BAB 2DASAR-DASAR MATERIAL BALANCE

A. KESETIMBANGAN MASSA DAN ENERGI Dimana, E = energi, Joule

m = massa, kilogram c = kecepatan cahaya. 3 x 108 m/s

B. KEKEKALAN MASSA Massa produk = Massa umpan + Generation – Consumption – Accumulation

C. PILIHAN BATAS SISTEM1. Dengan proses kompleks, pertama ambil batasan sekitae proses sempurna

dan jika mungki hitung alir masuk dan keluar, bahan baku masuk, produk dan produk sampingan.

2. Pilih batas membagi proses ke dalam tahap sederhna dan buat material balance setiap tahap terpisah.

3. Pilih batas pada setiap tahap sehingga mengurangi angka aliran yang tidak diketahui sedikit mungkin.

4. Pada langkah pertama, termasuk aliran recyce dalam batas sistem.

D. PILIH BASIS PERHITUNGAN1. Waktu : contohnya kg/h.2. Untuk proses batch, gunakan satu batch.3. Pilih basis massa.4. Lebih baik menggunakan mol daripada berat dan bahkan saat tak ada

reaksi didalamnya.5. Untuk gas, jika komposisinya berupa volume, gunakanlah basis molar,

mengingat fraksi volume setara dengan fraksi mo pada tekanan sedang.

E. KENDALA DALAM ALIRAN DAN KOMPOSISI1. Tentukan alir setiap komponen.2. Tentukan total alir dan komposisi.3. Tentukan alir dari satu komponen komposisi.Contoh : Bahan baku terdiri dari 16% etilen, 9% oksigen, 31% nitrogen, dan asam klorida. Jika laju alir etilen 5000 kg/h, hitung laju alir setiap komponen dan total laju alir. Jawaban : 1. % HCL = 100 – (16 + 9 + 31) = 442. % Etilen = 5000/total x 100 = 163. Total laju = 5000 x 100/16 = 31.250 kg/h4. Laju alir oksigen = 9/100 x 31.250 = 2813 kg/h5. Laju alir nitrogen = 31.250 x 31/100 = 9687 kg/h6. Laju alir HCL = 31.250 x 44/100 = 13.750 kg/h

E = m c2

F. KOMPONENContoh : CO2 ditambahkan 10 kg/h ke air stream. Jika analisa menunjukan

0.45% v/v CO2, hitung air-flowrate.Jawaban : Biasanya CO2 terdiri dari 0.03% udara,

Basis : kmol/h sebagai %volume, maka kmol/h CO2 = 10/44 = 0/2273.CO2 masuk = 0.0003X + 0.2273CO2 keluar = 0.0045XX(0.0045 – 0.0003) = 0.2273X = 0.2273 / 0.0042 = 54 kmol/h = 54 x 29 = 1560 kg/h.

G. EXCESS REAGENT

% Excess = x 100

Contoh : Untuk memastikan pembakaran sempurna 20% excess air dipasok ke furnace gas alam. Komposisi gas (volume) metana 95%, etana 5%. Hitunglah mol udara yang idbutuhkan per mol bahan bakar.

Jawaban : Basis 100 mol gas Reaksi : CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

C2H6 + 3.5O2 2CO2 + 3H2O O2 yang dibutuhkan = 95 x 2 +5 x 3.5 = 207.5 Dengan 20% excess, O2 yang dibutuhkan = 207.5 x 1.2 = 249 Mol udara (21% O2) = 249 x 100/21 = 1185.7 Udara per mol bahan bakar = 1185.7/100 = 11.86 mol

H. PROSES RECYCLESolusi untuk permasalahan pada proses recycle :1. Metode cut and try. Laju recycle stream dapat diperkirakan dan

perhitungan pada recycle. Prosedur ini berjalan hingga perbedaan antara perkiraan dan perhitungan berada pada toleransi yang dapat diterima.

2. Metode aljabar. Adanya recycle membuat beberapa persamaan neraca massa harus diselesaikan secara bersamaan. Persamaan diatur dengan recycle mengalir tidak diketahui dan diselesaikan dengan metode standar untuk solusi persamaan simultan.

I. PURGEPurge = Laju bahan baku x Konsentrasi bahan baku inert

Purge = Laju purge x konsentrasi recycle inertContoh : Dalam produksi ammonia dari hydrogen dan nitrogen, konversi

berdasar pada 15% bahan baku. Amonia yang dihasilkan dari reactor dan yang tidak bereaksi di recycle. Jika bahan baku terdiri dari 0.2% argon (dari proses pemisahan nitrogen). Hitunglah purge yang diprlukan untuk membuat argon dalam alir recyle dibawah 5%. Persentase berdasarkan volume.

Jawaban : Basis 100 mol bahan baku.

Argon memasuki sistem bersama bahan baku = 100 x 0.2/100 = 0.2.F = laju purge per 100 mol bahan bakuArgon meninggalkan sistem di purge = F x 5/100 = 0.05FPada steady state, argon keluar = argon masuk0.05F = 0.2

F = 0.2/0.05 = 4Purge yang dibutuhkan : 4 mol per 100 mol bahan baku.