NERACA MASSA TANPA REAKSI Pertemuan ke-5 Dengan By-Pass
•
Sistem by-pass adalah sebuah sistem yang mempunyai satu aliran yang langsung ke akhir proses.
Konsep menyusun persamaan F2 F1
Spliting point
F3
F1 = F2 + F3
Konsentrasi pada F1, F2 dan F3 sama
Sistem by-pass Aplikasi pada: Industri tekstil, Pengolahan limbah, Industri makanan •
•
•
Sistem by-pass ini bertujuan untuk: Mengatur komposisi arus keluar dari sebuah proses dengan cara mencampur output proses dengan aliran by-pass dalam perbandingan tertentu sehingga mendapatkan komposisi akhir yang diinginkan. •
Aplikasi di industri untuk sistem by-pass: Pembuatan larutan NaOH Sebuah industry tekstil, bermaksud untuk membuat larutan kaustik soda 24 % (w/w) untuk keperluan proses mercerisation . Sehubungan dengan tingginya panas pelarutan kaustik soda di dalam air, larutan di atas disiapkan melalui dua tahap proses. Pertama, di dalam sebuah dissolution tank , kaustik soda (padatan) dilarutkan dengan sejumlah air murni sehingga dihasilkan larutan kaustik soda 50 % (w/w). Setelah pelarutan sempurna dan didinginkan kemudian larutan ini diencerkan di dalam sebuah dilution tank dimana sejumlah air ditambahkan melalui aliran bypass sehingga dihasilkan larutan kaustik soda 24%. Dua tahap proses yang dimaksud digambarkan seperti berikut ini: •
•
Tentukan MFR solid NaOH dan Pure Water agar dihasilkan 1 ton/hari NaOH 24% serta aliran w1 dan w2
Penyelesaian
Basis : 1 hari operasi
•
Neraca Total di splitting point F1 = w1 + w2
•
Neraca Total Overall F1 + F2 = 1000
•
760 = w1 + w2 (2) (1)
•
Neraca NaOH Overall
F2 = 0,5 F3
F2 = 0,24 x 1000 = 240 kg Subtitusikan ke pers (1) Maka: F1 = 760 kg pure water
Neraca NaOH di Dissolution Tank F3 = 240/0,5 = 480 kg
•
Neraca air di Dilution Tank 0,5 F3 + w2 = 760 subtitusikan nilai F3, maka w2 = 520 kg aliran by-pass Subtitusikan ini ke pers (2) Maka w1 = 240 kg aliran air ke dissolution tank.
Aplikasi di industri untuk sistem by-pass: Pengolahan Limbah •
Sebuah proses pengolahan limbah yang mengandung 500 ppm zat pengotor. Proses dapat menurunkan impuritis sehingga menjadi 10 ppm. Regulasi pemerintah membolehkan limbah dibuang dengan kadar pengotor 100 ppm. Tentukan berapa bagian limbah yang perlu di by-pass guna mengurangi beban proses. Beberapa Asumsi: 1. Karena y <<< output proses = input 2. y diabaikan pada neraca overall
Basis : 1 Liter umpan Limbah x liter 500 mg/liter I
1 liter
(1-x) liter
(1-x) liter
500 mg I
10 mg/liter I
y mg I
I = impurities
1 liter 100 mg I
Neraca Impurities di Mixing Point 500x + 10 (1-x) = 100 = 0,18 liter
Latihan Soal : Kerjakan di kelas •
•
Pada pembuatan feedstok di pabrik bensin, isopentana dihilangkan dari bensin bebas butana. Proses yang terjadi seperti pada gambar berikut. Tentukan X, S dan Y.
Asumsi: proses tidak ada reaksi
Basis : 100 kg umpan
S kg i-C5H12 : 100%
r e z i n a t u b e D
X kg
a n r a t e n w e P o T o s I Y
Umpan bebas butana
100 kg 0,8 n-C5H12 0,2 i-C5H12
kg n-C5H12 : 100% Produk 0,9 n-C5H12 0,1 i-C5H12
NERACA MASSA TANPA REAKSI Pertemuan ke-6 Dengan Recycle
•
Sistem recycle adalah sebuah sistem yang mempunyai satu atau lebih aliran yang kembali ke awal.
Konsep menyusun persamaan F2 F1
Mixing point
F3
F1 + F2 = F3
Konsentrasi pada F1, F2 dan F3 tidak sama
F3 = Feed F1 = Fresh Feed
Sistem dengan Recycle (tanpa reaksi kimia) Aplikasi pada: •
Kolom distillation,
•
crystallization,
Sistem recycle ini bertujuan untuk: •
Meningkatkan kemurnian produk
Contoh: Neraca Massa Pada Kolom Distilasi
Suatu kolom distilasi akan dipakai untuk memisahkan 10.000 kg/jam campuran 50 % Benzen dan 50 % Toluen. Produk yang keluar dari kondensor dari bagian atas kolom mengandung 95% benzen dan dari bawah mengandung 96 % Toluen. Rate aliran masuk kondensor 8000 kg/jam sebagian produk dikembalikan lagi ke kolom sebagai reflux dan sisanya ditarik sebagai produk. Tentukan rasio jumlah yang direflux dan produk distilat (R/D). Petunjuk: V condensor 1. Buat Neraca Overall 2. Buat Neraca Benzen Overall 3. Buat neraca disekitar reflux R D kg •
•
i s a l i t s i D
10.000 kg/jam 0,5 B 0,5 T Neraca Overall 10.000 = D + W W = 10.000 – D (1) Neraca Benzen Overall 0,5x10.000 = 0,95D + 0,04W 5000 = 0,95D + 0,04W
(2)
0,95 B 0,05 T Subtitusi pers (1) ke (2) 5000 = 0,95D + 0,04(10000-D) D = 5055 W kg Subtitusi nilai D ke pers (1) 0,04 B W = 10.000 – 5055 = 4945 0,96 T
V
condensor
R 10.000 kg/jam 0,5 B 0,5 T
Neraca Total Sekitar reflux 8000= 5055 + R R = 2945 Rasio R/D = 2945/5055 =0,58
Dkg
i s a l i t s i D
0,95 B 0,05 T
W kg 0,04 B 0,96 T
Soal •
•
Suatu kolom distilasi akan dipakai untuk memisahkan 10.000 kg/jam campuran 50 % Benzen dan 50 % Toluen. Produk yang keluar dari kondensor dari bagian atas kolom mengandung 95% benzen dan dari bawah mengandung 96 % Toluen. Produk atas masuk ke kondensor, output kondensor dipisah menjadi aliran distilat (produk) dan sebagian produk dikembalikan lagi ke kolom sebagai reflux Tentukan umpan kondensor jika reflux rasio (R/D) adalah 1,2.
Evaporator-Kristalizer W kg/jam H2O
FF kg/jam xF solid
F
EVAPORATOR
R kg/jam xR solid
K kg/jam xK solid
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
P kg/jam xP FC (1- xP ) solution
Note: di dalam solution terdapat padatan dan air
Contoh soal Pada Evaporator-Kristalizer Fresh Feed sebanyak 10.000lb/jam dari 40% larutan encer NaOH. Aliran FF bergabung dengan filtrat yang direcycle dari unit kristalizer, dan diumpankan ke evaporator dimana sebagian air dipisahkan sehingga larutan NaOH menjadi 50% yang kemudian diumpankan ke dalam unit krystallizer. Kristalizer menghasilkan filter cake yang berupa 95% NaOH crystals dan 5% larutan, larutan tsb terdiri dari 45% NaOH. Filtrate mengandung 45% NaOH. a. Tentukan flow rate air yang diuapkan dari evaporator. b. Tentukan laju recycle c. Asumsi dengan laju produksi yang sama tetapi filtrat tidak direcycle. Berapa total laju umpan 40% NaOH, dengan asumsi aliran keluar evaporator tetap mengandung 50% NaOH.
W lb/jam H2O F, 10.000 lb/j
G lb/jam
EVAPORATOR 40 % wt NaOH
50 % wt NaOH
R lb/jam Filtrat 45 % wt NaOH
Neraca massa Overall NaOH (0.4)(10,000) = [0.95 + (0.45) (O.O5)]P P=4113 lb Neraca massa Overall H2O (0.6)(10,000) = W + [ (0.55) (O.O5)]P; subtitusi nilai P W=5887 lb Total NaOH pada produk = [0.95 + (0.45) (O.O5)]4113 = 4000 lb
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
P lb/jam 95%wt FC 5 % wt solution (45 % wt NaOH)
Basis: 1 jam operasi Maka: FF NaOH = 10.000 lb
Neraca Massa Pada Unit Kristalizer Komponen NaOH: 0,5 G = 4000 + 0,45 R Komponen H2O: 0,5G = 113 + 0,55 R Dengan 2 persamaan di atas didapat: R = 38.870 lb
Diagram alir tanpa recycle W lb/jam H2O F
lb/j
G lb/jam
EVAPORATOR 40 % wt NaOH
50 % wt NaOH
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
H lb/jam Filtrat 45 % wt NaOH
Basis : P = 4113 lb (sama 1 jam) operasi (Dari perhitungan sebelumnya)
P lb/jam 95%wt FC 5 % wt solution (45 % wt NaOH)
W lb/jam H2O F
lb/j
EVAPORATOR
G lb/jam
40 % wt NaOH
50 % wt NaOH
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
H lb/jam
P lb/jam 95%wt FC 5 % wt solution (45 % wt NaOH)
Filtrat 45 % wt NaOH
Neraca Massa Pada Unit Kristalizer Komponen NaOH: 0,5 G = [(0,95)+(0,05)(0,45)](4113) + 0,45 H
Neraca Overall NaOH 0,4F = 0,45(38.870)+4000 F = 53.730 lb
Komponen H2O: 0,5G = [(0,05)(0,55)(4113)+0,55H Dengan 2 persamaan di atas didapat: H = 38.870 lb
Kesimpulan?
SOAL 4500 kg/jam larutan 33,3 % K2CrO4 digabungkan dengan aliran recycle yang mengandung 36,36 % K2CrO4 kemudian campuran ini diumpankan ke evaporator. Konsentrasi meninggalkan evaporator adalah 49,4 % K2CrO4 , aliran ini lalu diumpankan ke kristalizer untuk dikristalkan kemudian dipisahkan dengan filter antara filtrat dan filter cake. Filter cake terdiri dari K2CrO4 kristal dan larutan yang juga mengandung 36,36 % K2CrO4 .jumlah kristal adalah 95 % dari filter cake. Filtrat yang juga mengandung 36,36 % K2CrO4 direcycle ke evaporator.
Tentukan 1. Diagram alir proses 2. Jumlah air yang menguap di evaporator 3. Jumlah kristal yang diproduksi (K2CrO4 ) 4. Rasio kg recycle/kg fresh feed
SOAL 5000 kg/jam larutan 35 % K2CrO4 digabungkan dengan aliran recycle yang mengandung 36 % K 2CrO4 dan campuran ini diumpankan ke evaporator. Konsentrasi larutan yang meninggalkan evaporator 49% K2CrO4, aliran ini kemudian diumpankan ke kristalizer untuk didinginkan sehingga terbentuk Kristal K 2CrO4 dan dipisahkan di dalam filter. Filter cake terdiri atas K 2CrO4 kristal dan larutan yang mengandung 36% K2CrO4. Jumlah Kristal 95% dari filter cake. Larutan yang menembus filter juga 36% K 2CrO4 adalah aliran recycle. Tentukan: a. Air yang menguap di evaporator b. Ratio kg recycle/kg fresh feed c. Jika produk yang diharapkan adalah 1 juta ton per tahun tentukan umpan segar larutan 35 % K 2CrO4. •
Pertemuan Ke-7 Quis
