Diktat NME Trans 03

5/20/2018 Diktat NME Trans 03

1/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 1

SATUAN, DIMENSI, DAN FAKTOR KONVERSI

Sasaran Pengajaran :

menjumlahkan, mengurangi, mengalikan dan membagi satuan

mengubah satuan-satuan dan fungsi persamaan dalam massa, panjang,gaya, dll.

mendefinisikan dan menggunakan factor konversi Gc

Permasalahan:dapatkah anda menetukan hasil dari operasi matematika di bawah ini :

1.

10 kg + 400 meter =

2.

200 feet + 21 cm =3.

500 meter 2 sekon =4.

2 joule / 4 meter =

Untuk menentukan hasil dari operasi diatas kita harus mengetahui terlebihdahulu pengertian dari satuan, dimensi, dan faktor konversi

satuan : sesuatu yang digunakan untuk menyatakan ukuran besarancontoh: meter, feet, mile(panjang) ; gram, pound, slug(massa)

dimensi : satuan yang dinyatalkan secara umum dalam besaranprimercontoh : massa(M), panjang(L)

faktor konversi : angka tak berdimensi yang merupakan ekivalensi satuanyang bersangkutan

Dalam kehidupan kita sehari-hari ada 4 sistem satuan yang dikenal, yaitu :

absolute dynamic system : (cgs : cm, gram, sec)

English absolute system : (fps : ft, pound, sec)

SI ( System International) : (mks : meter, kg, sec)

Gravitational system.

British Engng (BE) : ft, sec, slug

American Engng (AE) : ft, sec, lbm, lbf

Pada operasi penambahan dan penguragan dimensi dari bilangan yangdioperasikan harus sama, sedangkan dalam perkalian dan pembagian tidak ada

syarat dalam operasinya.

Contoh soal :

Selesaikanlah perhitungan dibawah ini :(a) 20 jam + 4 meter =(b) 2 joule + 50 Btu =


2/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 2

Jawaban :

Pada soal (a) dapat kita lihat bahwa satuan dan dimensi yang digunakanberbeda, 20 jam berdimensi waktu sedangkan 4 meter berdimensi panjang,

maka operasi tersebut tidak dapat diselesaikan.Pada soal (b) satuan yang digunakan berbeda namun dimensinya sama,keduanya sama-sama dimensi energi, maka operasi dapat dilakukan denganmengubah satuannya menjadi sama ( konversi ), baik itu dalam joule atau Btu.karena 1 joule = 9,484.10-4Btu maka

2 ( 9,484.10-4) Btu + 50 Btu = 50,00189 Btu

Dalam contoh soal diatas kita melihat adanya perubahan satuan dari joule keBtu hal inilah yang disebut dengan konversi. Konversi sering dilakukan apabiladata yang tersedia dinyatakan dalam satuan yang berbeda.

Contoh Soal :

Jika sebuah mobil menepuh jarak Jakarta bandung dengan kecepatan 10m/sdansebuah bus melaju dengan kecepatan 150% dari kecepatan mobil tersebut,berapakah kecepatan bus tersebut dalam kilometer perjam?Jawaban :kecepatan bus 150% 10m/s= 15 m/s

15 meter 1 kilometer 3600 sekon = 54 kilometersekon 1000 meter 1 jam jam

SOal-SOal Latihan..

1.

Ubahlah 3785 m3/jam menjadi gal/min

2.

Di suatu tempat dengan percepatan grafitasi 4,5 ft/sec2 seseorang

mempunyai berat 100 lbf. Berapa Lbf kah berat orang itu di bumi??

3.

Kapasitas panas spesifik untuk toluene diberikan olaeh persamaan berikut

:

Cp = 20,869 + 5,239.10-2T dimana Cp dalam Btu/(lbmol)(0F) dan

T(0F)

nyatakan persamaan dalam cal/(gmol)(K) dengan T(K)


3/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 3

BEBERAPA BESARAN PENTING

Pada perhitungan yang menyangkut reaksi kimia sering dijumpai besaran-besaran kuantitatif dengan berbagai treminologi yang mempunyai pengertian

khusus. Besaran tersebut antara lain :

a. MOLmol adalah hasil bagi massa suatu zat dengan berat molekulnya.

b. Densitas ()densitas atau kerapatan adalah massa persatuan volum

c. Volum spesifik (Vs)volum spesifik adalah kebalikan dari densitas, yaitu volum persatuan massa

d. Spesifik gravity / berat jenis (b.j. atau s.g.)berat jenis adalah perbandingan kerapatan zat tsb dengan zat pembanding(standar)*berat jenis tidak mempunyai dimensi.*sebagai pembanding biasanya digunakan air dalam suhu 40C*berat jenis zat cair atau padat tidak bergantung kepada tekanan tetapibergantung kepada suhu, oleh karena itu dalam menyatakan berat jenisharus disebutkan suhunya.

e. KomposisiMerupakan perbandingan antara suatu zat dengan seluruh campuran,komposisi dapat dinyatakan dalam :o

fraksi massa atau persen beratFraksi massa A = WA/WTOTAL

% berat A = WA/WTOTAL 100%

o

fraksi volum atau persen volumFraksi volum A = VA/VTOTAL% volum A = VA/VTOTAL 100%

o

fraksi mol atau persen molFraksi mol A = mol A / mol total campuran

% mol A = mol A / mol total campuran 100%

f. KonsentrasiMerupakan jumlah zat tersebut yang terlarut dalam sejumlah pelarut.Konsentrasi dapat dinyatakan sebagai :o

berat / volum = gram / cm3, gram / liter dll.o

mol / volum = mol / liter, lbmol / ft3o

parts per million (ppm)


4/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 4

*dalam gas ppm dinyatakan dalam mol.contoh :

o

100 ppm CO2dalam udara berarti terdapat 100 mol CO2dalam 106mol udara

o

20 ppm besi dalam air berarti terdapat 20 gram besi setiap 106gram air.

o

Molaritas : mol / liter larutano

Normalitas : gram ekivalen / liter larutano

Molalitas : mol / 1000 gram pelarut

g. Temperatur ( Suhu )

Suhu ditetapkan dari titik tripel air, yaitu 00

C atau 273,15 KTerdapat 4 skala suhu yang biasa dipakai dalam perhitungan, yaitu :

skala suhu nol mutlak ttk beku normal air ttk didih normal aircelcius - 273, 15 0C 0 0C 100 0CKelvin 0K 273,15 K 373,15 KFahrenheit - 459,67 0F 32 0F 212 0FRenkine 0 0R 492 0R 672 0R

Hubungan antara keempat skala suhu tersebut adalah sbb:TC= 5/9(TF - 32)TK = TC+ 273,15TR = TF + 459,67

Hubungan selisih suhu :TC= TK 1,8 TC = TFTF= TR 1,8 TK= TR

h. TekananTekanan merupakan gaya persatuan luas yang tegak lurus gaya tersebut.

P = gaya / luas = F / A ( Pascal, Psi, Atm, Bar, Torr )1 atm = 760 mmHg1 bar = 100 kPa1 torr = 1 mmHg

1 Psi = 1 lbf/ in2

COnToH SoAl :

o

Hitunglah densitas merkuri dalam lbm/ft3 jika diketahui spesifik grafitymerkuri pada 200C adalah 13,546 dan hitunglah volume dalam ft3 jikadiketahui massa merkuri 215 kg ????


5/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 5

Jawab :a. Hg = spesifik gravity massa jenis air pada suhu 200C

= 13,546 62,43 lbm/ft3= 845,7 lbm/ft3

b. V = 215 kg 1lbm / 0,454 kg 1 ft3/ 845,7 lbm = 0,56 ft3

o

Hitunglah mol glukosa yag terkandung dalam 10 kg gula jika fraksi beratglukosa dalam gula 16 % !!!!Jawab :berat glukosa dalam gula = 16 % 10 kg

= 1,6 kgmol glukosa = berat glukosa / Mr glukosa

= 1600 gram / 160 gram/mol= 10 mol

o

Jika suatu larutan NaOH pada pabrik sabun mengalir dengan laju alir 240liter per menit, maka berapa mol kah NaOH yang mengalir tiap detiknya

jika diketahui konsentrasi NaOH adalah 0,02 MJawab :

jumlah NaOH yang mengalir tiap detik = 240 liter/min 1 min/60det= 4 liter/det

mol NaOH tiap detik = 4 liter/det 0,02 mol/liter= 0,08 mol/det

o

Hitunglah perbedaan suhu dalam 0C jika sebuah konduktor mengalamipemanasan dari 800F menjadi 1400F !!!!Jawab :cara 1. 800F = 5/9 (80 32) = 26,6 0C

1400F = 5/9 (140 32) = 59,90C

T = 33,3 0Ccara 2. 1,8 Tc = Tf

= (120 80) / 1,8 = 33,3 0C


6/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 6

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------SOAL LATIHAN :

1.

Jika suatu pabrik gula dalam sehari dapat menghasilkan gula sebanyak100 kg, maka berapa % mol glukosa yang terkandung dalam gula tersebut

jika diketahui komposisi gula tersebut adalah 20%berat glukosa dansisanya adalah air !!!diketahui : Mr H2O = 18 dan glukosa = 160

2.

Jika suatu alat pemanas air dapat memanaskan air dengan lajupemanasan 100C/menit maka berapakah suhu akhir dalam 0R jika air

dengan suhu 293 K dipanaskan selama 2 jam ?????

3.

Suatu dongkrak hidrolik mempunyai luas penampang 250 cm2, jika padapompa tersebut diberikan gaya sebesar 200 Newton maka berapa Psi kahtekanan yang diterima pompa tersebut ????

4.

Suatu campuran hidrokarbon mempunyai komposisi berikut (% berat):n-C4H10 50n-C5H12 30n-C6H14 20

Hitunglah: (a) Fraksi mol setiap komponen(b) Berat molekul rata-rata campuran

5.

Suatu larutan mengandung 25% berat garam dalam air. Jika densitaslarutan tersebut adalah 1,2 g/cm3. Nyatakan komposisinya dalam:

(a)

Kilogram garam per kilogram air(b)

lb garam per ft3larutan

6.

Campuran gas terdiri dari 3 komponen: argon, B dan C. Komposisicampuran adalah sebagai berikut:

40% (mol) argon18,75% (massa) B20% (mol) C

Berat molekul argon adalah 40 dan berat molekul C 50. Hitunglah:(a)

Berat molekul B

(b)

Berat molekul rata-rata campuran

7.

Suatu manometer menggunakan kerosene (berat jenis = 0,82) sebagaifluidanya. Jika terbaca beda tinggi manometer 5 in, berapa beda tingginyadalam mm jika digunakan air raksa?

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


7/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 7

PERSAMAAN KIMIA dan STOIKHIOMETRI

____________________________________________________________________________________________________________________________

o

Suatu pabrik DRY ICE ingin menghasilkan 500kg/jam dry ice dari prosespembakaran heptana. Jika hanya 50 % CO2 yang dapat diubah menjadidry ice maka berapa kg hepatana yang harus dibakar setiap jamnya?????

o

Apakah yang dimaksud dengan basis dan reaktan pembatas? Pada saatbagaimana basis dan reaktan pembatas digunakan??

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Persamaan kimia merupakan suatu gambaran atau data yang memuat datakualitatif dan kuantitatif dalam suatu reaksi kimia.Gambaran kualitatif dapat berupa :o

zat pereaksi (reaktan)o

zat hasil reaksi (produk)o

efek panas (endoterm/eksoterm)sedangkan gambaran kuantitatif dapat berupa :o

komposisio

hubungan kuantitatifo

jumlah

contoh :N2 + 3 H2 2 NH3 Hf = - 1230 kj

kualitatif kuantitatifreaktan N2& H2 1 mol N2 bereaksi dengan 3 mol H2produk NH3 menghasilkan 2 mol NH3reaksi eksotermis

Reaksi kimia adalah perubahan yang terjadi saat satu atau lebih zat terkonversimenjadi zat lain, dinyatakan dengan persamaan reaksi yang menunjukkanhubungan molar antara reaktan dan produk.

Contoh:Jika kita meniup menggunakan sedotan ke dalam larutan yang mengandungCa(OH)2, terjadi reaksi berikut:

++ +++ HCaCOCOOHCa 23222


8/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 8

Persamaan di atas menunjukkan bahwa satu mol Ca2+membutuhkan satu molCO2 untuk bereaksi yang menghasilkan produk satu mol padatan CaCO3dan 2mol ion H+.Jika diketahui larutan mengandung 0,10 gram ion Ca2+, maka jumlah CO2yang

dibutuhkan dapat dihitung dengan cara berikut:

x,

HCaCOCOOHCa

100

23222 ++ +++

1 mol Ca2+1 mol CO2

Jadi CO2yang dibutuhkan:

211,04440

1,0 COgrmol

gr

molgr

gr ==

Jenis-Jenis Reaksi Kimia:

1.

Reaksi penggabungan: dua reaktan bergabung membentuk senyawa baru.

Contoh: HClClH 222 +

2.

Reaksi pertukaran: dua rekatan saling mempertukarkan ionnya.Contoh: 33 NaNOAgClAgNONaCl ++

3.

Reaksi pembakaran: reaksi yang melibatkan oksigen atau udara sebagaireaktan.Contoh: OHCOOOHHC 22252 32 ++

4.

Reaksi oksidasi dan reduksi (redoks): reaksi yang mengoksidasi dan ataumereduksi suatu zat. Contoh: reaksi pembakaran.

5.

Reaksi penggantian: reaksi dimana suatu komponen menggantikankomponen lainnya. Contoh: reaksi redoks berikut:

2Al + Fe2O3 2Fe + Al2O3dimana Al menggantikan Fe di dalam oksida.

Stoikiometri kimia: hubungan kuantitatif antara reaktan dan produk, didasarkanpada kenyataan bahwa materi tersusun atas atom dan molekul. Karena atomdari berbagai unsur dan molekul-molekul dari berbagai zat mempunyai beratberbeda, hubungan kuantitas yang digunakan dinyatakan dalam mol.


9/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 9

Stoikhiometri merupakan perhitungan yang berhubungan dengan reaksi kimiadan proporsional dengan koefisien reaksi kimia.Contoh:

OHOH 222 22 +

Artinya 2 mol hidrogen bereaksi dengan 1 mol oksigen menghasilkan 2 mol air.

Kemampuan yang harus dipelajari dalam stoikiometri:-

kemampuan mengubah banyaknya zat dari satuan massa ke dalam mol,atau sebaliknya.

-

Kemampuan untuk mengerti perubahan atau reaksi kimia (mengetahuireaktan dan produk yang dihasilkan, serta .menuliskan persamaan reaksi(balance)

*Untuk mempermudah perhitungan dalam stoikhiometri kita seringmenggunakan basis*Basis adalah acuan yang dipilih sebagai dasar perhitungan.

contoh soal :

Dalam pembakaran pentana ingin dihasilkan 440 kg gas CO2, berapa kg kahpentana yang harus digunakan untuk reaksi tersebut jika 50% CO2menyublimmenjadi dry ice???Jawab :basis : 440 kg gas CO2

berarti CO2yang harus dihasilkan dalam proses pembakaran :440 kg / 0,5 = 880 kg

mol CO2= 880 kg/ 44 gram/mol= 20 kmol

reaksi yang terjadi (stoikhiometri):

C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O4 kmol 20 kmol

berat pentana yang harus dibakar : 4 kmol 72 gram/mol = 288 kg.


10/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 10

REAKSI KIMIA DALAM INDUSTRIPada kenyataan di dalam industri meskipun reaktan yang dipakai tepat

stoikiometris tetapi reaksi yang terjadi tidak sempurna, yang dimaksud tidak

sempurna disini adalah ada reaktan yang tidak terpakai atau bersisa.

Karena ketidaksempurnaan inilah maka ada beberapa pengertian yang

berhubungan dengan reaksi:

Reaktan pembatas (limitting reactant):

Reaktan yang perbandingan stoikiometriknya paling kecil/ sedikit

Reaktan berlebih (excess reactan):

Reaktan yang melebihi reaktan pembatas.

mol kelebihan% kelebihan (excess) = X100%

mol yang stoikiometrik dengan reaktan pembatas

misalnya kelebihan udara (excess air): udara berlebih terhadap kebutuhan

teoritis untuk pembakaran sempurnapada proses pembakaran

Konversi (tingkat kesempurnaan reaksi):

Bagian dari umpan/reaktan yang berubah menjadi hasil/produk.

jumlah mol zat yang bereaksi

% Konversi = X 100%jumlah mol zat mula-mula

Selektivi tas (selectivity) :

Perbandingan (%) mol produk tertentu (biasanya yang diinginkan) dengan mol

produk lainnya (biasanya sampingan) yang dihasilkan

Yield :

Untuk reaktan dan produk tunggal adalah berat/mol produk akhir dibagi dengan

berat/mol reaktan awal, sedangkan untuk reaktan & produk yang lebih dari 1

harus dijelaskan reaktan yang menjadi dasar yield.


11/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 11

berat atau mol produk% Yield = X 100%

berat atau mol reaktan awal

MACAM-MACAM LAJU ALIR

1. Point linear velocity(Laju alir linear titik): laju alir ditinjau pada satu titik.

V [=]t

l[=] ,

jam

m,

det

ft,

det

mdan lain sebagainya.

2.Average linear velocity(Laju alir linear rata-rata) : laju alir linear rata-rata pada

seluruh penampang

t

l

l

tl

][luas

debit

A

Q

2

3

====v

,det

ft,

det

m][= dan lain sebagainya

3. Volumetric flow rate (laju alir volum) : sejumlah volum yang mengalir per

satuan waktu (debit = Q)

Q = detik

liter,menit

gallon,

m][

lvA

33

menittwaktu

volum

=== , dan lain sebagainya

4. Mass flow rate (laju alir massa) : sejumlah massa yang mengalir per satuan

waktu

,detik

lb,

jam

ton,

menit

kg][

t

m][

waktu

massa === dan lain sebagainya

5. Molal flow rate(laju alir molal) : sejumlah mol yang mengalir per satuan waktu

,detik

lbmol,

jam

molton,

menit

gmol][

t

BM/m][

waktu

mol === dan lain sebagainya.


12/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 12

Contoh soal 1 :Antimon dibuat dengan cara memanaskan stibnit (Sb2S3) dengan serpihan besi,

lelehan antimon dikeluarkan dari bawah reaktor. Sebanyak 0,6 kg stibnit dan

0,25 kg serpihan besi dipanaskan bersama-sama ternyata dihasilkan 0,2 kg

antimon.

Rx : Sb2S3 + 3Fe 2 Sb + 3 FeS

Hitunglah:

a. reaktan pembatas b. reaktan berlebih

c. tingkat kesempurnaan reaksi d. % konversi

e. selektivitas f. Yield

Jawab:

Zat BM Massa (g) mol

Reaktan Sb2S3

Fe

339.7

55.8

600

250

1.77

4.48

Produk Sb

FeS

121.8

87.9

200

?

1.64

?

Rx : Sb2S3 + 3Fe 2 Sb + 3 FeS

a & b. Menentukan reaktan pembatas dan berlebih:

untuk bereaksi dengan 1,77 mol Sb2S3membutuhkan 3 X 1,77 mol = 5,31 mol

Fe sedangkan Fe yang tersedia hanyalah 4,48 mol. Disini terlihat bahwa Fe

stiokiometrik terkecil jumlahnya maka Fe merupakan reaktan pembatas, dan

Sb2S3adalah reaktan berlebih.


13/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 13

c. Walaupun Fe adalah reaktan pembatas tetapi tidak semua Fe habis bereaksi,

jika dilihat dari produk Sb yang dihasilkan hanya 1,64 mol ini berarti Fe yang

bereaksi sebanyak:

3 mol FeX 1,64 mol Sb = 2,46 mol Fe

2 mol Sb

maka tingkat kesempurnaan reaksi Fe menjadi FeS =77.1

46.2X 100% = 55%

sedangkan unuk 1.64 mol Sb maka Sb2S3yang bereaksi sebanyak:

1 mol Sb2S3X 1,64 mol Sb = 0,82 mol Sb2S3

2 mol Sb

maka tingkat kesempurnaan reaksi Sb2S3menjadi Sb =77.1

82.0X 100% = 46,3%

e. Selektivitas didasarkan pada Sb2S3 yang seharusnya dapat dikonversikan

dengan Fe yang ada :

selektivitas =49.1

82.0X 100% = 55%

f. kg Sb terbentuk 0,2 kgYield = = X 100% = 33,5% (Sb/ Sb2S3)

kg Sb2S3mula-mula 0,6 kg

Contoh soal 2:Alumunium sulfat dapat dibuat dengan mereaksikan pecahan biji bauksit dengan

asam sulfat menurut reaksi :

Al2O3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2O

Biji bauksit mengandung 55,4% alumuniumoksida dan sisanya pengotor.

Sedangkan asam sulfat berkadar 77,7% H2SO4(sisanya air).

Untuk menghasilkan 800 kg alumunium sulfat dipergunakan 480 kg biji bauksit

dan 1200 kg asam sulfat. Pertanyaan:


14/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 14

a. zat manakah yang berlebih dan berapa %

b. berapa % reaktan berlebih yang terpakai

c. Berapa tingkat kesempurnaan reaksi

d. Berapa yield alumunium sulfat

Jawab :

55,4% Al2O3 H2O

77,7% H2SO4 Al2(SO4)3

zat BM Massa (kg) mol (kgmol)

Reaktan Al2O3

H2SO4

101.9

98.1

0,554 x 480

0,777 x 1200

2,61

9,50Produk Al2(SO4)3 342,1 800 2,33

Rx: Al2O3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 3 H2O

a. Menentukan reaktan berlebih :

Untuk bereaksi dengan 2,61kgmol Al2O3 membutuhkan 3 x 2,61 = 7,83 kgmol

H2SO4 sedangkan H2SO4 yang tersedia 9,505 kgmol jadi H2SO4 lebih maka

rekatan berlebihnya adalah H2SO4 sedangkan reaktan pembatasnya adalah

Al2O3

% H2SO4berlebih =505,9

83,7505,9 X 100% = 21,39 %

b. Menghitung reaktan berlebih yang terpakai :

Produk Al2(SO4)32,338 kgmol ini memerlukan:

2,338 kgmol Al2(SO4)3 X342

42

)(1

3

SOkgmolAl

SOkgmolH= 7,014 kgmol H2SO4

REAKTOR


15/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 15

% H2SO4terpakai =kgmol

kgmol

505,9

014,7X 100% = 73,79%

c. Tingkat kesempunaan reaksi : (dipandang atas dasar Al2O3yang bereaksi)

61,2

333,2X 100% = 89%

d. Yield =32

342

OAlkg

)(SOAlkg=

480

800= 1,66 (Al2(SO4)3/ Al2O3)

dalam hal ini yield lebih dari satu karena perhitungan dalam berat padahal BM

produk jauh lebih besar dari pada reaktan.


16/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 16

Soal-soal Latihan

o

Gypsum (CaSO4.2H2O) dihasilkan dengan mereaksikan kalsium karbonat

dan asam sulfat. Analisa dari batu kapur adalah: CaCO396,89%; MgCO3

1,14%; inert 1,7%. Untuk mereaksikan seluruh batu kapur seberat 5 ton

tentukan

a. berat gypsum anhidrat (CaSO4) yang dihasilkan

b. berat larutan asam sulfat (98% berat) yang dibutuhkan

c. Berat Karbondioksida yang dihasilkan

(BM: CaCO3 100; MgCO3 84,32; H2SO4 98; CaSO4 136; MgSO4120; H2O 18; CO244)

o

Sintesis amonia menggunakan reaksi berikut:

N2 + 3 H2 2 NH3

Pada sebuah pabrik, 4202 lb nitrogen dan 1406 lb hidrogen diumpankan

kedalam reaktor perjam. Produk amonia murni yang dihasilkan oleh

reaktor ini sebanyak 3060 lb per jam

a. tentukan reaktan pembatas

b. berapa % excess reaktan

c. berapa % konversi yang didapatkan berdasarkan pada reaktan

pembatas

o

5 lb bismut (BM=209) dipanaskan bersama dengan 1 lb sulfur untuk

membentuk Bi2S3 (BM= 514). Pada akhir reaksi, zat yang dihasilkan

mengandung 5% sulfur bebas. Tentukan:

Rx : 2 Bi + 3 S Bi2S3

a. reaktan pembatas

b. % excess reaktan

c. % konversi dari sulfur menjadi Bi2S3


17/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 17

KESETIMBANGAN MATERI

M Gula 1000lb/jam

LAir

F TebuGula 16%Air 25% K Gula 40%

Pulp 59%

E H JGula 13% Gula 15% AirPulp 14%

D GBagasse Padatan berisiPulp 80% pulp 95%

Gambar di atas adalah lembar alir sederhana untuk pabrik gula. Tebu

dimasukan ke dalam sebuah penggilingan dengan sirup diperas keluar dan

bagase yang dihasilkan mengandung 80% pulp. Sirup E yang mengandung

potongan-potongan halus pulp dimasukan kedalam saringan yang

menghilangkan semua pulp dan menghasilkan sirup jernih pada aliran H yang

mengandung 5% gula dan 85% air. Evaporator membuat sirup kental dan

kristalizer menghasilkan 1000 lb/jam kristal gula.

Dari keterangan yang diberikan ini dapatkah anda mencari:

Berapa banyak air yang dihilangkan didalam evaporator (lb/jam)

Berapa besar fraksi massa komponen-komponen dalam arus buangan G

Berapa besar laju masukan tebu kedalam unit (lb/jam) ???????

penggiling penyaring evaporator

pengkristal


18/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 18

NERACA BAHAN

Neraca bahan adalah perincian dari jumlah bahan-bahan yang masuk,

keluar dan yang menumpuk di dalam sebuah sistem. Sistem ini dapat berupa

satu alat proses maupun rangkaian dari beberapa alat proses, bahkan rangkaian

dari banyak alat proses.

Prinsip dari neraca bahan itu sendiri adalah:

Neraca bahan merupakan penerapan hukum kekekalan massa terhadap

suatu sistem proses atau pabrik.

Massa berjumlah tetap, tidak dapat dimusnahkan maupun diciptakan

RUMUS UMUM NERACA BAHAN

Input - output + generate - Consumption = Acumulation

Masukan Keluaran terbentuk digunakan terkumpulke sistem dari sistem hasil reaksi oleh reaksi dalam sistem

generasi dan konsumsi hanya terjadi bila terdapat reaksi di dalam sistem

JENIS-JENIS PROSES

Berdasarkan kejadiannyaproses terbagi menjadi dua yaitu proses Batch

(per-angkatan) dan proses kontinyu (berkesinambungan)

A. Proses Batch :

Pemasukan reaktan dan pengeluaran hasil dilakukan dalam selang waktu

tertentu/ tidak terusmenerus.

Contoh: - Proses memasak didalam sebuah panci (panci menjadi alat proses)

- Pemanasan air dengan koil pada teko

B. Proses Kontinyu:

Proses dengan pemasukan bahan dan pengeluaran produk dilakukan secara

terus menerus/ berkesinambungan dengan laju tertentu


19/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 19

Bahan masuk dengan laju tetap

Produk keluar dengan laju tetap

Berdasarkan keadaannya proses dibedakan menjadi dua yaitu proses

dalam keadaan tunak (steady) dan keadaan tak tunak (unsteady)

A. Proses steady:Semua aliran di dalam sistem mempunyai laju, komposisi, massa dan suhu yang

tetap atau tidak berubah terhadap waktu. Sehingga pada keadaan ini jumlah

akumulasi di dalam sistem tetap.

Laju alir masuk = Laju alir keluar

B. Proses Unsteady

Dalam proses unsteady terjadi perubahan dalam sistem terhadap waktu. Baik

berupa perubahan laju, komposisi, massa maupun suhu. Karena adanya

perubahan laju maka terdapat perubahan akumulasi di dalam sistem sehingga

akumulasi massa harus diperhitungkan.

SISTEM

out


20/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 20

PENYUSUNAN PERSAMAAN NERACA BAHAN

Neraca massa dibuat untuk satu alat/unit atau rangkaian alat dengan

batasan sistem (system boundary) tertentu/jelas, jumlah bahan yang dihitung

adalah hanya bahan-bahan yang masuk dan keluar dari sistem yang telah

ditentukan batasnya.

Neraca yang dibuat harus berdasarkan Hukum kekekalan massayaitu massa

tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan; kalaupun berubah hanya bentuk atau

tempatnya.

Tahap-tahap pembuatan neraca bahan:

Tentukan jenis proses

Jika pada proses tidak menyangkut reaksi kimia, neraca bahan dapat

dibuat dalam satuan massa atau mol untuk satu periode waktu tertentu.

Jika terdapat reaksi kimia , sebaiknya digunakan satuan mol untuk

setiap unsur/komponen karena jika disusun neraca molekul harus

diperhatikan senyawa-senyawa yang berkaitan satu sama lain secara

stoikiometrik.

Persamaan neraca yang terbentuk akan berupa persamaan linier atau non

linier; baik persamaan-persamaan tersebut tidak tergantung (independent)

ataupun saling tergantung (dependent) atau keduanya. Penyelesaian

persamaan-persamaan tersebut dapat dilakukan dengan cara eliminasi,substitusi atau jika perlu diselesaikan secara serempak (simultan). Ada

satu ukuran yang dapat memberikan indikasi apakah persamaan neraca

bahan dapat diselesaikan atau tidak ukuran ini adalah Degree of freedom

atau Derajat Kebebasan (DK), DK akan kita bahas setelah contoh2soal

berikut.


21/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 21

Contoh soal 1

Suatu bahan dengan kandungan air 60% dikeringkan sampai 75% airnya

menguap. Hitunglah :

a) Jumlah air yang diuapkan tiap kg bahan basah

b) Komposisi bahan akhir

jawab:

Pertama buatlah diagram alir dan tulis hal-hal yang diketahui (besaran kualitas

dan kuantitas)

feed uap air

air 60%padat 40% produk (air dan padat)

Kemudian tentukan basis

basis: 100 kg bahan basah

air dalam bahan basah: 0,6 x 100 = 60 kg

air yang menguap : 0,75 x 60 = 45 kg

padatan yang terdapat dalam bahan basah = 0,4 x 100 = 40kg

Buatlah persamaan neraca bahan:

air yang tersisa dalam bahan : air dalam bahan air yang menguap

= 60 kg 45 kg = 15 kg

a. jumlah air yang diuapkan tiap kg bahan basah =100

45= 0,45 kg

b. komposisi bahan akhir : air =4015

15

+x 100% = 27,3%

: padatan = 100% - 27,3% = 72,7%


22/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 22

KESETIMBANGAN MATERI TANPA REAKSI KIMIA

Pada kesetimbangan materi tanpa reaksi kimia, rumus umum yang

digunakan adalah :

Laju masuk - laju keluar = akumulasi

hal ini karena tidak adanya pembentukan zat ataupun reaksi kimia yang

menggunakan zat tersebut,

Contoh soal 2

Sebanyak 100 mol/jam larutan etilen diklorida 40% dalam toluena dimasukkanke sebuah kolom (menara) distilasi. Di dalam menara distilasi proses

berlangsung secara kontinyu dan tidak terjadi akumulasi sehingga 100 mol/jam

bahan juga keluar dari kolom. Aliran keluar kolom dibagi menjadi dua yaitu aliran

distilat (D) dan aliran dasar (B = bottom) Aliran distilat keluar dari puncak kolom

mengandung 10% mol etilen diklorida. Tentukan laju alir masing-masing aliran

tersebut.

Jawab:

Destilat (D)

Umpan (F) D = ?mol/jam Keadaan proses tunak berartiXD= 0,95 tidak ada akumulasi

F= 100 mol/jamXF = 0,4

Bottom (B)B = ?mol/jamXB= 0,1

Neraca massa (mol) total : F = D + B ....................................(1)

Neraca massa (mol) komponen (dalam soal ini hanya satu komponen) :

F . XF = D . XD+ B . XB.........................(2)

(1) 100 mol/jam = D + B

B = 100 mol/jam D


23/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 23

(2) 100 . (0,4) = D . (0,95) + B . (0,1)

40 = 0,95D + (100-D) . (0,1)

40 = 0,95D + 10 - 0,1D

30 = 0,85D

D = 35,3 mol/jam

B = 100 mol/jam 35,3 mol/jam

B = 64,7 mol/jam

Dua buah contoh soal di atas merupakan contoh sederhana dari suatu sistem

proses yang tidak melibatkan reaksi kimia. Persamaan-persamaan neraca

massa yang terbentuk masing-masing merupakan persamaan linier yang dapat

diselesaikan dengan cara eliminasi biasa. Berikut ini adalah contoh sistem

proses yang melibatkan reaksi kimia.

KESETIMBANGAN MATERI DENGAN REAKSI KIMIA.

Pada keadaan ini rumus yang digunakan sama dengan rumus umum

kesetimbangan materi yaitu:

laju alir masuk laju keluar + pembentukan konsumsi = akumulasi

Contoh soal 3

Pada suatu pembakaran, sebanyak 300 kg udara dan 24 kg karbon diumpankan

ke dalam reaktor pada suhu 600oF. Setelah pembakaran sempurna tidak ada

bahan tersisa di dalam reaktor. Hitunglah:

a. Berapa berat karbon, oksigen & berat total bahan yang keluar dari reaktor?

b. Berapa mol karbon & mol oksigen yang masuk dan keluar dari reaktor?

c. Berapa mol total yang masuk dan berapa yang keluar reaktor?


24/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 24

Jawab:

C = 24kg? Sistem: steady, tanpa akumulasi,

dengan reaksi kimiaUdara = 300kg

Neraca massa adalah:

Input - output + generation - consumption = accumulation0

input + generation = output + consumption

Neraca yang digunakan:

Neraca mol total (semua komponen)

Neraca mol komponen : CO2dan O2

Basis : 24 kg C dan 300 kg udara

Komponen yang masuk ke reaktor:

O2(21% dari udara) 21%xkg/kmol29

kg300 = 2,17 kmol O2

N2(79% dari udara) 79%x

kg/kmol29

kg300 = 8,17 kmol N2

Ckg/kmol12

kg24 = 2kmol C

Reaksi yang terjadi : C + O2 CO2

Dari stoikiometri diketahui untuk membakar sempurna 2 kmol C dipakai 2 kmolO2 jadi masih terdapat sisa O2

Neraca O2: O2input + O2 generate = O2output + O2consumption

2,17 kmol + 0 = O2output + 2 kmol

O2output = 0,17 kmol

REAKTOR

600oF


25/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 25

Neraca N2: N2 input + N2 generate = N2output + N2consumption

8,17 kmol + 0 = N2output + 0

N2output = 8,17 kmol

Neraca C : C input + C generate = C output + C consumption

0 + 2 kmol = C output + 0

C output = 2 kmol

Tabulasi perhitungan (neraca komponen dalam mol)

a. Tidak ada karbon keluar dalam bentuk C, tetapi dalam bentuk CO2seberat 88

kg dimana dalam CO2tersebut mengandung C seberat 24 kg. O2yang keluar

0,17 kmol, sisanya keluar dalam bentuk CO2. Berat bahan total yang keluar

sama dengan berat bahan total yang masuk yaitu 324 kgb. 2 kmol C dan 2,17 kmol O2 yang masuk kedalam reaktor, sedangkan yang

keluar dari rekator adalah 0 kmol C dan 0,17 kmol O2

c. 2,34 kmol total masuk ke reaktor dan 10,34 kmol keluar dari reaktor.

Masuk KeluarKomponen

kg kmol kg kmol

C

O2

N2

CO2

24

69,5

230,5

0

2

2,17

8,17

0

0

5,5

230,5

88

0

0,17

8,17

2

Total 324 12,34 324 10,34


26/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 26

Contoh soal 4:

Dalam suatu proses pembakaran, gas etana dicampur dengan oksigen dengan

perbandingan 80% etana dan sisanya oksigen campuran ini dibakar dengan

udara berlebih 200%. Pada pembakaran tersebut ternyata 80% gas etana

terbakar menjadi CO2, 10% menjadi CO dan 10% tidak terbakar. Hitung

komposisi gas hasil bakar (dasar basah)

Jawab:

bahan bakar gas hasil pembakaran

C2H6= 80% CO2O2 = 20% CO

C2H6sisaUdara berlebih 200% O2sisa

O2= 21% H2ON2= 79% N2

Basis : 100 mol bahan bakarC2H6= 80% x 100 mol = 80 mol

O2 = 20% x 100 mol = 20 mol

Reaksi:

(1) C2H6 +2

7O2 2 CO2 + 3 H2O ......... ....Pembakaran sempurna

(2) C2H6 +2

5O2 2 CO + 3 H2O ... ........Pembakaran tak sempurna

(3) Tak bereaksi

Oksigen dari udara yang masuk 200% berlebih berarti 3 x dari yang dibutuhkan

secara teoritis untuk pembakaran sempurna.

Oksigen teoritis yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna :

26262

2 Omol280HCmol80HCmol1

Omol3,5=x

Oksigen yang terikut dalam bahan bakar = 20 mol

Oksigen teoritis yang dibutuhkan dari udara = 280 mol 20 mol = 260 mol

REAKTOR


27/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 27

Oksigen total yang masuk dari udara = 3 x 260 mol = 780 mol

Nitrogen yang masuk bersama udara = mol2934,3mol78021

79=x

Menghitung komposisi produk (hasil):

Untuk reaksi (1)

CO2: (0,8 x 80 mol) x 2 = 128 mol CO2

H2O : (0,8 x 80 mol) x 3 = 192 mol H2O

Untuk reaksi (2)

CO : (0,1 x 80 mol) x 2 = 16 mol CO

H2O : (0,1 x 80 mol) x 3 = 24 mol H2O

Total H2O = 192 + 24 = 216 mol

Total O2terkonsumsi:

reaksi (1) : (0,8 x 80 mol) x 3,5 = 224 mol

reaksi (2) : (0,1 x 80 mol) x 2,5 = 20 mol

total = 224 + 20 = 244 mol O2

O2yang keluar bersama gas hasil pembakaran = 800 244 = 556 mol

C2H6sisa = 0,1 x 80 mol = 8 mol

Ringkasan hasil hitunganMasuk (mol)Komponen

Bahan

bakar

Udara

Keluar

(mol)

% komposisi

dalam keluaran

CO2

O2

CO

C2H6

H2O

N2

20

80

780

2934,3

128

556

16

8

216

2934,3

3,32

14,41

0,42

0,2

5,6

76,05

Jumlah 100 3714,3 3858,3 100 (dsr basah)


28/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 28

Jika dianalisis orsat ( dasar kering) H2O tidak dihitung. Jumlah mol total = 3642,3

mol.

Komposisi gas kering:

CO2 = 3,51%

O2 = 15,26%

CO = 0,45%

C2H6 = 0,22%

N2 = 80,56%

Dari penyelesaian soal proses dengan melibatkan reaksi kimia ini dapat

disimpulkan:

Walaupun massa total yang masuk sama dengan massa total yang

keluar (sesuai dengan hukum kekekalan massa), tetapi jumlah mol yang masuk

tidak sama dengan jumlah mol yang keluar. Hal Hal ini disebabkan oleh adanya

reaksi kimia pada komponen-komponennya.

NERACA BAHAN DENGAN tie componentATAU key componentBanyak persoalan neraca bahan yang seolah-olah rumit tetapi

sebenarnya kalau diperhatikan dengan seksama dapat disederhanakan karena

terdapat tie componentatau key component. Komponen ini adalah komponen

yang selama proses dari satu aliran ke aliran lain tidak mengalami perubahan

sama sekali (numpang lewat doang).

Misalnya pada contoh soal 1, yang menjadi tie component adalah bahan padat

(karena tidak mengalami perubahan sama sekali dan jmlahnya tetap) ,

sedangkan pada contoh soal 3 dan 4 yang menjadi tie component adalah

Nitrogen (karena tidak ikut bereaksi/ inert).


29/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 29

DERAJAT KEBEBASAN ATAU DEGREE OF FREEDOM

Ada suatu ukuran yang dapat memberikan indikasi bahwa suatu

persamaan (neraca bahan) mungkin dapat diselesaikan atau tidak. Ukuran ini

adalah degree of freedom atau derajat kebebasan dari suatu persoalan.

Seharusnya bila ada n besaran yang tidak diketahui maka untuk

menyelesaikannya dibutuhkan n buah persamaan yang independen.

Bila jumlah persamaan yang tersedia kurang dari n buah maka

persoalan tersebut tidak dapat diselesaikan. Sebaliknya jika terdapat lebih dari n

buah persamaan maka harus diambil hanya n buah persamaan untukmenyelesaikannya. Itu pun dengan resiko bila persamaan yang kita ambil salah

maka dapat terjadi ketidak konsistenan ketentuan di antara persamaan-

persamaan yang berlebih tersebut sehingga hasil yang diperoleh salah.

Derajat kebebasan adalah ukuran yang sederhana untuk mengetahui hal

tersebut. Analisis derajat kebebasan merupakan mekanisme yang sistematis

untuk menghitung semua variabel, persamaan-persamaan neraca dan

hubungan-hubungan yang terkait dalam permasalahan.

Derajat Kebebasan (DK) =

Jumlah variabel aliran yang independen - Jumlah persamaan neraca yang

independen - Jumlah veriabel aliran terspesifikasi yang independen - Jumlahhubungan yang terkait ( yg membentuk persaman)

Jika DK > 0 : Permasalahan tdk dapat diselesaikan (kurang terspesifikasi)

Jika DK < 0 : Permasalahan kelebihan spesifikasi dapat menyebabkan

inkonsistensi

Jika DK = 0 : Permasalahan terspesifikasi dengan benar karena jumlah var yang

tidak diketahui sama dengan jumlah persamaan yang ada


30/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 30

Contoh 1 menghitung DK

Suatu umpan kolom destilasi dengan laju alir 1000 mol/jam mempunyai

komposisi sebagai berikut (%mol): 20% propane, 30% isobutane, 20%

isopentane dan sisanya normal pentane

Destilat yang dihasilkan mengandung semua propane dan 80% isopentane yang

masuk kolom, serta mengandung 40% isobutane. Produk bawah (bottom prod)

mengandung semua normal pentane yang masuk kolom. Hitung komposisi

kedua produk tersebut.

Analisis:

Terdapat 1 kolom destilasi (1 alat saja)

Terdapat 3 aliran (1 masuk, 2 keluar)

Anggaplah tiap-tiap aliran mempunyai 4 variabel yaitu 1 var laju alir dan 3

var komposisi. Dengan demikian untuk ketiga aliran tersebut masing-

masing terdapat 4 var aliran yang nantinya dapat disusun menjadi 4

persamaan neraca bahan yang independen.

Variabel-veriabel aliran yang terspesifikasi (biasanya ditentukan atau

diketahui) sehingga variabel independen dari aliran adalah:

a. 3 var indep komposisi umpan = 20% C3, 30% C4, 20% C5

b. 2 var indep komposisi destilat = 0% C5 dan 40% C4c. 1 var indep komposisi bottom prod = 0% C3

d. 1 var indep laju umpan = 1000 mol/jam

Berdasarkan analisis diatas maka dapat dijawab sbb:

-

jumlah variabel aliran = 3 aliran x 4 var/aliran = 12 var

-

jumlah persamaan neraca bahan independen = jumlah komponen yang

terdapat dalam sistem yaitu 4 persamaan

- jumlah var terspesifikasi ada 2 macam yaitu :

@ komposisi ada 6 (a,b & c)

@ aliran ada 1 (d)


31/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 31

-

Jumlah hubungan terkait berupa perolehan di destilat (80%)

Maka:

Jumlah variabel aliran yang independen = 12

Jumlah persamaan neraca yang independen = 4

Jumlah veriabel aliran terspesifikasi yang independen

Komposisi = 6

Aliran = 1

Jumlah hubungan yang terkait ( yg membentuk persaman) = 1 _Derajat Kebebasan (DK) = 0

Disini permasalahan terspesifikasi dengan benar sehingga persoalan hanya

memiliki satu penyelasaian. Tetapi perhitungan jumlah variabel dan spesifikasi

ini sering tidak sama pada berbagai literatur karena adanya penyederhanaan

oleh masing-masing analis, meskipun hasil akhirnya (DK) tetap sama. Seperti

contoh di atas, bisa saja jumlah variabel aliran hanya 10 karena kita sudah

mengetahui bahwa komposisi dari C5 pada produk destilat = 0. Dengan

demikian untuk perhitungan jumlah variabel komposisi aliran yang terspesifikasi

juga akan berkurang 2 (kedua komposisi tadi) sehingga menjadi 4 Maka:

DK = 10 var aliran - 4 persamaan neraca bahan independen - 4 komposisi - 1aliran - 1 hub terkait

DK = 0

Contoh 2 menghitung DK

Titanium dioksida TiO2 banyak digunakan sebagai zat warna pada industri cat

dan kertas. Dalam suatu unit pencuci pada pabrik zat tersebut diinginkan untuk

memproduksi 4000 lb/jam TiO2 kering dan maksimum mengandung 100 ppm

garam basis kering. Keluar dari alat pembuatnya zat pewarna tersebut (raw

pigmen) mengandung 40% TiO2, 20% garam dan sisanya air (% massa).


32/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 32

Pemurnian dilakukan dengan cara pencucian menggunakan air (H2O) kemudian

pemisahan dengan pengendapan hingga diperoleh produk pewarna yang bersih

(washed product) dan air bekas mencuci yang disebut waste water. Pewarna

yang dikehendaki minimal haruslah mengandung 50% TiO2. Karena air buangan

bekas cuci tersebut akan dibuang ke sungai maka komposisinya harus diketahui

dengan tepat. Hitunglah

Analisis:

air pencuciH2O

Pewarna kotor(F1) Pewarna bersih

TiO240% TiO2Garam 20% GaramH2O H2O

Air cucianGaramH2O

Dari diagram diatas dapat dilihat bahwa jumlah variabel aliran-aliran

tersebut adalah:

- Pewarna kotor 3

- Air pencuci 1

- pewarna bersih 3

- Air cucian 2

9

Jumlah komponen dalam soal ini ada 3, jadi pesamaan neraca

independen juga ada 3

Jumlah komposisi yang terspesifikasi : 2 untuk pewarna kotor, 1 untuk

pewarna bersih

Jumlah hubungan tambahan, kapasitas produk dan kandungan garam,

ada 2

Unit pencuci


33/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 33

Maka:

Jumlah variabel aliran yang independen = 9

Jumlah persamaan neraca yang independen = 3

Jumlah veriabel aliran terspesifikasi yang independen = 3

Jumlah hubungan yang terkait ( yg membentuk persaman) = 2 _

Derajat Kebebasan (DK) = 1

DK = 1 atau >0 hal ini berarti soal tersebut tidak bisa diselesaikan (kurang

terspesifikasi), Ada 3 variabel yang tidak diketahui sedangkan hanya ada 2

persamaan jadi perlu satu persamaan lagi, persaman ini bisa berasal darikomposisi, laju alir atau perbandingan lain yang menyebabkan tambahan

hubungan diantara veriabel-variabel yang tidak dketahui tersebut.

Sekarang coba selesaikan dengan tambahan keterangan perbandingan

penggunaan massa air pencuci/pewarna adalah 6 lb H2O per lb pewarna atau

F2/F1= 6


34/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 34

Bypass, Recycle, Purge, Spli ter & Mixer

Feed

III

B

Pada diagram di atas dapat dilihat terdapat beberapa aliran dan alat, berikut

akan dijelaskan tiap aliran dan alat yang digunakan:

I adalah alat yang disebut denganseparator: alat ini berfungsi untuk

memisahkan komposisi tertentu dari suatu aliran sehingga komposisi pada aliran

yang dihasilkan berbeda dengan aliran awal

IIadalah alat yang disebut dengan spliter:alat ini berfungsi untuk memisahkanaliran tetapi tanpa mengubah komposisi yang terdapat pada lairan sehingga

komposisi aliran yang dihasilkan sama dengan komposisi aliran awal.

III adalah alat yang disebut dengan mixer: alat ini berfungsi untuk

mencampurkan aliran.

Untuk separator dan spliter bisa terdapat pada aliran yang akan di purge, recycle

ataupun yang akan di bypass, tetapi mixer biasanya hanya terdapat pada aliran

yang akan dicampur.

Aliran R adalah aliran Recycle (Daur ulang), aliran ini berfungsi untuk

mengembalikan zat-zat, yang masih dibutuhkan, yang masih terdapat dalam

aliran keluar untuk kembali mengalami proses

Aliran Badalah aliran Bypass,aliran ini adalah aliran yang melewati satu ataubeberapa tahap proses yang langsung menuju pada proses selanjutnya.

Aliran P adalah aliran Purge aliran ini adalah aliran pembuangan untuk

mengeluarkan akumulasi dari inert atau materi yang tidak diinginkan yang jika

tidak dikeluarkan akan tertimbun dalam aliran Recycle

I

II

II

PR


35/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 35

* Dalam neraca massa dengan reaksi kimia kita akan menemui istilah

fraction conversion , fraction conversionyang dimaksud di sini adalah

banyaknya jumlah zat yang digunakan dalam suatu proses dibandingkan

dengan jumlah input zat tersebut. Faktor konversi dibedakan menjadi 2

jenis yaitu :

1. Overall fraction conversion (konversi keseluruhan )

massa (mol) reaktan dalam fresh feed massa (mol) reaktan dalam produk akhirmassa ( mol ) reaktan dalam fresh feed

2. Single pass atau once through conversion

massa ( mol ) reaktan masukan reaktor massa ( mol ) reaktan keluaran reaktor

massa ( mol ) reaktan masukan reaktor

secara singkat dapat dikatakan bahwa single pass hanya menghitung

konversi pada satu alat saja, sedang overall menghitung konversi dalam

sistem.


36/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 36

SOAL 1

Asam asetat dapat diproduksi melalui reaksi berikut:

2C2H5OH + 2Na2Cr2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2Na2SO4 +

11H2OReaksi berlangsung dalam system dengan recycle seperti digambarkan dalamdiagram berikut:

F2 PH2SO4 CH3COOHNa2Cr2O7

F1 WC2H5OH Produk

Limbah

Recycle, RH2SO4C2H5OH

Konversi etanol overall sebesar 90% dicapai jika laju alir recycle sama denganlaju umpan segar C2H5OH. Laju umpan segar H2SO4 dan Na2Cr2O7 masing-

masing berlebih 20% dan 10% secara stoikiometrik terhadap jumlah umpansegar C2H5OH. Jika aliran recycle mengandung 94% H2SO4 dan sisanyaC2H5OH (% dalam mol), hitunglah:

a.

Laju alir produk (P)b.

Laju alir dan komposisi produk limbah (W)c.

Konversi single pass reactor etanol

SOAL 2Dalam suatu industri minuman, jus jeruk segar mengandung 12% padatan dansisanya air; sedangkan produk jus kental mengandung 42% padatan. Jikaproses pengentalan dilakukan dengan proses evaporasi tunggal, sebagiankandungan zat-zat volatile ikut teruapkan bersama air dan mengakibatkan rasayang hambar. Untuk mengatasi masalah ini, sebagian aliran jus jeruk segar dibypass untuk kemudian digabungkan dengan aliran keluaran evaporator.Sementara itu, aliran jus jeruk segar dikentalkan dalam evaporator hinggakandungan padatan menjadi 58%.

a.

Gambarkan proses yang terjadi!b.

Hitunglah julah produk jus kental yang dihasilkan per 100 kg jus jeruksegar yang diumpankan ke proses!

c.

Hitunglah fraksi jus jeruk segar yang di bypass!

Gunakan notasi-notasi berikut:F = Aliran jus jeruk segar; E = aliran keluaran evaporator; B = aliran bypass;P = aliran produk jus kental.

S

EP

A

R

ATOR


37/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 37

GAS, UAP, CAIRAN DAN PADATAN

4.1 HUKUM GAS IDEALGas ideal adalah gas imajiner yang memenuhi persamaan :

P V = n R T

Dengan :P = tekanan gasV = volum total gas

n = jumlah mol gasR = konstanta gas idealT = Suhu dalam kelvin

Persamaan ini dapat diterapkan untuk komponen murni atau

campuran.

Sejumlah keadaan standar yang ditentukan secara sembarang atau

yang dikenal dengan standard condition dari suhu dan tekanan

ditentukan untuk mengetahui nilai R, jadi kenyataan bahwa sebuah

unsur tdk berwujud gas pada 0oC dan 1 atm (dalam keadaan standar)

tidaklah penting. Sebagai contoh uap air pada 0oC tdk dapat berada

dalam tekanan yang lebih besar dari 0,61 kPa tanpa terjadi

pengembunan.

4.1.1 Penerapan hukum gas ideal:

Hk gas ideal dapat digunakan untuk menentukan volume,

tekanan, atau suhu suatu zat dalam keadaan tertentu.Contoh:

Berapakah densitas O2pada 27oC dan 250kPa dalam satuan SI ?

27oC = 300 K

R = 0,008314 kPa m3/mol K


38/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 38

basis = 1 m3 gas O2

PV = n RT n

V=

P

RT

P

RT

kmol

kg

V=

kPa250

K300.K/kmolmkPa314,8

/32

1 33=

kmolkgkg

m

massa O2= 3,2 kg

densitas O2= 3,2kg/1m3= 3,2 kg/m3

4.1.2 Campuran gas ideal dan tekanan gas parsial

Dalam kehidupan sehari-hari, gas biasanya berada dalam suatu

campuran dengan gas lain. Dalam keadaan seperti ini anda tetap dapat

menggunakan hukum gas ideal. Biasanya kita menggunakan kuantitas

khayalan yang disebut tekanan parsial. Tekanan parsial dari gas i

didefinisikan sebagai Pi. Jadi hukum gas idealnya menjadi:

Pi Vtotal = ni R T

Atau Pi = Ptotal x YiPitotaln

ni=

Dimana Yi = Fraksi mol zat i

Contoh soal:

Udara di bumi terdiri dari 21% (%V) oksigen dan 79% nitrogen.

Tekanan parsial oksigen 21kPa, berapakah tekanan total udara?

PO2 = 21kPa

YO2= 0,21

P total = kPakPa

YO

PO100

21,0

21

2

2 ==


39/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 39

4.2 KEJENUHAN (SATURATION)

Kejenuhan adalah suatu keadaan setimbang daimana saat tekanan

persial dalam gas sama dengan tekanan uap cairan tersebut, dalamkeadaan ini tidak ada lagi zat cair yang menguap atau gas yang

mengembun. Pada saat titik jenuh tercapai kita dapat menyatakan

bahwa zat tersebut berada dalam titik embun (dew point).

Dengan mengasumsikan bahwa sistem gas ideal berlaku pada saat

jenuh maka kita dapat menuliskan hubungan tekanan (P) gas dengantekanan (P) cairan dalam keadaan jenuh sebagai berikut.

RTn

RTn

VP

VP

cair

gas

cair

gas=

atau

gastotal

gas

cair

gasgas

PPP

nnP

==

cairP

4.3 KEJENUHAN PARSIAL DAN KELEMBAPAN

Kejenuhan parsial adalah kondisi dimana uap tidak berada dalam

ekuilibrium dengan fase cair, dan tekanan parsial uap lebih kecil

daripada tekanan uap cairan pada suhu tertentu.

Ketika uap adalah uap air dan gas adalah udara, berlaku istilah khusus

kelembapan (humidity). Untuk gas atau uap lainnya digunakan istilah

kejenuhan (saturation).

Kejenuhan relatif (relative saturation) didefinisikan sebagai

Rs = relatifkejenuhanPjenuh

Puap

Dengan:

Puap = Tekanan parsial uap dalam campuran gas


40/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 40

Pjenuh = tekanan parsial uap dalam campuran gas jika gas jenuh pada

suhu campuran yang diberikan (yaitu tekanan uap dari komponen uap)

Untuk ringkasnya :

jenuh

i

jenuh

t

tjenuh

tuap

tjenuh

tuap

jenuh

uap

massa

massa

n

n

VV

VV

PP

PP

P

PRs =====

/

/

/

/

Kejenuhan molaladalah cara lain untuk menyatakan konsentrasi uap

dalam gas adalah menggunakan rasio mol uap terhadap mol gas bebas

uap:

molalkejenuhan=pgasbebasua

uap

n

n

untuk suatu sistem biner dimana 1 menunjukan uap dan 2menunjukkan gas kering:

P1 + P2 = Ptotn1 + n2 = ntot

1

1

1

1

1

1

2

1

2

1

2

1

VV

V

PP

P

nn

n

V

V

P

P

n

n

tottottot =

=

===

Kelembapan atau Humidity (H)manunjukan massa uap cair per massa

udara kering (bonedry air)

H=( )( )

( )( ) keringgaskeringgaskeringgas massamassa

Mrn

Mrn uapuapuap=

Kejenuhan (kelembapan) Absolut, Presentase Kejenuhan

(Kelembapan).

Kejenuhan Absolut didefinisikan sebagai rasio mol uap per mol gas

bebas-uap terhadap mol uap yang akan ada per mol gas bebas-uap

jika campuran tersebut jenuh secara sempurnapada suhu dan tekanan

total yang ada:


41/41

NME 2003

Eva/Bayu/Sisil 41

As = kejenuhan absolut =

jenuh

sebenarnya

mol

uapmol

uapbebasgasmol

uap

uapbebasgasmol

Dengan 1 untuk uap dan 2 untuk gas bebas uap

Persen kejenuhan absolut =

( ) ( )100100

2

1

2

1

2

1

2

1

jenuh

sebenarnya

jenuh

sebenarnya

P

P

P

P

n

n

n

n

=

Titik Embun. Selama gas yang jenuh secara parsial mendingin pada

volume konstan, ataupun pada tekanan total konstan, gas yang

takdapat mengembun akhirnya menjadi jenuh dengan uap, dan uap

tersebut mulai mengembun. Suhu pengembunan dimulai pada titik

embun (dew point)

Documents

Diktat NME Trans 03