1.1 Tinjauan Pustaka

1.1.1 Neraca Massa dan Energi

Dalam merancang suatu pabrik perhitungan neraca massa dan energi sangat

dibutuhkan. Perhitungan neraca massa bertujuan untuk mengetahui komposisi

masing-masing zat yang terlibat dalam aliran, sedangkan neraca energi bertujuan

untuk mengetahui jumlah panas yang dibutuhkan atau dilepaskan dari suatu

proses operasi sehingga tujuan dari produksi tersebut tercapai dengan baik.

Perhitungan neraca massa dan energi pada pra rancangan pabrik Ester Metil

Sulfonat ini dilakukan dengan kondisi stady state dengan menggunakan

persamaan-persamaan perhitungan pada sistem tanpa reaksi. Langkah awal dalam

perhitungan ini adalah menentukan basis umpan metil ester pada reaktor falling

film, kemudian melakukan perhitungan pada masing-masing unit proses. Secara

umum, prinsip-prinsip perhitungan untuk sistem tanpa reaksi dan yang

menyertakan reaksi akan dijelaskan sebagai berikut.

a. Neraca Massa untuk Sistem tanpa Menyertakan Reaksi

Perhitungan neraca massa dilakukan dengan prinsip jumlah massa yang

masuk dan meninggalkan sistem adalah sama. Secara sederhana skema

perhitungan neraca massa ditampilkan pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Diagram Pehitungan Neraca Massa

Keterangan gambar :

Fi = laju alir massa yang masuk dan keluar sistem, kg/jam

wi = fraksi massa

Penyelesaian perhitungan neraca massa dilakukan dengan menggunakan neraca

massa massa total dan neraca massa komponen.

Neraca masa total = F1 + F2 = F3

Neraca massa komponen = F1w1 + F2w2 = F3w3

b. Neraca Massa untuk Sistem yang Menyertakan Reaksi

Prinsip perhitungan dilakukan berdasarkan neraca mol. Jumlah mol suatu

komponen yang memasuki sistem (laju alir molar) ditambah jumlah mol

pengurangan dan pembentukan komponen tersebut harus sama dengan jumlah

mol komponen tersebut meninggalkan sistem.

c. Neraca Energi untuk Sistem tanpa Menyertakan Reaksi

Jumlah energi yan dibutuhkan ditentukan dengan perubahan panas masuk

dan keluar sistem. Gambar 1.2 menapilkan skema sederhana sistem neraca energi.

Gambar 1.2 Dalam Perhitungan Neraca Energi

Keterangan gambar :

Ni = laju alir molar, kmol/jam

Ti = Temperatur, K

Qi = Panas yang masuk atau keluar sistem, kJ/jam

dQ/dt = Panas yang dikonsumsi dan dihasilkan, kJ/jam

Secara umum dapat dituliskan sebagai berikut :

dQ/dt = Qout - Qin

Seluruh perhitungan panas dan panas keluar dilakuakan berdasarkan temperatur

referensi 298 K. Panas masing-masing aliran dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut:

Qi = Ni Cpi ( T-298 )

Dimana Qi = ΔHi

d. Neraca Energi untuk Sistem yang Menyertakan Reaksi

Perhitunan neraca energi untuk sistem yang menyertakan reaksi, hampir

sama dengan sistem tanpa reaksi. Panas pembentukan reaksi dibutuhkan untuk

melengkapi persamaan neraca energi.

ΔH0f = σout ΔH0

f out - σout ΔH0f in

Untuk panas reaksi pada temperatur T (K), neraca energi dapat ditulis sebagai

berikut,

c = ΔH0f + Σ (Nout Cpi dT) - Σ (Nin Cpi dT)

Maka neraca energi sistem yang menyertakan reaksi,

dQ/dt = ΔHR + Qout - Qin

dengan,

σ = koefisien reaksi

N = laju alir molar, kmol/jam

ΔH0f = panas pembentukan reaksi

ΔHR = panas reaksi pada temperatur reaksi T, kJ/kmol