NERACA MASSA TANPA REAKSI Pertemuan ke 2 s/d 4
Neraca massa Dengan Reaksi : ditandai dengan terjadinya perubahan kimia pada umpan yang diproses Tanpa Reaksi: umpan hanya mengalami proses fisika seperti: - Pencampuran - Pemisahan - Pengecilan Ukuran
Neraca massa tanpa reaksi berlangsung pada unit-unit alat sbb: Pada proses mixing (mixer) Pada proses distilasi (Distilasi) Pada proses pengeringan (Dryer) Pada Proses Kristalisasi Pada proses kondensasi (Kondensor) Pada Kolom Absorber
Konsep Penyelesaian NM 1. Gambar Diagram Alir Proses (PFD) 2. Beri label untuk unknown variabel 3. Tentukan basis perhitungan 4. Tulis komposisi setiap komponen pada setiap aliran 5. Samakan satuan yang ada di semua stream 6. Terjemahkan statemen yang terdapat dalam soal ke dalam persamaan matematika (jika ada) 7. Tulis persamaan-persamaan yang mungkin 8. Selesaikan point 5 dan 6 secara eliminasi atau subtitusi.
DIAGRAM ALIR PROSES F2 kg/jam F1 kg /jam PROSES F3 Kg /jam
Basis : 1 jam operasi F2 kg A 125 kg 0,25 A 0,75 B PROSES F3 Kg 0,8 A 0,2B
Apa yang dimaksud dengan Basis Adalah angka/kondisi yang kita tetapkan untuk 1. Mempermudah perhitungan. 2. Menyederhanakan angka perhitungan 3. Menyederhanakan tampilan diagram alir
Basis : 1 jam operasi Satuan Harus sama Untuk semua aliran F2 kg A 125 kg 0,25 A 0,75 B PROSES F3 Liter 0,8 A 0,2B Aliran Komponen/komposisi
Basis : 1 jam operasi F2 kg A KONSEP NERACA MASSA INPUT = OUTPUT 125 kg 0,25 A 0,75 B PROSES F3 Kg 0,8 A 0,2B INPUT ALIRAN = OUTPUT ALIRAN 125 + F2 = F3 INPUT KOMPONEN A = OUTPUT KOMPONEN A 0,25 x 125 + F2 = 0,8 x F3
Contoh: Neraca massa pada mixer Sejumlah asam aki yang sudah lemah (12,43 % H 2 SO 4 ) akan dibuat asam aki dengan konsentrasi 18,63 % H 2 SO 4 dengan cara menambahkan sejumlah Asam sulfat (Kg/Jam) dengan konsentrasi 77,7 %. Berapa kebutuhan asam lemah dan asam sulfat pekat (kg/jam) agar dihasilkan 2110 kg/jam produk. Penyelesaian:
Buat Neraca Total Penyelesaian F1 + F2 = 2110 kg (1) Buat Neraca komponen H 2 SO 4 0,1243 F1 + 0,777F2 = 0,1863 x 2110 (2) Selesaikan persamaan (1) dan (2) secara subtitusi untuk menyelesaikan F1 dan F2 dari persamaan (1) F2 = 2110 F1, subtitusikan ke pers (2) 0,1243F1 + 0,777 (2110-F1) = 393,093 0,1243F1 + 1.639,47 0,777F1 = 393,093-0,6527 F1 = - 1246,377 F1 = 1909,57 kg H 2 SO 4 lemah F2 = 200,43 kg H 2 SO 4 pekat
SOAL (KERJAKAN DI KELAS): Larutan selulosa mengandung 5,2 % selulosa. Berapa kg larutan selulosa 1,2 % yang diperlukan untuk mengencerkan larutan dari 5,2 % menjadi 4,2 % sebanyak 100 kg. Penyelesaian:
CONTOH SOAL UNTUK 3 ALIRAN UMPAN: Asam bekas dari proses nitrasi mengandung 23% HNO 3, 57% H2SO4 dan 20% H2O (% berat). Asam ini akan dipekatkan lagi sampai menjadi 27% HNO3, 60% H2SO4 dan 13 % H2O dengan cara menambahkan asam sulfat pekat 93 % dan asam nitrat pekat 90 %. Berapa asam bekas dan asam pekat yang diperlukan per jam untuk menghasilkan 1000 kg/jam asam yang diinginkan. Penyelesaian:
Buat Neraca Total F1 + F2+ F3 = 1000 kg F1 = 1000 F2 F3 (1) Buat Neraca komponen H 2 SO 4 0,57 F1 + 0,93F2 = 0,6 x 1000 0,57 F1 + 0,93 F2 = 600 (2) Buat Neraca komponen HNO 3 0,23 F1 + 0,9F3 = 0,27 x 1000 0,23 F1 + 0,9 F3 = 270 (3) Selesaikan persamaan (1), (2)dan (3) secara subtitusi untuk menyelesaikan F1. F2 dan F3 FI = 416,74 F2 = 389,72 F3 = 193,54
Soal-Soal (Home Work) 1. Ingin dibuat larutan NaOH 1 M sebanyak 250 ml dari kristal NaOH. Berapa gram NaOH yang harus disiapkan dan berapa ml akuades yang dibutuhkan? 2. Ingin dibuat larutan KMnO 4 0,5 M sebanyak 500 ml dari kristal KMnO 4. Berapa gram KmnO 4 yang harus disiapkan dan berapa ml akuades yang dibutuhkan? 3. Di laboratorium hanya tersedia larutan HCl 5 % ( % berat ) dan larutan HCl 25%. Seorang analis akan membuat 1000 gram larutan HCl 12%. Apa yang sebaiknya dilakukan analis tersebut? Per grup 10 orang: Presentasikan dalam bentuk slide
Neraca Massa Pada Kolom Distilasi
Soal Pada Kolom Distilasi Basis : 1 Jam Operasi Distilat D kg 0,85 etanol 0,15 H 2 O Feed, F kg 0,35 etanol 0,65 H 2 O Distilasi Waste W kg 0,05 etanol 0,95 H2O
Tentukan kg distilat dan waste per kg feed Penyelesaian: Neraca Massa Total: F = D + W 1 = D + W W = 1- D (1) Neraca Massa Komponen etanol: (0,35)(1) = (0,85)D + (0,05)W 0,35 = 0,85D + 0,05W (2) Basis : 1 kg umpan subtitusi persamaan (1) ke pers (2: 0,35 = 0,85D + 0,05 (1-D) 0,3 = 0,8D Diperoleh: D = 0,375 kg distilat dan W = 0,625 kg waste
CONTOH SOAL: Sebuah campuran mengandung 45 % benzen (B) dan 55 % Toluen (T) dalam % berat. Dipisahkan di dalam sebuah kolom distilasi dimana overhead stream (top produk) terdiri dari 95wt % B, dimana 8 % dari benzen umpan keluar dari bottom kolom. Umpan kolom sebesar 2000 kg/jam campuran. Tentukan: a. Laju aliran produk overhead (kg/jam) = 871,579kg/jam b. Laju aliran benzen dan toluen pada produk bottom (kg/jam) = 72 kg/jam benzen, 1056.421 kg/jam toluen.
Penyelesaian: Basis 1 jam operasi 2000 kg 0,45 B 0,55 T W kg X B (1-X)T D kg 0,95 B 0,05 T Info dari soal untuk Benzen: 0,08 x 0,45 x 2000 = x.w sehingga 72 = x.w (1) Neraca Total 2000 = D + W (2) Neraca Benzen: 0,45 x 2000 = 0,95 D + xw 900 = 0,95 D + xw (3) Subtitusikan pers (1) ke (3) 900 = 0,95D + 72 D = 871,579 kg subtitusikan ini ke (2) W = 2000 871,579 = 1.128,421 kg Maka Toluen = 1.128,421 72 = 1.056,421 kg
Neraca Massa Pada Pengering Dalam pemrosesan ikan, setelah minyak ikan diekstrak, ampas ikan (fish cake) kemudian dikeringkan di dalam pengering drum berputar (rotary dryer). Fish cake digiling sampai halus dan dikemas. Produk kemasan mengandung 65% protein. Fish cake yang diumpankan ke dalam dryer mengandung 80% air kemudian keluar dengan kandungan air 40% dimana sebanyak 100 kg air dihilangkan. Tentukan berat fish cake mula-mula yang diumpankan ke dalam dryer.
Penyelesaian: 100 kg H 2 O BDC = Bone Dry Cake A kg Wet Fish Cake 0,8 H 2 O 0,2 BDC Neraca Total: A = 100 + B (1) Neraca BDC: 0,2 A = 0,6 B (2) Subtitusikan pers (1) ke (2) B kg Dry Fish Cake 0,4 H 2 O 0,6 BDC 0,2 (100+B) = 0,6B 20 + 0,2B = 0,6B 20 = 0,4 B B = 50 subtitusikan ini ke pers (1) Jawaban A = 100 + 50 = 150 kg Wet Fish Cake umpan
Soal (kerjakan di kelas) Neraca Massa untuk Wet Suger Wet suger mengandung 20% air diumpankan ke dalam sebuah dryer dimana 75 % dari air yang terdapat dalam wet suger di hilangkan. a. Untuk basis 100 kg umpan, tentukan fraksi massa dry sugar (BDS) pada outlet dryer (fraksi BDS= 80/85) b. Hitung rasio H 2 O hilang / kg wet suger yang meninggalkan dryer (=15/85) c. Jika 1000 ton per bulan wet sugar umpan dryer, berapa banyak air yang harus dihilangkan agar sugar kering sempurna. Dan berapa uang yang dihasilkan jika dry sugar dijual dengan harga Rp 10.000/Kg
Penyelesaian: Neraca Massa untuk Wet Suger Wet suger mengandung 20% air diumpankan ke dalam sebuah dryer dimana 75 % dari air yang terdapat dalam wet suger di hilangkan. a. Untuk basis 100 kg umpan, tentukan fraksi massa dry sugar (BDS) pada outlet dryer (fraksi BDS= 80/85) b. Hitung rasio H 2 O hilang / kg wet suger yang meninggalkan dryer (=15/85) c. Jika 1000 ton per bulan wet sugar umpan dryer, berapa banyak air yang harus dihilangkan agar sugar kering sempurna. Dan berapa uang yang dihasilkan jika dry sugar dijual dengan harga Rp 10.000/Kg Neraca BDS: 80 = (1-x) P (1-x) = 80/85 = 0,941 (jawaban a) W/P = 15/85 = 0,176 (jawaban b) Neraca Total: 100 = W + P (1) W kg H 2 O Informasi Soal: 0,75 x 20 = W W = 15 kg, subtitusikan ke (1) P = 100 - W P = 85 kg Jawaban c: untuk 1000 ton umpan/bulan Dry suger = 10000 x 85 kg x Rp 10.000/kg = 8.500.000.000 rupiah/bulan
Soal (Home Work) buah dikeringkan dengan alat pengering kontinyu. buah basah mengandung 0.80 kg H 2 O/kg, masuk ke dalam alat pengering dengan laju aliran 100 kg/jam, dan keluar dari alat pengering dengan laju aliran 25 kg/jam. buah kering mengandung 0.20 kg H 2 O/kg. Kadar air udara panas yang masuk = 0.01 kg H2O/kg udara kering, dan kadar air udara keluar = 0.02 kg H 2 O/kg udara kering. Hitung: a. laju aliran udara kering (kg/jam) b. Laju aliran air yang menguap (kg/jam) Per grup 10 orang: Presentasikan dalam bentuk slide
Pertemuan ke-3
Kristalizer (Kristalisasi) Kristalisasi adalah proses pembentukan kristal padat dari suatu larutan induk yang homogen. Proses ini adalah salah satu teknik pemisahan padat-cair yang sangat penting dalam industri. Proses ini menghasilkan kemurnian produk hingga 100%. Prinsip pembentukan kristal adalah : Kondisi lewat jenuh untuk suatu larutan seperti larutan gula atau garam atau lewat dingin untuk cairan spt air atau lemak. Contoh proses kristalisasi : gula pasir, kristal pupuk, lemak, protein, pati, garam, dll.
Konsep Neraca Massa di Kristalizer Feed, x F solut T F F kg Kristalizer Kristal P kg x P solut T Neraca Total F = L + P Neraca Solut x F F = x L L + x P P Mother Liquor L kg x L solut T Rendemen = solut di dalam kristal / solut di dalam umpan
Contoh Neraca Massa pada Kristalizer Diinginkan untuk mengkristalkan Barium Nitrat. Dari data diketahui: -Kelarutan Ba(NO 3 ) 2 - Pada 100 o C = 34 g/100 g H 2 O -Pada 0 o C = 5 g/100 g H 2 O Jika ingin dibuat 100 kg Ba(NO 3 ) 2 terlarut pada suhu 100 o C a. Berapakah air yang dibutuhkan? b. Kemudian, bila larutan jenuh didinginkan sampai 0 o C berapakah Ba(NO 3 ) 2 yang akan mengendap (menjadi kristal?) Menentukan komposisi solut x F dan X L Feed, 394,17 kg 0,2537 Ba(NO 3 ) 2 0,7463 H 2 O 100 o C Kristalizer P kg Kristal Ba(NO 3 ) 2 0 o C x F = 34/(34+100) = 0,2537 Mother Liquor L kg 0,0476 Ba(NO 3 ) X 2 L = 5/(5+100) Neraca Total 0,9524 H 2 O = 0,0476 394,17 = L + P (1) 0 o C Menentukan Jumlah umpan, F F = (1/0,2537) x jumlah Ba(NO 3 ) 2 = (1/0,2537) x 100 = 394,17 kg Neraca air 0,7463 x 394,17 = 0,9524 L L = 308,871 subt ke (1) P = 85,299 kg kristal Jumlah air Umpan = 0,7463 x 394,17 = 294,169 kg
Soal (kerjakan di kelas) Pada suatu kristaliser ingin dikristalkan Na 2 SO 4. Data yang diberikan: Kelarutan Na 2 SO 4 pada 104 o C = 29,6 g/100 g H 2 O Kelarutan Na 2 SO 4 pada 20 o C = 19,1 g/100 g H 2 O Jika ingin diproses 6420 kg umpan kristalizer. Buat Diagram Proses secara lengkap Tentukan berat mother liquor dan kristal yang terbentuk.
Neraca Massa di Kondensor Kondensor adalah suatu alat yang terdiri dari jaringan pipa dan digunakan untuk mengubah uap menjadi zat cair (air). dapat juga diartikan sebagai alat penukar kalor (panas) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida. Diagram Proses F kg gas Kondensor x F solut T = 0 o C P = mmhg L kg liquid P kg Gas x P solut T = o C P = mmhg
Contoh Soal Neraca Massa pada kondensasi udara Aliran udara pada 100 o C dan 5260 mmhg mengandung 10% uap air by volum. a. Tentukan persen uap air yang dikondensasi pada akhir proses jika udara didinginkan pada 80 o C pada tekanan konstan. b. Tentukan persen uap air yang dikondensasi pada akhir proses jika udara Isotermal dan tekanan akhir pada 8500 mmhg. 100 Mol Udara 0,1 H 2 O 0,9 BDA T = 100 o C P = 5260 mmhg Diagram Proses Kondensor Q 1 mol H 2 O liq Q 2 mol udara y H 2 O (1-y) BDA T = 80 o C P = 8.500 mmhg Basis : 100 mol udara umpan
Menentukan kondisi udara outlet dari kondenser. (tekanan uap air pada 80oC) y P H * H 2 2 O O (80 P o * H 2 O P (80 total o C) C) tekanan uap air pada 80 355mmHg (gunakan antoine eq) o C Maka, y H2O = 355 mmhg/5260 mmhg = 0,0675. Neraca Total: 100 = Q1 + Q2 ; Q1 = 100 Q2 (1) Neraca BDA 0,9 x 100 = (1-0,0675) Q2 Q2 = 96,5 mol BDA (subtitusikan ke pers (1) Maka: Q1 = 3,5 mol H 2 O terkondensasi. Persen kondensasi: = jumlah H 2 O terkondensasi/h 2 O dalam umpan = (3,5)/(10) x 100 % = 35 %
Antoine Equation untuk H 2 O Log P = A B C + T P = Tekanan, mmhg T = Temperatur, o C A,B, dan C = konstanta Antoine Data konstanta Antoine Untuk H 2 O pada A = 8,0713 B = 1730,63 C = 233,426 P = 10 A B C+T T = 80 o C Subtitusikan nilai A, B,C dan T ke persamaan P, maka P = 355 mmhg
b. Penyelesaian b: 100 Mol Udara 0,1 H 2 O 0,9 BDA T = 100 o C P = 5260 mmhg Kondensor Q 2 mol udara y H 2 O (1-y) BDA T = 100 o C P = 8500 mmhg Q 1 mol H 2 O liq Jawaban: 12 % uap air yang terkondensasi ( buktikan!)
V2 kg/jam Gas Sisa y2 V1 kg/jam Gas y1 Neraca Massa Pada Kolom Absorber Absorber Lo kg/jam Solvent xo L1 kg/jam (Solven + Solut) x1 Absorber merupakan salah satu alat yang sering ditemukan dalam industri. Tujuan dari absorpsi di industri adalah untuk menghilangkan suatu komponen dari campuran gas. Salah satu gas yang biasa dipisahkan dengan proses absorpsi adalah karbon dioksida (CO 2 ), karbon disulfida (CS 2 ).
Contoh: Neraca Massa Pada Absorber Karbondisulfida direcovery dari campuran gas yang terdiri dari 15% mol CS 2, 17,8 % O 2, dan 67,2 % N 2. gas diumpankan secara kontinyu ke dalam menara absorber dari dasar kolom dimana kontak secara berlawanan arah dengan liquid benzen yang hanya menyerap CS 2 namun tidak O 2 maupun N 2. benzen diumpankan ke dalam kolom dengan rasio 2:1 terhadap gas umpan. Sebagian kecil benzen cair yang masuk ke kolom akan menguap dan meninggalkan puncak kolom. Gas yang meninggalkan kolom terdiri dari 2% CS 2 dan 2% benzen. a. Hitung mol fraksi CS 2 pada aliran outlet b. Hitung fraksi CS 2 umpan yang direcovery pada aliran outlet (liquid) (mol CS 2 terserap/mol CS 2 pada umpan) c. Fraksi benzen yang hilang karena menguap
Basis 100 mol umpan gas Maka: Benzen umpan = 200 mol Petunjuk!! 1. Gunakan Neraca Total 2. Gunakan neraca udara 3. Gunakan Neraca Benzen 100 mol Gas 0,15 CS 2 0,178 O 2 0,672 N 2 V mol 0,02 CS 2 0,02 B 200 mol Benzen Absorber P mol (solven+solut) x CS 2. (1-x) Benzen Penyelesaian Neraca Total: 200 + 100 = V + P 300 = V+P (1) Neraca udara : 0,85 x 100 = 0,96V V = 88,542 Subtitusikan V ke (1) P = 211,458 Neraca Benzen: 200 = 0,02V + (1-x)P (2) Subtitusikan nilai V dan P ke (2) x = 0,0626 Jawaban: 1. x = 0,0626 mol fraksi CS2 pada liq outlet 2. Fraksi CS 2 yang direcovery = (13,2/15) = 0,88 3. Fraksi Benzen yg hilang = 0,0085 = 0,85 %
Soal (Kerjakan di kelas) Sebuah menara Tray akan didisain untuk mengabsorb SO 2 dari aliran udara dengan menggunakan air murni sebagai pelarutnya pada 293 0 K (68 0 F). Gas masuk mengandung 20 mol % SO 2 dan keluar menara 2 mol % pada tekanan total 101,3 kpa. Laju aliran udara inert adalah 150 kg udara/j dan aliran air masuk 6000 kg air/j. a. Hitung mol fraksi SO 2 pada aliran outlet b. Hitung mol SO 2 umpan yang direcovery pada aliran outlet per hari (liquid) (mol SO 2 terserap/hari)
MATERI MINGGU KE-4 NERACA MASSA UNTUK MULTI UNIT TANPA REAKSI
Konsep Penyelesaian: Susun Neraca Massa Total Overall Susun Neraca Massa Komponen Overall Susun Neraca Massa Total Unit Susun Neraca Massa Komponen Unit Selesaikan persamaan-persamaan yang telah disusun dengan eliminasi atau subtitusi.
Contoh: Dua Unit Alat Process 40 Kg/jam 0,9 A 0,1B 30 Kg/jam 0,6 A 0,4B 100 Kg/jam 0,5 A 0,5B I F1 F2 F3 20 Kg/jam 0,3 A 0,7B II Tentukan Flow rate pada F1, F2 dan F3 Serta komposisi pada stream F1, F2, dan F3
Diagram Proses dengan label yang lengkap 40 Kg/jam 0,9 A 0,1B 30 Kg/jam 0,6 A 0,4B 100 Kg/jam 0,5 A 0,5B I F 1 kg/j x 1 A (1-x 1 )B F 2 kg/j x 2 A (1-x 2 )B II F 3 kg/j x 3 A (1-x 3 )B Penyelesaian Neraca Total Overall 30 Kg/jam 0,3 A 0,7B 100 + 30 = 40 + 30 + F3 F3 = 60 Neraca komponen A Overall 0,5 x 100 + 0,3 x 30 = 0,9 x 40 + 0,6 x 30 + x 3.60 x 3 = 0,0833 Neraca Total Unit II F2 = 30 + 60 F2 = 90 Neraca komponen A di unit II x 2. 90 = 0,6 x 30 + 0,0833 x 60 x 2 = 0,2555
Penyelesaian: 40 Kg/jam 0,9 A 0,1B 30 Kg/jam 0,6 A 0,4B 100 Kg/jam 0,5 A 0,5B I F 1 kg/j x 1 A (1-x 1 )B F 2 kg/j X 2 A (1-x 2 )B II F 3 kg/j X 3 A (1-x 3 )B Neraca Total Unit I 100 = 40 + F1 F1 = 60 Neraca komponen A di unit I 0,5 x 100 = x 1. 60 + 0,9 x 40 x 1 = 0,233 30 Kg/jam 0,3 A 0,7B
Diagram Proses Lengkap 40 Kg/jam 0,9 A 0,1B 30 Kg/jam 0,6 A 0,4B 100 Kg/jam 0,5 A 0,5B I 60 kg/j 0.233 A 0.77B 90 kg/j 0.255 A 0.75B II 60 kg/j 0.0833A 0.917B 30 Kg/jam 0,3 A 0,7B
Evaporator Evaporator adalah alat industri yang digunakan untuk memekatkan larutan. Proses evaporasi banyak dijumpai di industri makanan, farmasi dan industri bahan kimia. Tujuan utama evaporasi adalah menghilangkan kandungan air yang terdapat di dalam larutan.
Soal di Evaporator Dalam pembuatan gula tebu, 4000 Kg/j larutan gula 10% (% berat) diumpankan ke evaporator I yang menghasilkan larutan gula 18%. Larutan hasil evaporator I ini diumpankan ke evaporator II sehingga dihasilkan larutan gula 50%. Tentukan : Air yang teruapkan dari masing-masing evaporator. Larutan yang diumpankan ke evaporator II. Produk yang dihasilkan. Basis : 1 Jam Operasi 4000 kg 0,1 Gula 0,9 H 2 O I V1 kg 100% H 2 O II V2 kg 100% H 2 O Petunjuk: 1. NM Unit I 2. NM Unit II 3. Cek NM Overall Kondensat H 2 O = V1 Dicari: V1, V2, P1, dan P2 P1 kg 0,18 Gula 0,82 H 2 O P2 kg 0,5 Gula 0,5 H 2 O
Penyelesaian Analisa di sekitar Evaporator I Basis : 1 Jam Operasi V1 kg 100% H 2 O V2 kg 100% H 2 O 4000 kg I II Kondensat H 2 O = V1 0,1 Gula 0,9 H 2 O Neraca Gula 0,1 x 4000 = 0,18 x P1 P1 = 400/18 = 2222,22 kg Neraca Total 4000 = V1 + P1 V1 = 4000 2222,22 = 1777,78 kg P1 kg 0,18 Gula 0,82 H 2 O P2 kg 0,5 Gula 0,5 H 2 O
Analisa di sekitar Evaporator II Penyelesaian V1 kg 100% H 2 O V2 kg 100% H 2 O Basis : 1 Jam Operasi I II Kondensat H 2 O = V1 4000 kg 0,1 Gula 0,9 H 2 O Neraca H2O V1+0,82x2222,22= V2+0,5P2+V1 1822,22 = V2+0,5P2 V2 = 1822,22 0,5P2 (1) P1 = 2222,22kg 0,18 Gula 0,82 H 2 O Neraca Total V1 + 2222,22 = V2 + P2 + V1 2222,22 = V2 + P2 (2) P2 kg 0,5 Gula 0,5 H 2 O Subtitusi Persamaan (1) ke (2) 2222,22 = 1822,22 0,5P2 + P2 P2 = 800 kg subtitusi ke (1) V2 = 1422,22
Analisa di keseluruhan sistem Penyelesaian V1 =1777,78 kg 100% H 2 O V2 =1422,22 kg 100% H 2 O Basis : 1 Jam Operasi I II Kondensat H 2 O = 1777,78 4000 kg 0,1 Gula 0,9 H 2 O Neraca Total 4000 = V2 + P2 + V1 4000 = 1422,22 + 800 + 1777,78 4000 = 4000 cek P1 = 2222,22kg 0,18 Gula 0,82 H 2 O P2 =800 kg 0,5 Gula 0,5 H 2 O Kesimpulan V1 = 1777,78 kg P1 = 2222,22 kg V2 = 1422,22 kg P2 = 800 kg
Ekstraksi padat-cair (Leaching) Leaching banyak dipakai dalam berbagai industri. Leaching minyak dari kacang tanah, kacang kedelai, biji bunga matahari, biji kapas, dan sebagainya untuk produksi minyak goreng menggunakan pelarut organik seperti heksana, aseton, dan eter. Pada industri farmasi, leaching akar tanaman, daun, ataupun batang digunakan untuk berbagai produk farmasi. Selain untuk berbagai kegunaan di atas leaching juga dijumpai dalam industri pemrosesan logam. Misalnya garam tembaga di-leaching dari bijih yang mengandung berbagai logam dengan menggunakan asam sulfat atau larutan amoniak.
Contoh Soal: Proses Ekstraksi bean Dalam produksi bean oil secara ekstraksi. Beans yang mengandung 10 % wt oil dan 90% solid digiling dan diumpankan ke dalam mixer yang bertemu dengan liquid hexane. Rasio umpan adalah (3 kg hexane/kg bean). Prinsipnya semua oil diekstrak oleh hexana di dalam sebuah ekstraktor. Keluaran ekstraktor masuk ke dalam filter press dimana filter cake mengandung 75%wt bean solid sisanya oil dan hexane (note: rasio oil dan hexana sama dengan ketika masuk ekstraktor). Liquid filtrat lalu diumpankan ke dalam evaporator untuk dipekatkan dengan cara menguapkan hexana. Tentukan berapa persen yield dari proses tersebut. (jawaban: 90,3%) Dari soal bahwa rasio oil to hexana = 0,1 : 3 Maka 0il pada filtrat = 0,1/3,1 x 2,8 = 0,0903 F1 kg Bean 0,1 oil 0,9 solid Mixer/ ekstraktor Basis : 1 kg bean (F1) F2 kg Hexana F2 = 3 kg (sesuai keterangan soal) Filter Filtrat x oil (1-x) hexana FC kg Neraca Solid 0,9x1 = 0,75FC FC = 1,2 kg Neraca Total F1 + F2 = FC + Filtrat Filtrat = 2,8 kg % Yield =oil pada filtrat per oil pada bean umpan = 0,0903/0,1 x 100% = 90,3 % 0,75 solid 0,25 oil+hexana
Contoh Soal: Dua Kolom Distilasi Campuran liquid yang terdiri dari 30.0 mol % benzene (B), 25 % toluene (T), dan sisanya xylene (X) diumpankan ke kolom distilasi. Produk Bottom mengandung 98 mol % X dan tidak ada B dan 96 % X di dalam umpan terdapat pada bottom. Produk overhead diumpankan ke kolom distilasi ke dua dimana produk overhead kolom ke dua mengandung 97 % B yang diumpankan ke dalam kolom ini. Komposisi dari overhead kolom ke dua adalah 94 mol % B dan sisanya T. Hitung: a. Persentasi benzen (dari umpan kolom pertama) yang keluar sebagai overhead product dari kolom kedua. Jawab: 97% b. Persentasi toluene (dari umpan kolom pertama) yang keluar sebagai bottom product dari kolom kedua. Jawab: 89%
Penyelesaian: Dua Kolom Distilasi Campuran liquid yang terdiri dari 30.0 mol % benzene (B), 25 % toluene (T), dan sisanya xylene (X) diumpankan ke kolom distilasi. Produk Bottom mengandung 98 mol % X dan tidak ada B dan 96 % X di dalam umpan terdapat pada bottom. Produk overhead diumpankan ke kolom distilasi ke dua dimana produk overhead kolom ke dua mengandung 97 % B yang diumpankan ke dalam kolom ini. Komposisi dari overhead kolom ke dua adalah 94 mol % B dan sisanya T. Informasi soal: Xilene: 0,96 x 0,45 x 100 = 0,98 P1 P1 = 44,082 Benzen: 0,97 x 0,3 x 100 = 0,94P2 P2 = 30,957 Neraca Total Overall: 100 = P1 + P2 + P3 P3 = 24,961 Basis: 100 mol umpan 100 mol 0,3 B 0,25 T 0,45 X D1 P1 mol 0,98 X 0,02 T D2 P2 mol 0,94 B 0,06T P3 mol y B (1-y)T Neraca Benzen Total: 30 = 0,94P2 + y.p3 y = 0,108 1-y = 0,892 Jawaban a : = 0,94 x 30,957/30 x 100% = 97% Jawaban b : = 0,892 x 24,961/25 x 100% = 89 %
Soal: Dua Kolom Distilasi (Kerjakan di kelas) Suatu industri memisahan campuran A dan B menggunakan distilasi. Umpan menara distilasi I berisi 50% A dan 50% B ( % berat). Diinginkan distilat (hasil atas) menara distilasi I berisi 90% A. Sedangkan bottom (hasil bawah menara distilasi ) I ini dicampur dengan fluida yang berisi 30%A dan 70% B. Campuran itu diumpankan ke menara distilasi II, sehingga diperoleh distilat berisi 40% A. Jika kecepatan umpan distilasi I adalah 100kg/j, distilat menara distilasi I adalah 49 Kg/j, fluida yang dicampur dengan botom distilasi I adalah 30 Kg/j, serta distilat menara distilasi II adalah 30 Kg/j, Untuk 1 jam operasi tentukan: 1. Proses Diagram 2. semua arus dan komposisi yang keluar dari bottom kolom 1 dan input kolom 2
Soal: Pembuatan Coffee Instant (Kerjakan di luar kelas) Per grup 10 orang: Presentasikan dalam bentuk slide W 2 2 C 1 Percolator Cyclon Separator 20 % I 3 80 % C Press Dryer Roasted ground coffee I and S C C Spray Dryer 5 50 % I 6 7 50 % C W 8 1400 kg/h 70 % I Balance S and W 4 500 kg S/h ( instant coffee) I = insoluble S = Soluble W = water C = solution containing 35% S and 65 % W by mass Calculate the flow rate (kg/h) stream 1 to 8
Minggu Ke-5 Akan dibahas Neraca Massa Tanpa Reaksi dengan By-Pass Neraca Massa Tanpa Reaksi dengan Recyle