NERACA MASSA DAN NERACA ENERGI

NERACA MASSA DAN NERACA ENERGIPOLITEKNIK AKAMIGAS PALEMBANG2011PRAHADY SUSMANTO, S.T.Basic Principle and Calculation in Chemical Enggineering, David M. Himmelblau.Ellementary Principles of Chemical Process, Richard M. Felder and Ronald W. RousseauStoichiometry , Edwin Williams and Ciurtis JonhsonREFERENSI :Introduction to Engineering CalculationMaterial BalanceGas, Vapor, Liquid, and SolidEnergy BalanceMateri :Units dan DimensiUnit MolMetode Konversi pada Analisis dan PengukuranBasis Temperatur / SuhuTekananSifat Kimia dan Kisik pada CampuranStoichiometry

Introduction to Engineering CalculationTujuan :Penjumlahan, Pengurangan, perkalian, pembagian unit-unit dengan angka.Mengkonversi unit di dalam fungsi atau persamaan sehingga ekuivalen terhadap massa, panjang, luas, volume, density, dan waktu.Mengenal basic unit di dalam SI dan American Engineering system untuk massa, panjang, luas, volume, density, dan waktu.Mampu membedakan antara Massa dan BeratDapat menggunakan gravitational conversion factor gcMampu mengaplikasikan konsep dimensi secara benar Units dan DimensiDimensi : adalah parameter atau pengukuran yangdibutuhkan untuk mendefinisikan sifat-sifatsuatu objek seperti,Panjang (length), Waktu (time), Massa (mass),Suhu (temperature), Tekanan (pressure).

Unit :Adalah pernyataan dari dimensi.Misal: Panjang:meter Waktu: detik, jam , menit

Units dan DimensiPenjumlahan dan Pengurangan : Satuan harus sama3 cm + 2 cm = 5 cm5 atm 2 atm = 3 atmPerkalian : Satuan boleh berbeda3 N x 4m = 12NmPembagian : Satuan boleh berbeda6 gr / 3 gr =2grMetode dalam Perlakuan untuk UnitsContoh :Sebuah pesawat terbang dengan kecepatansuara (1100 ft/s), berapa kecepatan pesawatitu dalam mil/jam?

Jawab:

Konversi Units

Contoh :Konversi 36 mg ke gr

Konversi 10 cm ke inchi

Konversi 400 in3/ hari ke cm3/ menit

Dimana:Gravitational conversion factor (gc)

Kita ketahuiSehinggaJadiContoh :100 lbm air mengalir di dalam pipa dengan kecepatan 10 ft/s. berapa energi kinetik pada air ini dalam ft lbf?Jawab :Energi Kinetik:

Soal :Berapa energi potensial dalam (ft) (lbf) dari 100 lbm drum yang digantung pada ketinggian 10 ft dari permukaan tanah?Dimana g= 32,2 ft/s2Jawab :Energi Potensial :

Sehingga dapat disimpulkan

Reynolds number

Dimana: D = cm v = cm/s = gr/s cm = gr/cm3

Sehingga,

Dimensionless atau Bilangan Tak Berdimensi

Tujuan:Mampu mendefinisikan kilogram mol, pound mol dan gram mol.Mampu mengkonversi mol ke massaMampu menghitung berat molekul dari suatu molekulUnit MolApa itu mol???????Mol adalah jumlah molekul, atom, elektrondalam suatu partikel.

Dimana pada tahun 1969, International Committee on Weight and Measure menyatakan bahwa simbol mol dimasukkan dalam sistem SI.Dalam sistem SI, satu mole terdapat 6,023 x 1023 molekul.MolSedangkan pada American Engineering system, terdapat 6,023 x 1023 x 453,6 molekul, ini dikarenakan dalam American Engineering system digunakan pound mole (lb mol)

Sehingga,

Atau, Massa (gr) = (berat molekul) (gr mol) Massa (lb) = (berat molekul) (lb mol)

Contoh :Jika dalam suatu bucked hold terdapat 2 lb NaOH (berat molekul 40) berapaLb mol NaOHGr mol NaOH

Jawab Basis, 2 lb NaOHa.

b.

atau

Soal :1. Berapa pound NaOH didalam 7,50 mol NaOH?

Jawab:

2.Konversikan, 1 kmol berapa lb mol?

3. konversikan, 39,8 kg NaCl dalam 100 kg H20 ke kmol NaCl per kmol H20?

4. 100 lb NaNO3 berapa lb mol?

5. 1 lb mol CH4 per menit dialirkan ke dalam Heat exchanger. Berapa kg per detik CH4 yang dialirkan?2.

Jawab :3. MR NaCl = 58,5 kg/kmol, MR H2O = 18 kg/kmol

4. MR NaNO3 = 85lb/lb mol

5. MR CH4 = 16 lb/lbmol

Density atau massa jenis ()Adalah ratio massa per unit volum

Density pada liquid atau cairan diukur dengan menggunakan hydrometer.

Density pada gas diukur dengan Edward balance, dengan cara membandingkan berat bulb yang diisi udara dengan bohlam yang sama yang telah diisi dengan gas ingin diketahui densitasnya.Density

Secara umum (sp gr) adalah rasio dari 2 densitas,

Di industri minyak, spesific gravity untuk produk minyak biasanya dilaporkan dalam bentuk hydrometer scale, biasa disebut oAPI.Dimana: Specific Gravity (sp gr)

Volume dan density pada produk minyak sangat tergantung dapa temperatur, sehingga pada industri minyak temperatur 60o F sebagai temperatur standar untuk volume dan API gravity.Volume spesifik adalah kebalikan dari density, sehingga

Fraksi mol dan fraksi massa.

Fraksi massa atau fraksi mol, digambarkan dalam bentuk persen ( % ). Specific Volume

Contoh :Suatu detergen mengandung 5 kg air dan 5 kg NaOH. Hitung berapa fraksi massa dan fraksi mol yang terdapat dalam satu botol detergen?Componenkgfraksi beratMRMolfraksi molH205,005/10 = 0,500180,2780,278/0,403 = 0,690NaOH5,005/10 = 0,500400,1250,125/0,403 = 0,310Total1010,4031Basis ; 10 kg total larutanContoh :Suatu aliran massa dari n-hexane ( = 0,659 gr/cm3) di dalam suatu pipa 6,59 gr/s. berapa volumetric flow rate n-hexane?

Suatu larutan terdiri dari 15% massa A dan 20% mol Ba. hitung massa A dalam 175 kg larutan?b. hitung mass flow rate A dalam aliran dengan laju 53 lbm/h?c. hitung molar flow rate B dalam 1000 mol/min?d. hitung total flow rate dalam molar flow rate 28 kmol B/s?e. hitung massa larutan yang mengandung 300 lbm A?Jawab:a.

b.

c.

d.

e.

Tekanan adalah rasio antara gaya dan luas area

Dalam SI

Maka persamaannya :

Tekanan (P)

Soal:konversikan 2,00 x 105 Pa dalam mmHg

Jawab:

Hubungan antara tekanan dibagian bawah kolom pada ketinggian fluida tertentu dengan tekanan diatas kolom:

Soal :Berapa tekanan pada 30 m dibawah permukaan danau? Dimana atmospheric pressure (tekanan pada permukaan) 10,4 m H2O, dan densitas air 1000 kg/m3. assumsi g/gc 9,807 N/kg.

Jawab:

Bisa juga dengan cara yang lebih mudah,

Contoh:Gauge pressure, -1 cm Hg maka absolute pressure 75,0 cm Hg.Atmospheric Pressure, Absolute Pressure, Gauge Pressure

Profil Tekanan pada Manometer

Beberapa variasi unit untuk tekanan, dimana 1 standard atmosphere sama dengan:1,000atmosphere (atm)33,91feet of water (ft H2O)14,7pounds per square inch (psia)29,92inches of mercury (in Hg)760Millimeters of mercury (mm Hg)101,3Kpa1,013 x 105Pascal (Pa), Newtons per square meter (N/m2)

Soal :Udara mengalir pada sebuah pipa, pada sebuah draft terlihat 4,0 cm Hg. Barometer memperlihatkan tekanan 730 mm Hg. Berapa absolute pressure gas dalam inches of mercury?

Jawab :Basis, 730 mmHg

Basis, 4 cm H20 draft

Sehingga yang terbaca 4 cm H2O, maka absolute nya terbaca

Temperatur (Suhu)

Dimana,

Sehingga,

CFKR-407769869,8Soal:Neraca Massa

Mampu mendefinisikan sistem, batasan sistem untuk menentukan material balance/neraca massaMempu menjelaskan perbedaan antara sistem tertutup (closed sytem) dan sistem terbuka (open sistem)Mampu menuliskan secara umum neraca massa beserta komponen di dalamnya.Mempu menerapkan persamaan neraca massa untuk kasus yang sederhana, input=output.Menentukan komponen massa yang masuk ke sistem dan yang keluar sistem.Tujuan:

Sistem TerbukaSistem TertutupSistem Terisolasi

Neraca Massa secara UmumLaju Alir Masuk = Laju Alir Keluar + Laju Alir AkumulasiKalau ditinjau lebih rinci dengan memperhatikan jenisnya atau senyawa, maka dapat terjadi bahwa timbul zat baru. Sehingga massanya tetap, tetapi jenisnya atau senyawanya berbeda. Hal ini terjadi dalam suatu reaksi kimia.Sehingga Neraca Massanya menjadi :

Yang perlu diperhatikan dalam perhitungan neraca massa:1. Total Massa2. Total Mol3. Massa dari tiap senyawa kimia4. Massa dari tiap atom5. Mol dari tiap senyawa kimia6. Mol dari tiap atom7. Volume

Soal:1000 kg/h suatu campuran terdiri dari Benzene (B) dan toluene (T), dimana terdiri dari 50% benzene (massa) akan dipisahkan dengan destilasi menjadi 2 fraksi. Lajua alir massa benzene pada aliran atas 450 kg/h. dan toluene pada aliran bawah 475 kg/h. proses ini berlangsung steady state.Tuliskan neraca massa untuk benzene dan toluene dan tentukan komponen flow rate yang belum diketahui?Jawab :

Banzene balance:

Toluene balance:

Soal:Dua buah campuran terdiri dari methanol dan air dimasukkan kedalam separate flasks. Campuran pertama terdiri dari 40% methanol dan campuran kedua 70% methanol. Jika 200 gr campuran pertama dicampur dengan 150 gr campuran kedua, berapa massa dan komposisi dari produk tersebut? Jawab :

Total Mass Balance:

Methanol Balance:Water Balance: