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. 2. 3. 4. 5. 6.
Gambar Diagram Alir Proses (PFD) Beri label untuk unknown variabel Tentukan basis perhitungan Tulis komposisi setiap komponen pada setiap aliran Samakan satuan yang ada di semua stream 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
Satuan Harus sama Untuk semua aliran
Basis : 1 jam operasi
F2 kg A
125 kg
PROSES
F3 Liter 0,8 A 0,2B
0,25 A 0,75 B
Aliran Komponen/komposisi
Basis : 1 jam operasi
F2 kg A
125 kg
KONSEP NERACA MASSA INPUT = OUTPUT
F3 Kg
PROSES
0,8 A 0,2B
0,25 A 0,75 B
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 % H2SO4) akan dibuat asam aki dengan konsentrasi 18,63 % H2SO4 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:
Penyelesaian •
•
•
Buat Neraca Total F1 + F2 = 2110 kg
(1)
Buat Neraca komponen H2SO4 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 H2SO4 lemah F2 = 200,43 kg H2SO4 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% HNO3, 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 H2SO4 0,57 F1 + 0,93F2 = 0,6 x 1000 0,57 F1 + 0,93 F2 = 600 (2) • Buat Neraca komponen HNO3 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 KMnO4 0,5 M sebanyak 500 mL dari kristal KMnO4. Berapa gram KmnO4 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 Distilat D kg 0,85 etanol 0,15 H2O
Basis : 1 Jam Operasi
Feed , F kg
Distilasi
0,35 etanol 0,65 H2O
Waste W kg 0,05 etanol 0,95 H2O
Tentukan kg distilat dan waste per kg feed
Basis : 1 kg umpan
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)
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 D kg 0,95 B 0,05 T 2000 kg 0,45 B 0,55 T
W kg XB (1-X)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 H2O
BDC = Bone Dry Cake A kg Wet Fish Cake 0,8 H2O 0,2 BDC B kg Dry Fish Cake Neraca Total: A = 100 + B
0,4 H2O 0,6 BDC (1)
Neraca BDC: 0,2 A = 0,6 B (2) Subtitusikan pers (1) ke (2)
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 H2O 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 •
W kg H2O
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 H2O hilang / kg wet suger yang meninggalkan dryer (=15/85) c. Jika 1000 ton per bulan wet sugar Neraca Total: umpan dryer, berapa banyak air yang 100 = W + P (1) harus dihilangkan agar sugar kering sempurna. Dan berapa uang yang Informasi Soal: dihasilkan jika dry sugar dijual dengan 0,75 x 20 = W W = 15 kg , subtitusikan ke (1) harga Rp 10.000/Kg P = 100 - W P = 85 kg Neraca BDS: 80 = (1-x) P (1-x) = 80/85 = 0,941 (jawaban a) Jawaban c: untuk 1000 ton umpan/bulan Dry suger = 10000 x 85 kg x Rp 10.000/kg W/P = 15/85 = 0,176 (jawaban b) = 8.500.000.000 rupiah/bulan
Soal (Home Work) • buah dikeringkan dengan alat pengering kontinyu. buah basah mengandung 0.80 kg H2O/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 H2O/kg. Kadar air udara panas yang masuk = 0.01 kg H2O/kg udara kering, dan kadar air udara keluar = 0.02 kg H2O/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 , F kg
xF solut TF
Neraca Total F=L+P
Neraca Solut xF F = x L L + x P P
Kristal P kg xP solut T
Kristalizer
Mother Liquor L kg xL 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(NO3)2 - Pada 100 oC = 34 g/100 g H2O -Pada 0 oC = 5 g/100 g H2O Menentukan komposisi solut xF dan XL xF = 34/(34+100) = 0,2537 XL = 5/(5+100) = 0,0476 Menentukan Jumlah umpan, F F = (1/0,2537) x jumlah Ba(NO3)2 = (1/0,2537) x 100 = 394,17 kg
Jika ingin dibuat 100 kg Ba(NO3)2 terlarut pada suhu 100oC a. Berapakah air yang dibutuhkan? b. Kemudian, bila larutan jenuh didinginkan sampai 0oC berapakah Ba(NO3)2 yang akan mengendap (menjadi kristal?)
Feed , 394,17 kg 0,2537 Ba(NO3)2 0,7463 H2O 100 oC
Kristalizer
P kg Kristal Ba(NO3)2 0 oC
Mother Liquor L kg 0,0476 Ba(NO3)2 Neraca Total 0,9524 H2O 394,17 = L + P (1) 0 oC Neraca air Jumlah air Umpan 0,7463 x 394,17 = 0,9524 L = 0,7463 x 394,17 L = 308,871 subt ke (1) = 294,169 kg P = 85,299 kg kristal
Soal (kerjakan di kelas) • Pada suatu kristaliser ingin dikristalkan Na2SO4. • Data yang diberikan: Kelarutan Na2SO4 pada 104oC = 29,6 g/100 g H2O Kelarutan Na2SO4 pada 20oC = 19,1 g/100 g H2O
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 x F solut
P kg Gas Kondensor
T = 0oC P = mmHg L kg liquid
x P solut T = oC P = mmHg
Contoh Soal Neraca Massa pada kondensasi udara Aliran udara pada 100oC dan 5260 mmHg mengandung 10% uap air by volum. a. Tentukan persen uap air yang dikondensasi pada akhir proses jika udara didinginkan pada 80 oC pada tekanan konstan. b. Tentukan persen uap air yang dikondensasi pada akhir proses jika udara Isotermal dan tekanan akhir pada 8500 mmHg.
Basis : 100 mol udara umpan
Diagram Proses 100 Mol Udara
0,1 H2O 0,9 BDA T = 100oC P = 5260 mmHg
Q2 mol udara Kondensor
y H2O (1-y) BDA T = 80oC P = 8.500 mmHg
Q1 mol H2O liq
•
Menentukan kondisi udara outlet dari kondenser. (tekanan uap air pada 80oC)
y H 2O
PH* 2O (80o C ) Ptotal
PH* 2O (80o C ) tekanan uap air pada 80o C 355 mmHg (gunakan antoine eq)
• Maka, yH2O = 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 H2O terkondensasi. Persen kondensasi: = jumlah H2O terkondensasi/H2O dalam umpan = (3,5)/(10) x 100 % = 35 %
Antoine Equation untuk H2O 𝐵 𝐿𝑜𝑔 𝑃 = 𝐴 − 𝐶+𝑇 P = Tekanan, mmHg T = Temperatur, oC A,B, dan C = konstanta Antoine
Data konstanta Antoine Untuk H2O pada A = 8,0713 B = 1730,63 C = 233,426 𝐵
𝑃 = 10
𝐴 − 𝐶+𝑇
T = 80oC
Subtitusikan nilai A, B,C dan T ke persamaan P, maka P = 355 mmHg
b. Penyelesaian b:
100 Mol Udara 0,1 H2O 0,9 BDA T = 100oC P = 5260 mmHg
Q2 mol udara Kondensor y H2O (1-y) BDA T = 100oC P = 8500 mmHg Q1 mol H2O liq
Jawaban: 12 % uap air yang terkondensasi ( buktikan!)
Neraca Massa Pada Kolom Absorber V2 kg/Jam Gas Sisa y2
Lo kg/Jam Solvent xo
Absorber
V1 kg/jam Gas y1
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 (CO2), karbon disulfida (CS2).
L1 kg/jam (Solven + Solut) x1
Contoh: Neraca Massa Pada Absorber Karbondisulfida direcovery dari campuran gas yang terdiri dari 15% mol CS2, 17,8 % O2, dan 67,2 % N2. gas diumpankan secara kontinyu ke dalam menara absorber dari dasar kolom dimana kontak secara berlawanan arah dengan liquid benzen yang hanya menyerap CS2 namun tidak O2 maupun N2. 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% CS2 dan 2% benzen. a. Hitung mol fraksi CS2 pada aliran outlet b. Hitung fraksi CS2 umpan yang direcovery pada aliran outlet (liquid) (mol CS2 terserap/mol CS2 pada umpan) c. Fraksi benzen yang hilang karena menguap
Basis 100 mol umpan gas Maka: Benzen umpan = 200 mol
Penyelesaian 200 mol Benzen
V mol 0,02 CS2 0,02 B
Neraca udara : 0,85 x 100 = 0,96V V = 88,542 Subtitusikan V ke (1) P = 211,458
Petunjuk!! 1. Gunakan Neraca Total 2. Gunakan neraca udara 3. Gunakan Neraca Benzen
Absorber
100 mol Gas 0,15 CS2 0,178 O2 0,672 N2
Neraca Total: 200 + 100 = V + P 300 = V+P (1)
P mol (solven+solut) x CS2 . (1-x) Benzen
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 CS2 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 SO2 dari aliran udara dengan menggunakan air murni sebagai pelarutnya pada 2930K (680F). Gas masuk mengandung 20 mol % SO2 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 SO2 pada aliran outlet
b.
Hitung mol SO2 umpan yang direcovery pada aliran outlet per hari (liquid) (mol SO2 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
100 Kg/jam 0,5 A 0,5B
I
F1
30 Kg/jam 0,6 A 0,4B
F2
II
20 Kg/jam 0,3 A 0,7B
Tentukan Flow rate pada F1, F2 dan F3 Serta komposisi pada stream F1, F2, dan F3
F3
Diagram Proses dengan label yang lengkap 40 Kg/jam 0,9 A 0,1B
100 Kg/jam 0,5 A 0,5B
I
Penyelesaian Neraca Total Overall
30 Kg/jam 0,6 A 0,4B
F1 kg/j
F2 kg/j
x1 A (1-x1)B
x2 A (1-x2)B
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 + x3.60 x3 = 0,0833
II
F3 kg/j x3 A (1-x3)B
Neraca Total Unit II F2 = 30 + 60 F2 = 90 Neraca komponen A di unit II x2. 90 = 0,6 x 30 + 0,0833 x 60 x2 = 0,2555
Penyelesaian: 40 Kg/jam 0,9 A 0,1B
100 Kg/jam 0,5 A 0,5B
I
Neraca Total Unit I 100 = 40 + F1 F1 = 60
30 Kg/jam 0,6 A 0,4B
F1 kg/j
F2 kg/j
x1 A (1-x1)B
X2 A (1-x2)B 30 Kg/jam 0,3 A 0,7B
Neraca komponen A di unit I 0,5 x 100 = x1. 60 + 0,9 x 40 x1 = 0,233
II
F3 kg/j X3 A (1-x3)B
Diagram Proses Lengkap 40 Kg/jam 0,9 A 0,1B
100 Kg/jam 0,5 A 0,5B
I
30 Kg/jam 0,6 A 0,4B
60 kg/j 90 kg/j 0.233 A 0.255 A 0.77B 0.75B
30 Kg/jam 0,3 A 0,7B
II
60 kg/j 0.0833A 0.917B
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. V2 kg 100% H2O
V1 kg 100% H2O
Basis : 1 Jam Operasi
Petunjuk: 1. NM Unit I 2. NM Unit II 3. Cek NM Overall
II
I 4000 kg
Kondensat H2O = V1
0,1 Gula 0,9 H2O Dicari: V1, V2, P1, dan P2
P1 kg
0,18 Gula 0,82 H2O
P2 kg 0,5 Gula 0,5 H2O
Penyelesaian Analisa di sekitar Evaporator I V1 kg 100% H2O
Basis : 1 Jam Operasi
I
V2 kg 100% H2O
II
4000 kg
Kondensat H2O = V1
0,1 Gula 0,9 H2O 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 H2O
P2 kg 0,5 Gula 0,5 H2O
Penyelesaian Analisa di sekitar Evaporator II
V1 kg 100% H2O
V2 kg 100% H2O
Basis : 1 Jam Operasi II
I
Kondensat H2O = V1
4000 kg 0,1 Gula 0,9 H2O P1 = 2222,22kg
Neraca H2O V1+0,82x2222,22= V2+0,5P2+V1 1822,22 = V2+0,5P2 V2 = 1822,22 – 0,5P2 (1) Subtitusi Persamaan (1) ke (2)
0,18 Gula 0,82 H2O
P2 kg 0,5 Gula 0,5 H2O
Neraca Total V1 + 2222,22 = V2 + P2 + V1 2222,22 = V2 + P2 (2) 2222,22 = 1822,22 – 0,5P2 + P2 P2 = 800 kg subtitusi ke (1)
V2 = 1422,22
Penyelesaian V1 =1777,78 kg 100% H2O
Analisa di keseluruhan sistem
V2 =1422,22 kg 100% H2O
Basis : 1 Jam Operasi II
I
Kondensat H2O = 1777,78
4000 kg 0,1 Gula 0,9 H2O P1 = 2222,22kg
0,18 Gula 0,82 H2O
Neraca Total 4000 = V2 + P2 + V1 4000 = 1422,22 + 800 + 1777,78 4000 = 4000 cek
P2 =800 kg 0,5 Gula 0,5 H2O
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%)
F2 kg Hexana
F1 kg Bean 0,1 oil 0,9 solid
Dari soal bahwa rasio oil to hexana = 0,1 : 3 Maka 0il pada filtrat = 0,1/3,1 x 2,8 = 0,0903
Mixer/ ekstraktor
Basis : 1 kg bean (F1)
Filter
FC kg 0,75 solid 0,25 oil+hexana
Filtrat x oil (1-x) hexana
F2 = 3 kg (sesuai keterangan soal)
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 %
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%
P2 mol
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
0,94 B 0,06T
Basis: 100 mol umpan D2
100 mol 0,3 B 0,25 T 0,45 X
D1
P3 mol yB (1-y)T
P1 mol 0,98 X 0,02 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 Roasted ground coffee 1 I and S C Percolator
W 2 2 2
Cyclon Separator 20 % I 3 80 % C
C
C
Press 5
W
7
I = insoluble S = Soluble W = water C = solution containing 35% S and 65 % W by mass
4
Spray Dryer 6
50 % I 50 % C
Dryer
8 1400 kg/h 70 % I Balance S and W
500 kg S/h ( instant coffee) 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
