Desain Pemurnian 56w4e

PROCESS AND EQUIPMENT DESIGN PURIFICATION STATION

Fathur Rahman Rifai Sugar Technology Division LPP Yogyakarta

SEKILAS STASIUN PEMURNIAN Stasiun pemurnian adalah stasiun dimana langkah pemisahan kotoran nira untuk pertama kali dilakukan. Fungsi Stasiun Pemurnian : menghilangkan kotoran sebanyakbanyaknya dalam waktu singkat dan biaya murah, tanpa menimbulkan (meminimalkan) kerusakan dan kehilangan sukrosa. (Soejardi,2004)

SEKILAS STASIUN PEMURNIAN Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam desain maupun operasional stasiun pemurnian adalah : 

Komposisi nira Fisis dan Khemis



Jenis reaksi didalam pemurnian



Sasaran hasil reaksi

TUJUAN STASIUN PEMURNIAN NIRA Cane Sugar Engineering, Prof. Peter Rein, 2007 

Membentuk flok endapan untuk menangkap semua zat tersuspensi sehingga dapat diendapkan dengan kecepatan yang diinginkan.



Untuk mengkondisikan suhu, pH dan konsentrasi ion yang akan memaksimalkan terjadinya presipitasi (pengendapan) dari impurities (kotoran) terlarut dalam nira.



Untuk menghasilkan nira encer (jernih) dengan kualitas tinggi, yaitu turbidity, warna dan kandungan kalsium (Ca2+) minimum.



Untuk menghasilkan endapan (mud) yang baik (dapat diterima) untuk proses filtrasi yang optimal.



Untuk menjalankan fungsinya seperti tersebut diatas dengan biaya, waktu tinggal, kehilangan gula (sukrosa) dan pembentukan warna minimum.



Untuk mendapatkan nira encer dengan pH yang meminimalkan terjadinya inversi di proses selanjutnya yaitu stasiun evaporator.

KOMPOSISI KOTORAN DALAM NIRA / BUKAN GULA (NON SUGAR) QUANTITIES OF NONSUGARS IN STRAINED MILL JUICE REMOVABLE BY CENTRIFUGAL ACTION (mg/L)

*Principles Of Sugar Technology Vol I, Pieter Honig, p.493

VARIATIONS IN AMMOUNTS OF REMOVABLE NONSUGARS PRESENT IN MIXED JUICE (mg/L)

*Principles Of Sugar Technology Vol I, Pieter Honig, p.499

EFEK PEMANASAN NIRA

*Principles Of Sugar Technology Vol I, Pieter Honig, p.494

BEHAVIOUR OF THE REMOVABLE NON SUGARS IN CLARIFICATION (Perilaku Bukan Gula Dalam Proses Pemurnian) *Principles Of Sugar Technology Vol I, Pieter Honig, p.495

Efek Penambahan Kapur dan Pemanasan Dalam Proses Pemurnian

*Principles Of Sugar Technology Vol I, Pieter Honig, p.496

A. PEMISAHAN BAGASILO

SCREENING DAN STRAINING (FINE-BAGASSE SEPARATORS)



Nira gilingan banyak mengandung ampas halus (Fine-Bagasse)



Ampas halus ~ Bagacillo ~ Cush-cush



Ampas halus ~ 1-10 g bahan kering per liter nira.



Alat yang digunakan (sasaran 2 g bagacilo/ kg nira) :  Cush Cush screen  DSM Screen  Rotary Screen  Vibrating Screen

CUSH-CUSH SCREEN Kebutuhan :

Pembagian : 3 bagian untuk gilingan 1, 2 bagian untuk gilingan 2 dan 1 bagian untuk tiap gilingan selanjutnya

Ukuran screen & tebal plate : Gilingan 1 & 2, tebal plate & diameter hole = 0,8 – 1 mm, 29 – 45 hole per cm2 Gilingan 3 dst. , tebal plate & diameter hole = 1,6 mm 13 hole per cm2

DSM SCREEN

Fungsi : 1st screen atau 2nd screen dan single screen Screen :  Susunan horizontal prismatic bar.  Bahan bar : stainless steel atau Bronze (bronze menghambat pertumbuhan bakteri / oligodinamis)  Screen membentuk kurve dengan sudut 45 derajat  Panjang kurve screen ~ 1.6 m  Lebar screen : 91, 122, 152, 183, dan 213 cm Aplikasi

DSM Screen

Kapasitas: Spacing,mm 1.6 1.2 0.8 0.65

Kap. (t/jam/m2) 34 29 25 21

Material: stainless steel SUS 304

DSM Screen

ROTARY SCREEN  Kapasitas : 20-40 ton juice/(jam.m2), umumnya dipakai 20 t/(jam.m2)  Screen : metalic woven, SUS 304, DSM screen type  Spacing : 0,5 – 0,8 mm  Ukuran : diameter: 1,6 – 3 m, panjang : 4,5 – 5 m  Putaran : 5-15 menit tiap putaran

 Daya : 7,5 kW

VIBRATING SCREEN  Ukuran 1,25 m x 3 m

 Stainless Steel 17% chromium

 Kapasitas 125 m3/jam

triangular bar tebal 6 mm, jarak

 Penghilangan hingga 0,4 – 0,5 g/l,

antar bar (lubang) 0,75 mm.

(Fixed screen: 0,6 – 1,5 g/l)

 Motor 2 x 3 kW, 1460 rpm

B. PEMISAHAN BAHAN BUKAN GULA TERLARUT

PERAN PHOSPAT

TEKNOLOGI DEFEKASI Biasa dikenal juga sebagai Liming

Cold Liming  NM (pH 5,5) + liming  pH 7,2-8,3  heating ( titik didih)  Flashing  Subsidation Intermediate Liming  NM heating (75C)  intermediate tank (8-10 menit) liming diinjeksikan sebelum masuk pompa heating (titik didih)Flashing  Subsidation  Reaksi penghilangan starch  Reaksi Diastase (NM) + Starch (Filtrate) ; 50-60% pati terurai Hot Liming  NM  heating (70C)  + liming (7,2-8,3)  dipanaskan (titik didih)  Flashing  Subsidation Fractional Liming, (modifikasi hot liming)  NM + SK (33%) heating+ liming  heating (titik didih)Flashing Subsidation

KEUNTUNGAN HOT LIMING 

Buih lebih sedikit



Kondumsi kapur lebih rendah (27% dari Cold Liming)



Nira jernih lebih jernih (Hugot, 1986); tidak ada perbedaan signifikan (Rein, 2007)



Volume mud lebih tinggi



Penapisan/filtrasi nira kotor (mud) lebih baik  Blotong lebih kering dan berpori



Senyawa koloid berbasis nitrogen lebih banyak dipisahkan (80% dari 50%)



Wax lebih banyak dipisahkan (90% dari 70%)



Komponen dextran yang dihilangkan lebih sedikit diatas cold liming

KEUNTUNGAN HOT LIMING 

Buih lebih sedikit



Kondumsi kapur lebih rendah (27% dari Cold Liming)



Nira jernih lebih jernih (Hugot, 1986); tidak ada perbedaan signifikan (Rein, 2007)



Volume mud lebih tinggi



Penapisan/filtrasi nira kotor (mud) lebih baik  Blotong lebih kering dan berpori



Senyawa koloid berbasis nitrogen lebih banyak dipisahkan (80% dari 50%)



Wax lebih banyak dipisahkan (90% dari 70%)



Komponen dextran yang dihilangkan lebih sedikit diatas cold liming

AGENT OF LIMING Susu Kapur (Milk of Lime)  CaO+air panas (90-95C)  diencerkan dengan air dingin  SK 6-15 degree of Baume Kalsium sakarat (Sakarat, Calsium-Saccharate)  Susu kapur + Juice (Raw Juice/ Clear Juice/Thick Juice)  larutan Sakarat (pH 10-11)  Mixing SK dan Juice dilakukan hingga 5 menit  Rasio CaO: Sukrosa ~ 1: 6,1

SUSU KAPUR VS SAKARAT 

Kandungan phospat, protein dan Turbidiy lebih rendah dengan sakarat



Kecepatan awal pengendapan lebih rendah ketika dengan sakarat



Mud level naik 10% dibanding SK



Kandungan senyawa Kalsium, Silika, Magnesium dan Polisakarida tidak berbeda jauh

TEKNOLOGI SULFITASI Proses sulfitasi ~ pengaturan NM, SK / Sakarat, gas SO2, Suhu dan Waktu Menurut methode penghilangan BG :  Sulfitasi Asam  NM disulfitasi sampai pH rendah  Dilakukan penetralan dengan SK  NM+gas SO2  pH 3.8-4.0  + SK  pH Netral  Sulfitasi Netral  Menjaga pH selama reaksi disekitar pH netral  NM+SK  pH netral  +SK  pH <8.5  +gas SO2  pH netral  Sulfitasi Basa  pH reaksi berada dalam kondisi reaksi alkalis  NM+SK  pH > netral  +gas SO2  pH netral  NM+SK  pH netral  +SK  pH 10.5-11  +gas SO2  pH netral (jawa)

TEKNOLOGI SULFITASI Menurut pelaksanaan :  Sulfitasi batch  Dilakukan di dalam beberapa sulfitir ( paling sedikit 3 sulfitir)  Tangki 1  diisi, tangki 2 disulfitasi, tangki 3  pengeluaran  Untuk PG yg tidak bisa menjamin supplai tebu dan tobong belerang batch  Sulfitasi kontinyu 

Aliran terus menerus

TEKNOLOGI SULFITASI Menurut suhu reaksi dan sistim penambahan SK : 

Sulfitasi dingin  NM+gas SO2  pH <=4 (3,5-4,5) + liming  pH 6.9-7.0  heating (100.5C)  diendapkan di Clarifier



Fractional liming dan Sulfitasi  ~ sulfitasi alkalis  NM + liming  pH Alkalis (pH 8)  heating (50/70C)  + gas SO2  pH 5,1-5,3  Liming (pH 7,0-7,2)  heating (100,5C)



Sulfitasi panas  Digunakan untuk mengurangi kelarutan CaSO3,yang mudah larut pada suhu dingin.  Kelarutan minimum CaSO3 pada suhu 75 C  NM dipanaskan 70-80C  + gas SO2  + liming (atau (liming + gas SO2) langsung dlm 1 reaktor)  pH netral  Jawa: NM  dipanaskan 70-80C  +liming  pH Alkalis  + gas SO2 pH netral (1945)  Sulfitasi sebelum Liming baik untuk Tebu yang belum masak

SULFITASI - DEFEKASI Keuntungan

Kerugian

Kecepatan pengendapan lebih cepat

Pengerakan lebih banyak di heater, dapat diatasi dg sulfitasi panas dengan penambahan luas PP pemanas nira

Masakan kurang viscous shg pendidiihan lebih cepat

Biaya investasi lebih mahal (penambahan sulfitir, pompa, korosi tangki dan pipa)

Warna produk lebih baik

Jumlah susu kapur lebih banyak

Kapasitas sentrifugal lebih baik

Kandungan belerang dalam gula kadang lebih tinggi dari ketentuan

LIMING : SEBELUM ATAU SESUDAH SULFITASI??  Kecepatan pengendapan floc ( sebelum < sesudah).

 Volume mud (sebelum > sesudah).  Hot preliming akan menurunkan efek diatas.

 Pada umumnya, Liming sesudah sulfitasi lebih dipilih khususnya untuk tebu belum masak.

TEKNOLOGI KARBONATASI Karbonatasi Nira Mentah 

NM  heating (50-55C)  SK+gas CO2 (25-30%)  dipertahankan pH 9,8-10,3 (indikator warna kertas PP + asam oksalat)  filtrasi 1  karbonatasi (+gas CO2) dipertahankan pH 8,2-8,3  fltrasi 2  heating (70-80)  sufitasi (pH Netral)

Karbonatasi larutan Gula Mentah (raw liquor)



Proses Defekasi remelt Karbonatasi (DRK)



RL (Melt sugar, 60bx, 60C)  +SK  pH 10-11  Karbonatasi 1 (+ gas CO2 (912%)) pH 9,3-9,5  karbonatasi 2 (+gas CO2), pH 8,2-8,3  Filtrasi

APLIKASI DI PABRIK GULA

Reaktor Defekasi CSTR-RATB Reaktor Sulfitasi (Cair-Gas-Padat)

Reaktor Defekasi inline mixing

APLIKASI DI PABRIK GULA Reaktor Sulfitasi (Absorbsi)

APLIKASI DI PABRIK GULA

Jl. Kebon Sirih No. 39 Jakarta 10340

PT. GUNUNG MADU PLANTATIONS INDONESIA

Phone : (021) 337575 (9 Lines) Fax

Reaktor Defekasi inline mixing

Reaktor Sulfitasi (Absorbsi)

: (021) 3142159

INTERMEDIATE LIMING

DASAR PERANCANGAN REAKTOR 1. Neraca massa (hukum kekekalan massa) 2. Neraca panas (hukum kekekalan panas) 3. Proses kecepatan - kinetika reaksi 4. Kesetimbangan - keseimbangan reaksi kimia

GENERAL MOLE BALANCE

System Volume, V

Fj0

Gj

Fj

 Molar Flow   Molar Flow   Molar Rate   Molar Rate   Rate of    Rate of   Generation    Accumulati on           Species j in   Species j out  of Species j  of Species j  dN j Fj 0  Fj  Gj  dt  mole   mole   mole   mole              time   time   time   time 

1. 2.

Neraca massa (rate of mass input) – (rate of mass output) + (rate of mass by reaction) = (rate of mass accumulation) Neraca panas (rate of heat input) – (rate of heat output) + (rate of heat by reaction) = (rate of heat accumulation)

GENERAL MOLE BALANCE

System Volume, V

Fj0

Gj

Fj

General Mole Balance on System Volume V

In  Out  Generation  Accumulati on Fj 0  Fj

  rj dV



dN j dt

Dgn mole balance disusun persamaan desain untuk berbagai reaktor

REAKTOR BATCH dN A FA0  FA   rA dV  dt FA0  FA  0 Pengadukan sempurna :

 r dV  r V A

dNA  rAV dt

A

NA = NAo (1 – xA)

(- rA) V =

MOLE BALANCE RATB dNA FA 0  FA   rA dV  dt Steady State: dN A  0 dt  sempurna : Pengadukan

FA0  FA  rAV  0

r

A

dV  rAV

FA 0  FA V rA

CONTOH 1 Reaksi fase cair A  Produk, pada suhu 40C. Konversi A, 40% . Kecepatan reaksi tingkat satu terhadap A, nilai k pada 40 oC = 0,025 j-1 Laju alir umpan ke reaktor 1,8 m3/j. Hitunglah volume reaktor yang diperlukan bila reaktor berupa RATB

(-rA) = k CA CA = CAo (1 – xA)

CONTOH 2 Reaksi autokatalitik A + R  R + R

VRATB 

(-rA)= k CACR, dengan k = 0,002 L/(mol.s), fase cair dalam sebuah reaktor alir.



FAo X A Fvo C Ao C Ao  C A    rA  C Ao kCA C Ao  C A  Fvo 0,5   333,33L kCA 0,0021,51  0,5

Konversi diinginkn xA= 50 %, dan xA= 90 %, Fvo=0,5 L/s, CAo=1,5 mol/L. CRo <
UNTUK KONVERSI 90%  DAN X A = 0,9

A+RR+R

VRATB 

CO = CAo + CRo untuk xA= 50 %,



FAo X A Fvo C Ao C Ao  C A    rA  C Ao kCA C Ao  C A  Fvo 0,5   1670L kCA 0,0021,51  0,9

REAKSI – REAKSI PEMURNIAN

REAKSI – REAKSI PEMURNIAN (LANJUTAN)

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR) MOTOR PENGGERAK

DRAFT TUBE

SHELL

BAFFLE

SHAFT PENGADUK DRAIN PIPE

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR)

Diameter Draft Tube ~ 0,7 Dia Tangki

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR)

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR)

STANDARD DESIGN TURBINE

Da = Dt/3

E = Dt/3

H = Dt

W = Da/5

J = Dt/12

L = Da/4

Posisi Impeller

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR)

 Untuk larutan yang mengandung suspensi, posisi impeller dari dasar adalah

1/3 Diameter Tangki  Impeller ke 2 dibutuhkan jika kedalaman cairan > 4 ft (1.2 m)

KEBUTUHAN DAYA Kebutuhan daya dipengaruhi oleh :  Flow number, NQ NQ =1.037 (105).Q/(N.d3 ) = 1.3 (six flat blade turbine, baffled tank) = 0.5 (Propeller,square pitch) = 0.85 ( Four blade 45o turbine)  Power number, NP NP =1.523 (1013)P/(N3d5S)  Reynolds number, NRe NRe = 10.75 Nd2S/µ  Froude number, NFr NFt = 7.454 (10-4) N2 d

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR) Dimana: d = diameter impeller, inchi D = inner diameter tangki,inchi N = rpm pengaduk P = Horsepower input Q = volumetric pumping rate, cuft/s S = specific gravity nira µ = Viskositas,

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR)

REAKTOR DEFEKASI (DEFEKATOR)

ALGORITHMA DESAIN DEFEKATOR  Input Data : Flow rate (m3/jam), %brix (~density), waktu reaksi (Defekator 1 ~ 3-5 menit, Defekator 2 ~0,5-1 menit)  Hitung volume tangki ~ flow rate x waktu reaksi  Tentukan diameter tangki ~ rasio H/D ~1-1,25  Tentukan posisi dan ukuran impeller, draft tube, baffle  Hitung daya berdasarkan jumlah sirkulasi, dll

INLINE MIXING Dasar pemilihan alat mixing  Ketika waktu tinggal yang lama untuk reaksi kimia atau tujuan lain tidak diperlukan  Operasi Batch –Continuous  Kondisi proses: Cairan mudah larut, penyiapan larutan, atau dispersi cairan tdk mudah larut

 Derajat percampuran yang diinginkan.  Sifat fisik cairan, khususnya viskositas  Apakah proses pencampuran berhubungan dengan operasi lain; reaksi dan perpindahan panas Note: Inline mixer  continuous mixing cairan dg viscositas rendah Tangki berpengaduk  operasi mixing lainnya.

INLINE MIXING Alat pencampur statis (static mixer) yang

menghasilkan pencampuran turbulen di pipa memberikan cara yang murah untuk mencampur fluida secara kontinyu. Pencampur pipa T sederhana  Fluida dg viskositas rendah <= 50mNs/m2  Densitas fluida mirip

INLINE MIXING Injection Mixer  Jika salah satu fluida lebih rendah kuantitasnya  Akan memberikan pencampuran yang baik dalam pipa sepanjang 80 x Diameternya  Penambahan Baffle akan mengurangi panjang pipa

INLINE MIXING  Cocok untuk aliran laminer dan turbulen

 Dapat utk mencampur fluida yg viscous  Pembagian aliran dalam mixer menyebabkan pencampuran radial yang cepat  Pompa centrifugal juga inline mixer yang efektif untuk mencampur dan dispersi fluida

INLINE MIXING  Jika waktu tinggal yang lama tidak dibutuhkan untuk reaksi kimia atau tujuan lain

 Waktu kontak yang pendek (satu atau dua detik)  Effluent tetap berada dalam waktu yang cukup lama  Biasanya umpan digabung diluar blender selanjutnya diberi kerja (a)  Umpan masuk melalui nozzle sendiri (b)

UKURAN DAYA INLINE MIXING Ukuran Tangki, gal Motor, Hp

1 0.5

5 1

10 2

Line size, in Motor, Hp

1-4 0.5

6-8 1

10-12 2

30 3

Note: utk viscositas >10  tangki lebih direkomendasikan daripada line size

INLINE MIXING  Beberapa alat menggunakan energi kinetik untuk melakukan mixing  Alat ini diletakkan dijalur pipa dimana akan memberikan gaya yang menyebabkan perubahan arah dan pencampuran  Pencampuran dengan pompa resirkulasi (a)  Injector mixer dengan baffle helical (b)

INLINE MIXING  Beberapa perforated plate (orifice) ed on the rod (c)  Beberapa perforated plate flanged in (d)  Helical mixing elements dengan arah berlawanan (e)  Progresive striation of the flow chanel with kenics mixing elements (f)

HUBUNGAN BILANGAN REYNOLDS DENGAN JUMLAH ELEMENTS UNTUK KENICS MIXER Jumlah striation (kontak percampuran) ~ 2n n = jumlah element helical Bilangan Reynold, Nre, yang dihitung berdasar pipa kosong menentukan ukuran mixer. Nre <10 10-2000 >2000

Jumlah Elemen 24 12-18 6

Selain mencampur cairan, juga digunakan untuk mencampur gas, pH control, dispersi gas dalam cairan, dispersi zat warna/padatan dalam larutan viscous. Keuntungannya : small size, mudah pengoperasian, dan low cost

PROSES PEMBUATAN SUSU KAPUR Spencer and Made mendata ada 622 senyawa berbeda yang digunakan untuk pemurnian gula dalam larutan. Kapur (CaO) yang dimasukkan dalam nira dalam bentuk suspensi hidrat termasuk universal chemical, baik dengan atau tidak dengan senyawa dasar spt phospat. Kapur mudah didapat dan murah. Karakteristik utama dan reaksi-reaksinya dengan komponen nira telah banyak dipelajari dan pengetahuan yang luas sangat diperlukan karena adanya system reaksi yang kompleks ketika Kapur direaksikan dengan nira mentah. Kapur fresh atau baru sebaiknya di suplai tiap 2 atau 4 minggu. Stock kapur dipabrik harus dijaga sesuai kebutuhan karena kapur bereaksi dengan moisture dan CO2 dari udara.

Mutu kapur: Sk 15 Be  100 ml gelas ukur, diendapkan selama 2 jam  Endapan sisa 90-95 60-90 <60

Mutu bagus cukup rendah

berat air per berat KapurResidue 1 bagian 3 bagian 3 bagian (90-95oC) 5 bagian 10 bagian

65% 8.9 % 1.66 % 9.8% 12.9%

(Manoff)

berat air 3 kali berat Kapur dan kontak dalam waktu 3 jam menghasilkan hasil yang paling baik. (Manoff) Lal Mathur : sebaiknya dipadamkan 3-4 jam sebelum digunakan Reaksi Pemadaman Kapur: CaO(S) + H2O(L)  Ca(OH)2 (S) Data thermodinamika: (25oC) o

∆H f Gom Som

-635 -604 40

-285 -237 70

-986 -898 83

Reaksi -66 -57 -27

(kJ/mol) (kJ/mol) (J/mol-K)

RESUME DATA KADAR KAPUR AKTIF DAN WAKTU TINGGAL DALAM PEMBUATAN SUSU KAPUR (Lab.Teknologi Gula LPP, 2007) Sistim Pemadaman Sample

Kadar CaO aktif

Waktu Tinggal

Tertinggi, ppm Optimum,Jam Air Panas  Air dingin

Air Dingin  Air dingin

Air Panas  Air Panas

I

363960.76

2

II

246336.90

4

III

279406.22

3

I

167722.94

2

II

167128.90

4

III

171287.30

2

I

170495.22

4

II

183762.60

5

III

155445.70

2

Lime slaker  Drum berputar dg rpm 6  SK keluar slaker masih mengandung kerikil dan kapur yg tdk terpadamkan  Screen di ujung lime slacker 8 mesh  Kemiringan 1 derajat Clasifier  Memisahkan partikel yg terikut

Peti tunggu susu kapur,  waktu reaksi 4 jam  Rpm pengaduk 8-10 rpm  Pengaduk Paddle  Bearing untuk menghandle SK terbuat dari Castiron bukan bronze  Kapasitas pompa 8-16 x kebutuhan  Pompa centrifugal/plunger,liners, spherical/ball valve terbuat dari cast iron  Kecepatan aliran kapur 1 m/s

PEMBUATAN GAS SO2 Reaksi pembakaran SO2: 120 C S(S) 444.6 C 363 C



S(L) S(g) + O2(g)

S(L)

 

S(g) SO2(g) ∆H=-2217 kkal/kg S

Pada suhu 1200 C, SO2 terurai menurut reaksi: SO2  S + O2 dan O2 yang terbentuk akan bereaksi dengan SO2 membentuk SO3, dengan reaksi 2SO2 +O2  2SO3

PEMBUATAN GAS SO2 (LANJUTAN) Furnaces  Kapasitas furnace: 20-25 kg S/m2/jam (kadang-kadang mencapai 35 kg S/m2/jam).  Jika menggunakan kompresor maka udara yang dibutuhkan 6 m3 (pada 0 C dan 1 atm) untuk menghasilkan 12% gas SO2. Cooler  Suhu furnace 320-350 C, dan 260-290 di outlet furnace,  suhu diatas 300 c sebaiknya dihindari karena akan menyebabkan terjadinya sublimasi.  Suhu gas SO2 masuk sulphiteur 75 C Sublimator  Sublimasi uap S  Beroperasi dibawah 300 C

REAKTOR SULFITASI THOMPSON   



Pencampuran menggunakan gelembung gas SO2. pH disetiap titik di dalam sulfitir harus sama. Aliran bahan dalam sulfitir (laminer) harus membawa setiap partikel secepatnya ke tempat dimana turbulensi terjadi~ tempat terjadinya pencampuran. Semakin besar volume nira permenit dalam aliran sirkulasi maka semakin baik percampuran.

REAKTOR SULFITASI THOMPSON

Dasar Desain  Penelitian Thompson :

REAKTOR SULFITASI THOMPSON



Design c dan d, dilakukan dalam tangki 4.5m3 Nira, 1 m3 gas (30C, 760mmHg)  dapat melakukan 1 sirkulasi lengkap nira dengan volume > 3m3



Rasio volume nira tersirkulasi terhadap volume gas  konstan



Sehingga volume gas SO2 yang dibutuhkan untuk menetralkan nira terkapur dapat dihitung



Di jawa  5 m3 gas SO2 (30C,760mmHg) per 1 m3 NM



Contoh : 4.5 m3 nira, waktu tinggal 5.5 menit



Jumlah sirkulasi per menit ~ Bilangan sirkulasi = ((4.5 m3 NM) x (5 m3 gas SO2/m3 NM) x (3 m3 NM tersirkulasi/m3 gas SO2)) / (4.5 m3 NM) / (5.5 menit) = 4.5 x 5 x 3 / 4.5/5.5 = 2.7



Bilangan sirkulasi 2.5-3.5 terbukti memberikan hasil yang bagus



Waktu tinggal = volume tangki/debit nira



Waktu ~ kecepatan giling  bilangan sirkulasi < / >

REAKTOR SULFITASI THOMPSON

DISTRIBUSI GAS SO2 DAN SK 

Sirkulasi, pencampuran dan absorpsi gas  baik  gas harus didistribusikan secara merata dan kondisi gelembung yang kecil



Gas distributor dg lubang yang kecil tidak diijinkan buntu oleh kerak dan sublimasi



Waktu kontak minimum tergantung ukuran gelembung, % SO2 dalam gas, suhu dan pH



Bilangan sirkulasi dan kecepatan nira yang optimum akan menentukan banyak sedikitnya kehilangan gas SO2



Tangki sulfitasi dengan waktu kontak gas SO2 10 detik memberikan absorpsi SO2 yang cukup, suhu nira 75 C dan pH nira 8.3-7.4

REAKTOR SULFITASI THOMPSON

REAKTOR SULFITASI THOMPSON

PERSYARATAN REAKTOR THOMPSON :  Volume efektif

: 4-5m3

 Tinggi nira

: 2.5 m

 Waktu tinggal

: 4-10 menit (tergantung bahan)

 Nilai pengenceran : 15 kali  Jumlah gas diperlukan  5 kali volume nira dengan kadar sekitar 10%  1 m3 gas mampu mensirkulasikan 3 m3 nira  Reaktor Thomson ini dilahirkan bukan melalui penjabaran matematik tetapi diperoleh dari percobaan dan pengalaman langsung dipraktek. Kalau persyaratan Thomson diikuti benar maka alatnya hanya untuk kapasitas pabrik sekitar 1500-2000 TCD.

REAKTOR SULFITASI – TOWER ABSORBER  Sulfur tower (tower absorber) merupakan suatu menara yang tersusun atas beberapa tray, didesain untuk menghasilkan aliran nira yang kontinu dari atas ke bawah pada saat gas SO2 mengalir ke atas sehingga terjadi reaksi.  Nira umpan masuk dari puncak menara dalam bentuk semburan (semprotan) kemudian turun kebawah melalui melalui tray yang berlubang (perforated tray). Nira pecah menjadi seperti hujan pada saat bergerak turun bertemu dengan gas SO2 yang bergerak naik.

 Gas SO2 bergerak naik ke atas karena ditarik dengan Blower dan gas buangannya didispersikan ke atmosfer.

Dimensi Sulfur Tower (Tower Absorber) :  Jumlah tray ~ % recovery

 Absorbent : air, % recovery : 95  N tray = 9 buah,  Tray spacing : 0,15 – 1 m (optimum: 0.3-0.6m)  Down comer area : 12% Luas penampang  Net area : Luas penampang – Downcomer area  Active area : Luas penampang – 2x Downcomer area  Hole Area : min 10% active area  Hole diameter : 15-25 mm  Diameter ~ kapasitas giling ~ debit nira  3000 - 3500 TCD : 0.9 m  3500 - 4000 TCD : 1,0 m  4000 - 4500 TCD : 1,1 m  4500 - 5000 TCD : 1,2 m

Exhaust Gas

Limed Juice Inlet

Gas SO2 inlet Juice Oulet

TANGKI REAKSI  Penyempurnaan reaksi shg terbentuk gumpalan yang incompressible  Suhu reaksi 70-75 C  pH 7.2  Waktu tinggal 4-10 menit  Rpm pengaduk 60 rpm

 Jenis pengaduk Paddle

FLOKULAN Penyediaan larutan flokulan :  Larutan induk (5gr/kg larutan).  Larutan penjatah (0,5-1 gr/kg larutan).  Rpm pengaduk = 10-15 rpm, paddle atau Udara.  Pelarut = air dingin WTP, kondensat (<50C).  Bahan tangki = bukan besi (Fe), SUS 304, plastic.  Dasar tangki diberi saringan 20-28 mesh.  Lama penyiapan 2 jam sebelum diumpankan, harus habis dalam waktu maksimal 8 jam, total waktu 4-8 jam.  pH larutan kadang dijaga 9, dg Na2CO3 atau Soda Kaustik.

Tangki Flokulan Larutan Induk

Larutan Penjatah Larutan Penjatah

PEMANAS NIRA (JUICE HEATER)

JUICE HEATING CIRCULATION Tube :  Panjang sekitar 4 m (max)  Diameter : 32x35, 35 x 38, 42x45, 46x50 mm  Bahan :  Brass : 1.6 mm  Copper : 1.6 mm  Steel : 2 mm  SS : 1.2 mm

BASIC JUICE HEATING

DASAR DESAIN JH Persamaan Neraca Panas :

Q = m.c.Δt = ms.λ = U. A. Δt LMTD Dimana : m = kec aliran massa, kg/h c = panas jenis nira, kKal/kg C = 1-0.006 bx ms = kec aliran massa uap, kg/h λ = panas latent uap, kKal/kg U = Koefisien transfer panas overall, kKal/m2.C.h A = luas perpindahan panas, m2 Δt = selisih suhu nira masuk dan keluar JH Δt LMTD = Log mean temperature difference, C

HUGOT, 1986: Koefisien PP Overall, U (k)= U = 6.T. (v/1.8)0.8 T = Suhu steam pemanas, C v = kecepatan aliran nira,m/s (1-2 m/s) Δt LMTD = Log mean temperature difference, C = (T-t2)-(T-t1) / Ln [(T-t2)/(T-t1)] t2 = suhu nira keluar JH, C t1 = suhu nira masuk JH, C

DASAR DESAIN JH 

Cek suhu nira keluar yang diperoleh:

t2 = T-(T-t1)e- U.A/(m.c) 

Cek koefisien PP tiap jam: U = 5.T. (v/1.8)0.8 ((135-H0.8)/100)



Pressure drop jH: J = 0.0025. n. v2. ((L/d) + 3) n = jml v = kecepatan aliran nira, m/s L = panjang tube, m d = inner diameter tube, m

∆T approach untuk pemanas nira: • Ube 5-8 C • Uni 1 10-12 C • Uni 2 dst 15-20 C

PEMANAS NIRA KONTAK LANGSUNG (DIRECT JUICE HEATER)   



Desain sama dengan Kondensor ~ Counter Current direct condensor Pemanas: vapor (Uap nira) bleeding dari evaporator Keuntungan :  ∆T approach lebih kecil 1-3 C  Vapor badan akhir bisa digunakan  Badan heater murah tanpa pipa dan plate tube  Dapat untuk menghandle nira dg padatan tanpa terjadi blocking  Luas area pemasangan lebih rendah  Tidak ada kerak dan kebutuhan cleaning Kerugian :  Ada tambahan air ke dalam nira, namun kecil, brix tdk akan turun signifikan

Direct Juice Heater

DASAR DESAIN:  Luas area penampang 0,16 m2/ton uap per

jam, Volume : 0.75 m3/ ton uap per jam  Untuk uap leburan gula (raw liquor, melt liquor)

~ 20,3 kg melt/s per m2  Kecepatan uap untuk leburan ~ 1,67 m/s

 1 m3 volume pemanas untuk 100 ton nira/jam, diameter lubang di tray 12,5 mm

Direct Juice Heater

FLASH TANK Vapor Outlet

Juice Inlet

Fungsi :  Menghilangkan noncondensible gas  Laminerisasi aliran nira Dasar desain (La musse) :  Luas untuk Flash, m2 = 4.186 W (T1-T2)/L dimana: W = berat juice, metrik ton/jam T1= suhu nira masuk, C

Juice Outlet

T2=suhu saat flash, C L = panas latent pd T2, kKal/kg

Flash Tank Dasar desain jenis A : Vapor Outlet



Kecepatan flowrate uap maksimum agar tdk terjadi carry over atau entrainment



Kecepatan maksimum , U max, digunakan untuk menghitung diamater flash tank

U max= C. ((dL-dv)/dV)0,5 C : konstanta dekomtaminasi, 0,006 m/s (untuk 10 ton uap/kg cairan) dL : densitas cairan, ~ 1000 kg/m3 (104C) dV : densitas vapor, ~0,6 kg/m3 (104 C)

Juice Inlet

U max = 0,25m/s Juice Outlet



Luas area : 1,6 m2/ton tebu/jam

Flash Tank Vapor Outlet

Juice Inlet

Dasar Desain Jenis B:  Cairan maksimum mempunyai kecepatan turun 0,6m/menit  Agar kecepatan rendah, shg memberi kesempatan gas tidak terembunkan lepas  Untuk 100 ton nira/jam ~ 2,78m2  Australia: 3,6m2/100 ton tebu/jam

Juice Outlet

Piping :  Diameter pipa inlet berdasar kecepatan nira 1,5 m/s  Diameter pipa Uap kecepatan vapor 10 m/s  Jenis A berdasar Fr < 0,3 (Froude Number)  Fr = 4V/(∏.d2.(g.d)0,5)  d > 1,116 V0,4 ; d ~ diamater, m; V ~ flowrate, m3/s Jenis B  1 m/s

Flash Tank

BEJANA PENGENDAPAN (SUBSIDER / CLARIFIER)

Subsider / Clarifier

DASAR DESAIN

Clear Juice Up-Flow

Juice flow 3-6 m/jam

Penyebab kecepatan mud down -flow < 4.5m/jam  Temperature drop  Bagacillo (< 7 kg/ton tebu)  Endapan tidak compact karena reaksi defekasi-sulfitasi

Mud Down-flow ≥ 4.5 m/jam v

[ρs - ρl] .d2.g = ---------------18.μ

Subsider / Clarifier

DASAR DESAIN Dasar Teori  Kecepatan pengendapan ≧ 75 mm/min (4.5 m/j)

 Kecepatan aliran nira max 15 m/j 3-6 m/j

: aliran laminer

6-12 m/j

: aliran ajeg, pengendapan bagus

12-15 m/j

: turbulen mulai terjadi, pengendapan masih bisa

>15 m/j

: turbulen, TIDAK TERJADI PENGENDAPAN (Hugot,1986)

Subsider / Clarifier

DASAR DESAIN CLARIFIER-RAPI DORR, MULTI TRAY    

Pengendapan ~ ditentukan oleh luas penampang clarifier Luas permukaan klarifier (4 kompartemen) ~ 1.7 m2/tch Volume ~4,5 m3/tch, waktu tinggal 3-4 jam Dorr :    

Tinggi tray ~ 69 cm, kompartemen bawah ~ 2-3 x tinggi kompartemen lainnya Kompartemen atas ~ 122 cm Kompartemen bawah ~ 183 cm

Dia, m 3,048 5,486 7,315 7,925 9,144 10,973

vol,m3 10 18 24 26 30 36

area, m2 29 94 168 198 262 378

kap, tch 18 59 105 124 164 236

Subsider / Clarifier

5-10 mm/s

5-10 mm/s

>10 mm/s >10 mm/s

Clarified Feed juice

Clarified juice

<3 mm/s

>10 mm/s

Feed

CFD model prediction velocity plot

Clarified juice Centre of clarifier

Centre of clarifier

Clarified juice

CFD model prediction velocity plot

Wall of clarifier

Standard SRI clarifier 10.3 m diameter, 700 m3/h

Modified SRI clarifier 10.3 m diameter, 700 m3/h

<3 mm/s

<<1 mm/s

Mud-juice interface <1 mm/s

Mud-juice interface

   

Kecepatan pengendapan 10 cm/min ~ 6 m/jam Luas permukaan ~ 0.2 m2/tch Tinggi dasar feed launder ke dasar 120 cm Waktu tinggal 20-45 min

Wall of clarifier

DASAR DESAIN SINGLE TRAY

Single Tray Clarifier

Subsider / Clarifier

Single Tray Clarifier with Flash Tank

PROSES FILTRASI DASAR DESAIN Faktor berpengaruh pada penapisan dapat dilihat dari persamaan berikut δV k.A.[ ρe(1-x)(1-X) –X.x. ρ] Δ ρ ---- = ------------------------------------- * ---δt η.x.ρ V V = volume filtrat t = waktu A = luas tapis e = densitas endapan x = fraksi padat dalam nira kotor X = porositas blotong ρ = densitas nira k = tetapan (konstante) η = viskositas nira

kecepatan filtrasi juga nampak bahwa besarnya dipengaruhi oleh densitas endapan dan porositas (X) dimana besarnya porositas berarti ukuran pori diantara partikel dipengaruhi oleh ukuran (diameter) butiran endapannya. (besar 15 – 40% diameter partikel).

PROSES FILTRASI

DIAGRAM OPERASI ROTARY VACUUM FILTER

PROSES FILTRASI

PROSES FILTRASI

ROTARY VACUUM FILTER

      

Screen : 625 mesh ~ 0.5 mm diameter Motor penggerak : 1.5 kw Rpm RVF : 1/3-1/10 Kec.filtrasi : 250-400 l/m2/h Kap : 0.6 m2/tch Mud: Zat kering > 4.5%. ~ 5.5-6%, Suhu 80 C Filter cake : 3-4 kg/100 kg tebu, 60-75 kg/m2/h ~ 75-80 kg/m2/h, = 125 kg/m2/h/cm tebal blotong = 4 x insoluble solids in mixed juice + 0.01 gross mixed juice  Washing : 100-150% cake, 14-20 kg/tc ~ 1.4 – 2% tc, 0.5-1% mixed juice, suhu : 60-70 C  Bagacillo: Screen ukuran hole 0.3 x 0.5 x 2 cm, 500 cm2/tch, 14 mesh  Kebutuhan bagacilo = ZK: bagacillo = 1: 0.5

PROSES KARBONATASI

 MIXER

KONDISI OPERASI

PROSES KARBONATASI

    

pH ~ 11 (tidak disarankan menggunakan tangki reaksi) Waktu tinggal sekecil mungkin Raw liquor dan susu kapur bercampur sempurna Susu kapur yang digunakan 20 obrix (10-15 be) Dosis susu kapur 0,4-0.8 % CaO per brix raw liquor, jika Raw Liquor jelek 0.4 - 1.2%

 KARBONATOR I  Pembentukan endapan kristal CaCO3 yang voluminus and gelatinous (baikow)  Penggunaan debit gas ~ 75-90% dari total gas  Penangkapan senyawa warna, sebagian garam garam tidak mudah larut (abu sulfat / CaSO4), pengotor terlarut dan koloid  Retention time 40-80 menit ( amerika utara: 40-50 menit)  suhu 60-80 oC  pH 9,5 (<10)  Gas harus tersebar merata dan ukuran gelembung kecil  Tinggi cairan dibatasi 2.5 m, tinggi ruang kosong 1.5 m

 KARBONATOR II     

Membentuk gumpalan kristal (konglomerat) yang seragam,dan lebih besar liquor mempunyai daya filtrasi yang baik Pengikatan senyawa abu pH ≤ 8,5 (Murray pH 8.2) suhu 85 oC (Bennet 82 C, Murray 86C)

GAS CO2      

Gas harus tersebar merata dan ukuran gelembung kecil Kecepatan gas 10-15 cm/s Suhu gas maks 85 C Kadar gas 10-12% (batubara), 7-9% (gas), 30% ( lime kiln) Dosis 60-120 m3 per ton raw liquor (STP) untuk Susu Kapur = 1% raw liquor Effisiensi absorbsi gas CO2 20-50%, rata-rata 30-35%, jika dengan raw liquor brix 66  effisiensi 30%  Karbonator 1, effisiensi absorbsi 35%, karbonator 2  10-15%

PENYIAPAN GAS CO2  gas dari cerobong diambil setelah preheater udara, masuk ke water scruber untuk menangkap abu (99%) dan SO2 (50%). • air untuk scrubber bisa memakai air yg mengandung filtercake • setelah melalui water scrubber, udara masuk ke soda scrubber, • untuk menangkap gas SO2 • kebutuhan soda ~ 0.05 – 0.075 per ton raw liquor  Jika bahan bakar boiler dari gas, maka gas buang tidak perlu di scrubber. Dan gas dapat dipompa menggunakan compressor jenis piston  Jika bahan bakar boiler dari batubara/minyak, diperlukan kompresor jenis water ring compressor (Nash)  Tekanan gas masuk 10 psig

PENYIAPAN GAS CO2

 Gas CO2 dari penyadapan gas buang cerobong asap ketel.

 kandungan CO2 12 % volume,  sebelum digunakan di karbonator dilakukan scrubbing untuk menghilangkan senyawa sulfur dan didinginkan hingga suhu sekitar 50 C (dan tidak melebihi 80 C).  Untuk ketel dengan bahan bakar minyak atau batubara scrubbing dilakukan dua kali, sebagai media scrubbing digunakan air dan selanjutnya dengan larutan Na2CO3 5%.  Sedang untuk boiler dengan bahan bakar ampas cukup dengan air saja.

PROSES FOSFATASI

 Menggunakan kapur dalam bentuk sakarat. Susu kapur 7 Baume ditambahkan ke cairan leburan dengan rasio 7 : 1. Asam Fosfat ditambahkan sebanyak 0,1 – 0,5 kg P2O5/ton Brix leburan. pH dikontrol pada pH 7,3  dipanaskan hingga 85 oC sebelum dimasukkan tanki reaksi.  Jumlah flokulan ditambahkan 10 – 12 mg/kg Brix.  Untuk mendapatkan hasil yg lebih baik, ditambahkan cationic flocculant sebanyak 200 – 400 mg / kg Brix (harga mahal)

SCUM DE-SWEETENING

Scum yang perlu ditreatment sebanyak 3 – 7% gula mentah diproses

PERBANDINGAN PROSES KARBONATASI

DAN FOSFATASI

TERIMA KASIH