TUGAS AZAS TEKNIK KIMIA NERACA ENERGI
Disusun oleh : Kelompok IX Ganjil Anggota : Aji Sanjaya
130405077
Joseph O. A. Tambun
130405079
Yudi Faradey
130405081
Syarifah Nadiratuzzahra
130405083
Muhammad Ridha
130405085
Finny Angkie Winoto
130405087
Alexander
130405089
1. Dengan menggunakan Tabel B.2, hitunglah : a. Kapasitas bahang (C p) dari benzena cair pada suhu 40 oC. b. Kapasitas bahang uap benzena pada tekanan konstan suhu 40 oC. o
c. Kapasitas bahang karbon padat pada tekanan konstan suhu 40 C.
d. ∆Ĥ (kJ/mol) untuk uap benzena dari 40oC ke 300 oC. e. ∆Ĥ (kJ/mol) untuk karbon padat dari 40oC ke 300 oC. Penyelesaian : Dari Tabel B.2 Felder dan Rousseau hal. 635
a. (C p) = 0,06255 + 23,4 x 10 -5 (313) = 0,136 kJ/(mol.K) b. (C p) = 0,07406 + 32,95 x 10 -5 (40) – 25,20 x 10 -8 (40)2 + 77,57 x 10 -12 (40)3 o
= 0,08684 kJ/(mol. C) c. (C p) = 0,01118 + 1,095 x 10 -5 (313) – 4,891 x 10 2 (313)-2 = 0,009615 kJ/(mol.K)
d. ∆Ĥ = = 31,71 kJ/mol
- - - 300 - 40
e. ∆Ĥ =
- - 573313
= 3,459 kJ/mol (Problem 8.4, Felder dan Rousseau, 2005) 2. Gas klorin dipanaskan dari 100 oC, 1 atm menjadi 200 oC. a. Hitunglah kalor masukan (kW) yang dibutuhkan untuk memanaskan aliran gas yang mengalir pada kecepatan 5 kmol/s pada tekanan tetap. b. Hitunglah kalor masukan (kJ) yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu dari 5 kmol klorin pada bejana tertutup yang keras dari 100 oC, 1 atm menjadi 200 oC. Penyelesaian : Dari Tabel B.2 Felder dan Rousseau hal. 635
a. Q = ∆H = 5000 mol/s x
[ -- --] ∫ = 17650 kW
b. Q = ∆U = ∆H - ∆PV = ∆H - nR∆T = 17650 kJ – (5 kmol) (8,314 [kJ/(kmol.K)]) (100 K) = 13490 kJ (Problem 8.9, Felder dan Rousseau, 2005) 3. Hitunglah kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu 50 kg Na 2CO3 dari 10oC menjadi 50oC pada 1 atm menggunakan o
a. Nilai bahang Na 2CO3, yaitu 1,14 kJ/(kg. C). b. Nilai bahang yang diestimasi oleh Hukum Kopp. Hitunglah persen ralatnya. Penyelesaian : a. 50 kg
1,14 kJ
(50-10)oC = 2280 kJ
kg.oC
b. Dari Tabel B.10 Felder dan Rousseau hal. 653
(C p) Na2CO3
2(C )Na + (C )C + 3(C )O p
p
p
= 2(0,026) + 0,0075 + 3(0,017) = 0,1105 kJ/mol. oC 50000 gram
0,1105 kJ
mol.oC
Q = 2085 kJ -
(Problem 8.17, Felder dan Rousseau, 2005)
1 mol 105,99 gram
o
(50-10) C
4. Nilai bahang (C p) dari cairan n-heksana dikur dengan kalorimeter bom. Sebuah erlenmeyer (bom) kecil diletakkan pada bejana yang isolator yang mengandung 2 liter cairan nheksana pada suhu 300K. Reaksi pembakaran diketahui melepaskan 16,73 kJ kalor pada bom dan suhu pada sistem naik sebesar 3,1K. Pada percobaan terpisah, ditemukan bahwa 6,14 kJ kalor dibutuhkan untuk menaikkan temperatur dari sistem kecuali n-heksana sebesar 3,1K. Gunakanlah data ini untuk memperkirakan C p[kJ/(mol.K)] untuk cairan nheksana pada T
300K.
Penyelesaian : Q = m C p ∆T C p = Q / m ∆T (16,73-6,14)kJ
1L
86,17 gram
10 J
(2 L) (3,1 K)
659 gram
1 mol
1 kJ
= 0,223 kJ/(mol.K)
(Problem 8.14b, Felder dan Rousseau, 2005) 5. The contents of a tank containing 1 kg steam at 600 °C and 150 bar are allowed to flow into an evacuated tank of equal capacity until the pressure in both tanks is the same (Figure P7.13). The proses takes place isothermally. (a)Calculate the final temperature and pressure in the combined tank system. (b)Calculate the heat which must be supplied to allow the process to be isothermal.
Conclusion : (Figure P7.13)
Tanki 2
Tanki 1
V1=V2 m = 1 kg steam
awal = kosong
T1 = 600 °C
akhir = P1’ = ?
P1 = 150 bar
T 1’ = ?
(a) Karena proses isothermal, maka T tetap = 600 °C
Dimana : V1 = 0,0249 m 3/kg (dari tabel) V2 = 0 Vakhir = =
= 0,01245 m 3/kg ( antara P = 250 bar dan P = 300 bar )
Interpolasi : P’ = 250
300 250 0,0114 0,0141
(0,01245 0,0141)
= 280,56 bar (b) Proses isothermal → ∆U = 0
Q = ∆U + W Q = W = P ∆V Q = 280,56 bar x 0,01245 m 3 x 100 kPa/bar Q = 349,3 kPa.m 3 Q = 349,3 KJ
Q – W = nRT ln P 1/P2 = 1 kg (Problem 7.13, Reklaitis, 1983)
6. A motor which supplies 750 kW power is used to compress stream at 500 psia and 900 °F adiabatically to 1000 psia and a temperature of 1140 °F. Calculate the flow of steam which can be compressed assuming 100% efficiency.
P1 = 500 psia → 34,46 bar
T1 = 900 °F
→ 482,22 °C
Pada 20 bar dan 482,22 °C
H = 3358
3467 3358 500 450
(482,22 450)
= 3428,24 Kj/Kg Pada 40 bar dan 482,22 °C H = 3331
3445 3331 500 450
(482,22 450)
= 3464,46 Kj/Kg
H1 = 3428,24
3464,46 3428,24 40 20
(34,46 20)
= 3411,05 Kj/Kg
P2 = 1000 psia → 68,93 bar
T2 = 1140 °F
Pada 60 bar dan 615,56 °C H = 3657
3774 3657 650 600
(615,56 600)
= 3643,41 Kj/Kg Pada 80 bar dan 615,56 °C H = 3640
3754 3640 650 600
(615,56 600)
= 3677,03 Kj/Kg H2 = 3693,41
3677 ,03 3693,41
= 3686,1 Kj/Kg
80 60
(68,93 60)
→ 615, 56 °C
-
= F2 (H + gz + 1/2V 2) F1 (H + gz + 1/2 V 2) dimana F1=F2 2 2 2 – 1 1 1
-
= F2 (H + 0 + 0) F1 (H + 0 + 0) – 2 1
Kj/s = F(3686,1 – 3411,05) Kj/Kg F = 2,7268 Kg/s F = 981,4 Kg/h (Problem 7.20, Reklaitis, 1983)
o
7. A mixture of ethanol and water is flowing in a pipe at 86 C and 0,8 bar. It appears that the mixture has a mist of liquid droplets entrained in the bulk flow. Determine the likely range
of the mixture composition. Assume Raoult’s law is valid and use the vapor pressure equation given in Appendix Solution : Ethanol : In p [kPa] = 16,1952 Air
: In p [kPa] = 16,5362 -
P = 0,8 bar = 80 kPa T = 86 oC Ki =
= 359oK
→ In Ki = In Pi – In P In Ki = In Pi – In 80 In Ki = In Pi – 4,382
In K 2 = 12,1542
Ethanol : In K 1 = 11,8132 -
o
Pada T = 359 K In K 1
= 0,525 → K 1 = 1,69
In K 2 = -0,3 X2 =
→ K 2 = 0,741
= = 0,727
X1 = 1- X2 = 1 – 0,727 = 0,273
Y1 = K 1 . X1 = 1,69 (0,273) = 0,4613 Y2 = K 2 . X2 = 0,741 (0,727) = 0,5387 (Problem 7.13, Reklaitis, 1983)
8. a. A mixture of water and substance A consisting of 25% water (molar basi) is following in a pipe. If the mixture is at 133,5 oC and 5 bar, what is its phase ? In PA (bar) = 21,79 -
()
b. Suppose a substance B is added to mixture of part (a). Beyond what composition of B will the mixture only consist of liquid ? In PA (bar) = 31 -
()
Solution : A) Komposisi : A = 0,75 dan Air = 0,25 o
T = 133,5 oC = 406 K P sebenarnya = bar = 500 kPa In Pa (bar) In Pa (bar)
() = 21,79 () = 21,79 -
In Pa
= 1,79
Pa
= 5,9895 bar
() 16,536
In PH2O - (kPa)
= 16,536 -
ln PH2O
=
PH2O
= 296,35 kPa = 2,9635 bar
P teoritis
= 0,75 PA + 0,25 P = 0,75 (5,9895) + 0,25 (2,9635) = 5,233 bar
P teoritis > P sebenarnya → fase gas B) In PB (bar) In PB PB
() = 31 = 31 -
= 0 bar
Campuran dalam fase cair → Pteoritis < Psebenarnya XA . PA
+ XB . PB + XH2O . PH2O
XA . 5,9895
+
0
< 5 hari
+ 0,25 (2,9635) < 5 hari XA . 5,9895 XA
< 4,2591 < 0,7111
(Problem 7.4, Reklaitis, 1983)
9. A rigrid vessel having a volume of 10 m3 contains 99% water vapor and 1% liquid water (by volume) in equilibrium at 2 bar. How much heat be transferred to just convert all the liquid to vapor ? Solution :
Q = …..? Alur 1 V = 10 m 3 P = 2 bar Vapor 99% Liquid 1% Dari table :
ρV = ρL
Alur 2 V = 10 m 3 P = 2 bar Vapor 100% 3
0,885 m /kg 3
= 0,001061 m /kg
V mix = ρV + ρL (1-x) = 0,885 (0,99) + 0,001061 (0,01) = 0,87616 m 3/kg M mix =
= 11,413 kg
Dari tabel B.6 Felder dan Rousseau hal. 646
Q = m ∆H = 11,413 [H2 – H1] = 11,413 [H vapor – (Hvapor + Hliquid )] = 11,413 [2706,3 – (0,99)(2706,3)+(0,01)(504,7)] = 11,413 [2706,3 – 2684,284] = 11,413 [22,016] = 251,268 kJ (Problem 7.10, Reklaitis, 1983)
