Laju alir massa slurry = 17179,44 kg/jam

Laju alir massa steam = 33416,10 kg/jam

Waktu tinggal reaktor( ) = 3 jam

Densitas campuran umpan = 981,85 kg/m3

Densitas steam = 886,12 kg/m3

Viscositas campuran = 0,89 cp

Perhitungan dimensi digester

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

⁄

Laporan Tugas Akhir




156

⁄

⁄

( )

Ukuran standar digester dapat dilihat pada literatur (Modern Pulp and Paper

Making) sebagai berikut:

Ukuran digester Tebal

lining,

in

Volume terhitung,

ft3

Diameter,

ft

Tinggi,

ft

8 24 8 1206,9

8 30 8 1508,6

10 28 8 2200

10 30 8 2357,1

10 37 8 2907,1

11 30 8 2852,1

11 37 8 3517,6

11 40 8 3802,9

11 45 8 4278,2

Berdasarkan tabel di atas, ukuran yang memberikan volume digester

mendekati volume yang diperlukan adalah digester dengan diameter 10 ft

(3,05 m) dan tinggi 28 ft (8,53 m).

Tekanan design

P0 = 10 atm = 147 psi

Faktor kelonggaran = 20%

Laporan Tugas Akhir




157

Tebal shell tangki

Bahan konstruksi : Alloy 20

Ukuran : diameter dalam shell (IDS) = 10 ft = 120 in =

3,05 m

jari-jari dalam shell (R) = 5 ft = 60 in = 1,53

Kondisi operasi :

Temperatur = 140oC = 413,15

oC

Tekanan operasi = 10,8 atm = 158,71 psi

(Brownell, L.E. and Young,

E.H., 1959)

Dimana;

ts = tebal shell (in)

P = tekanan desain (psia)

R = jari-jari dalam tangki (in)

S = allowable stress (psia)

E = joint efficiency

C = corrosion allowance (in/tahun)

n = umur alat (tahun)

Bahan konstruksi yang digunakan adalah Stainless Stell SA-240 grade M

tipe 316

Allowable working stress (S) = 9815 psia

Joint efficiency (E) = 0,80

Corrosion allowance (C) = 0,002 in

( ) ( ) ( )

Tebal shell standar yang digunakan adalah 1¾ (1,75 in).

Diameter luar shell total = ( )

Laporan Tugas Akhir




158

Tebal tutup dan alas tangki

Bentuk : torispherical dished head

Bahan konstruksi : Alloy 20

Tutup atas tangki terbuat dari bahan yang sama dengan shell. Perhitungan

dengan menggunakan persamaan yang sama dengan mencari tebal shell,

maka diperoleh tebal tutup dan alas yang sama.

Tebal tutup dan alas = 1,7500 in

Menghitung tinggi tangki

Tinggi tutup tangki

Berdasarkan Brownell, L.E. and Young, E.H.(1959):

r (IDS) = 11 ft = 120 in

icr = 6%.r = 7,2 in

sf = 0,375 ft = 4,5 in

a = IDS/2 = 60 in

AB = a-icr = 52,80 in

BC = r-icr = 112,80 in’

AC =(BC2-AB

2)1/2

= 99,68 in

B = r – AC = 20,32 in

Laporan Tugas Akhir




159

Tinggi total tangki digester

hs = 28 ft = 336 in

( ) ( )

Menghitung pipa injeksi steam

Diameter pipa injeksi steam dipilih berdasarkan kisaran kecepatan linier

steam di dalam pipa yang diijinkan, yaitu 15-30 m/detik.

Laju alir massa steam (FA) = 33416,10 kg

Laju alir volumetris steam (Fv) = 37,71 m3

Karakteristik pipa yang digunakan (Brownell, L.E. and Young, E.H.,

1959):

NPS = ½ in

Sch = 80

OD = 0,840 in

ID = 0,546 in

A = 0,00163 ft2 = 1,51 x 10

-4 m

2

Kecepatan steam

(

)

⁄

Kecepatan linier steam di dalam pipa masihh di dalam kisaran yang

diperbolehkan sehingga memenuhi kriteria.

Laporan Tugas Akhir




160

Larutan NaOH

ke blow down

(saat pengosongan)

ke blow down

(saat pembersihan)

Steam masuk

Steam

keluar

Reaktor Digester

Laporan Tugas Akhir




161

Kondisi operasi : Suhu steam, t0 = 180oC

Suhu slurry masuk, t1 = 30 oC

Suhu slurry keluar, t2 = 140oC

Diketahui:

Bahan isolator:

Asbestos, dengan sifat-sifat fisis (Holman, 1988)

kis= 0,117 Btu/j.ft.F

ρis = 36 lb/ft3

his = 5 Btu/j.ft2.F

Bahan shell

Alloy 20, dengan sifat fisis:

ρ = 537,4 lb/ft3

ks= 7,0833 Btu/j.ft.F

hs = 200 Btu/j.ft2.F

ri = jari-jari dalam reaktor

r0 = jari-jari luar reaktor

ris = jari-jari isolator luar

Ta = suhu slurry dalam reaktor

T1 = suhu dinding dalam reaktor

T2 = suhu dinding luar reaktor

T3 = suhu isolator luar

Tu = suhu udara luar

ris

r0 ri

Laporan Tugas Akhir




162

Suhu slurry, Ta = 140 oC = 284

oF

Suhu isolator luar, T3 = 40 oC = 104

oF

Suhu udara luar, Tu = 30 oC = 86

oF

Perpindahan panas konveksi dinyatakan sebagai:

( )

Perpindahan panas konduksi dinyatakan sebagai:

Perpindahan panas menyeluruh untuk kasus ini adalah:

( )

( )

( ) ( )

( )

( ⁄ )

( ⁄ )

( )

( ) ( )

Dengan mensubtitusi persamaan (1) dan (2), maka dapat dipereroleh

persamaan sebagai berikut:

( ) ( )

( ⁄ )

( ⁄ )

( ) ( )

( ⁄ )

( ⁄ )

( )

Dengan memasukkan semua nilai yang diketahui pada persamaan (3) maka

akan diperoleh nilai ris. risdiperoleh sebesar 5,37\ ft

Tebal isolator (tis)

Laporan Tugas Akhir




163

Jadi tebal isolator yang dibutuhkan yaitu sebesar 0,22 ft atau 6,86 cm.

2. Screw Conveyor (SC-01)

Tugas : Tempat terjadinya reaksi pembentukan

microcrystalline cellulose serta pencampuran pulp

sebanyak 1119,24 kg/jam dengan larutan HCl 5%

Material : Pulp selulosa

Bahan konstruksi : Stainless steel

Laju alir massa = 1.935,21 kg/jam

Densitas bahan = 1019,9 kg/m3

( )

( )

Screw conveyor ini berperan sebagai reactor dalam proses pembentukan MCC.

Penentuan volume screw conveyor didekati dengan persamaan pada reaktor

alir pipa sehingga produk keluar reaktor memberikan besar konversi yang

diharapkan.

Neraca massa pada reaktor RAP

Dibagi

v v+Δv

Laporan Tugas Akhir




164

[

]

Maka :

Asumsi reaksi order satu sehingga –rA = k CA

( )

Maka :

( )

( )

∫

( )

∫

[ ( )]

( )

Laporan Tugas Akhir




165

[ ( )]

Screw conveyor direncanakan memiliki :

Panjang = 50 m

Shaft diameter = 12 cm (0,12 m)

Jari-jari shaft (r) =0,06 m

Pada screw conveyor,

( )

√

√ ( ) ( ) ( )

( )

Maka spesifikasi screw conveyor :

Panjang = 50 m (164,04 ft)

Diameter screw = 0,6438 m (2,11 ft)

Diameter shaft = 0,12 m (0,39 ft)

Material berupa pulp selulosa sehingga berdasarkan tabel B pada Screw

Conveyor Component and Design versi 2.20, 2012 diperoleh :

Material class code = 62E45

Conveyor loading = 30A

Component group = 2A, 2B

Laporan Tugas Akhir




166

Weight = max 60 lbs/cuft, min 62 lbs/cuft

Material factor = 1,5

Material class code diatas merupakan spesifikasi dari bahan. Detail bahan

dapat dilihat di table A pada Screw Conveyor Component and Design versi

2.20, 2012 sehingga diperoleh :

Material Class Code 62E45

Density = 62 lbs/cuft

E = irregular (fibrous, stringy, etc)

4 = sluggish

5 = abrasiveness ( mildly abrasive)

Kapasitas screw conveyor sebesar 67,01 ft3/jam. Berdasarkan tabel D pada

Screw Conveyor Component and Design versi 2.20, 2012, diperoleh data

standar sbb :

Capacity at max rpm = 90 ft3/jam

Capacity per rpm = 1,5 ft3/jam

a. Menghitung kecepatan putaran conveyor

(

)

(

)

b. Menghitung Radial Clearance

( )

Laporan Tugas Akhir




167

Bahan termasuk ke dalam class 2 (25% lumps) sehingga memiliki besar

class ratio 2,5. Product max lumps size diperoleh dari tabel E sebesar ¾ in.

Maka :

c. Menghitung Horse Power

- Friction hp

- Total HP

( )

Dimana :

L = panjang conveyor, ft

N = screw speed, rpm

C = kapasitas, cuft/jam

D = densitas bahan, lb/cuft

Fd = conveyor diameter HP factor (table L)

Fb = hanger bearing HP factor (table M)

Fm = material factor (table B)

Fr = flighting modification HP factor (table J)

Fp = paddle HP factor (table K)

Fo = overload HP factor (table H)

e = drive efficiency (table G1 atau G2)

Dari tabel-tabel tersebut diperoleh data sebagai berikut :

Fd = 940

Fb = 1,7 (bronze)

Fm = 1,5

Laporan Tugas Akhir




168

Fr = 1,0

Fp = 1,0

Fo = 1,0

e = 0,88 (screw conveyor drive)

maka :

( )( )

d. Menghitung besar torsi

Spesifikasi komponen alat

1) Screw

Screw

Panjang = 50 m (164,04 ft)

Diameter screw = 0,64 m (2,11 ft)

Diameter shaft = 0,12 m (0,39 ft)

2) Coupling bolts / bolts pads

Shaft size = 5 7/16 in

Nominal pipe size = 8 in

Bolts size = 1 ¾ x 12 ½

Max torque = 1050 in.lbs

Laporan Tugas Akhir




169

3) Drive Shaft

Drive Shaft pada Screw Conveyor

Shaft diameter = 5 7/16 in

A = 2 ½ in

B = 5 in

D = 3 in

E (hole diameter) = 1 13/16 in

F (coupling bolts) = 1 ¾

Keyway length = 9 7/8 in

Keyway width = 1 ¼ in

Keyway depth = 5/8 in

4) Coupling Shaft

Coupling Shaft pada Screw Conveyor


A = 2 ½ in

Laporan Tugas Akhir




170

B = 5 in

C = 36 in

H = 6 in


Coupling bolt = 1 ¾ in

3-bolt weight = 214,20 lb

5) End/tail shaft

End / tail Shaft pada Screw Conveyor


A = 2 ½ in

B = 5 in

D = 3 in


F (Coupling bolt) = 1 ¾ in

6) Trough (tube)

Laporan Tugas Akhir




171

Trough (tube) pada Screw Conveyor

A = 25 in

B = 2 ½ in

C = 30 ½ in

BC-01

P-2

S-01

BC-02

BE-01BC-03

BE-02

P-01

TA-01

P-02

RDVF-01

P-03

SC-01

TW-01TB-01

P-04

S-02

P-05

TW-02S-03

Ke UPL

P-06

Ke UPL

TW-03

P-07

S-04

Ke UPL

RoD-01

BM-01

BC-04

S-05

G-01

1

30

1

TM-01P-11

2

30

1

P-08

C-01 C-02TM-02

P-12

TP-02

P-09

8

G-02

RD-01

WI

WI

5

30

1

LI

PI

LI

4

30

FC

FC

LC

Air

pHC

LC

LCLC

TM-03

P-10 P-13 18

LI

LI

LI

LISteam

FC

TBD-01

LC

TP-01

TP-03

LC

G-03

7

30

1

30

1

WI

Ke

UPL

17

39

1

30

30

1

25

35

1

26

70

1

WI

22

35

1

27

65

1

28

30

1

Air

29

30

1

Air

6

30

1

Air

3

30

1

13

120

5

14

54

1

15

54

76

16

30

1

37

1

Air21

19

37

1Air

23

30

1

20

30

1

Air

9

120

5

11

75

12

TC

10

P-91

10

150

10

150

10

24

35

135

1

31

30

1

Air

1

7450,997450,99

LC

LC

Komponen* Arus

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

TKKS (basis kering) 2490,00

α-selulosa 826,72 702,72 124,00 826,72 810,19

Hemiselulosa 558,06 474,33 83,71 558,04 2,79 2,79 2,90 2,79 0,28

Lignin 330,69 14,05 2,48 16,53 6,36 6,36 6,36 6,36 0,63

Na-lignat 271,12 47,85 318,97 1,59 1,59 1,59 1,59 0,16

MCC 810,19 810,19 810,19 808,56

HCl 40,80 40,80 810,19 810,19 810,19 81,02

H2O2 31,50 3,15

NaOH 24,80 24,80 13,96 2,46 16,42 6,35

NaCl 9,28 9,28 9,28 0,93

Steam

H2O 510,00 351,36 155,01 181,88 26,87 708,61 775,18 66,57 7450,99 13126,35 2316,41 7450,99 15442,76 291,96 294,81 4838,03 5132,85 5440,01 544,00 3596,84

Jumlah 3000,00 2066,80 155,01 206,68 51,67 708,61 815,98 107,37 7450,99 14599,14 2576,32 7450,99 17175,46 1119,24 1935,21 4838,03 6773,25 7111,91 1438,74 3596,84

*) Satuan : kg/jam Komponen*

Arus

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

TKKS (basis kering)

α-selulosa

Hemiselulosa 0,28 0,03 0,03 0,00 0,00 0,00

Lignin 0,64 0,06 0,06 0,01 0,01 0,00

Na-lignat 0,16 002 0,02 0,00 0,00 0,00

MCC 808,56 806,95 806,95 805,33 805,33 724,80

HCl 81,02 8,10 8,10 0,81 0,00 0,00

H2O2 3,15 0,32 0,32 0,03 137,84 31,50

NaOH

NaCl 0,93 0,09 0,09 0,01 0,01 0,00

Steam

H2O 4140,84 414,08 3074,12 3488,21 348,82 6,98 6,28 137,84 62,99 307,17 42948,61

Jumlah 5035,58 1229,65 3074,12 4303,77 1155,02 812,33 731,08 275,67 62,99 338,16 42948,61

PROCESS ENGINEERING FLOW DIAGRAM

PRARANCANGAN PABRIK MICROCRYSTALLINE CELLULOSE DARI TANDAN KOSONG KELAPA SAWIT

KAPASITAS 5000 TON/TAHUN

laporan tugas akhir -...

Documents