Contoh Soal #1 & #2

12
1 Prof. Dr. Ir. Prof. Dr. Ir. Setijo Setijo Bismo Bismo, DEA. , DEA. DTK DTK – FTUI FTUI Nopember, 2011 Nopember, 2011 1 N V, y 1 V, y 0 L, x N L, x Skematisasi Operasi Absorpsi Skematisasi Operasi Absorpsi Skematisasi Operasi Absorpsi Skematisasi Operasi Absorpsi Skematisasi Operasi Absorpsi Skematisasi Operasi Absorpsi Skematisasi Operasi Absorpsi Skematisasi Operasi Absorpsi

description

permas

Transcript of Contoh Soal #1 & #2

  • 1Prof. Dr. Ir. Prof. Dr. Ir. SetijoSetijo BismoBismo, DEA., DEA.DTK DTK FTUIFTUI

    Nopember, 2011Nopember, 2011

    1N +V, y

    1V, y

    0L, x

    NL, x

    Skematisasi Operasi AbsorpsiSkematisasi Operasi AbsorpsiSkematisasi Operasi AbsorpsiSkematisasi Operasi AbsorpsiSkematisasi Operasi AbsorpsiSkematisasi Operasi AbsorpsiSkematisasi Operasi AbsorpsiSkematisasi Operasi Absorpsi

  • 2Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1

    Pada tabel di bawah ini diberikan data kelarutan gas 2SO dalam air murni pada suhu 303 K (30 C) dan tekanan udara 101,3 kPa (760 mmHg atau setara dengan 760 Torr).

    Tabel 1. Data kesetimbangan 2SO dalam 2H O

    2SOC (g 2SO per 100 g 2H O )

    2SOp (tekanan parsial 2SO )

    y (fraksi mol 2SO dalam gas)

    x (fraksi mol 2SO dalam cairan)

    0,5 6 kPa (42 Torr)

    1,0 11,6 kPa (85 Torr)

    1,5 18,3 kPa (129 Torr)

    2,0 24,3 kPa (176 Torr)

    2,5 30,0 kPa (224 Torr)

    3,0 36,4 kPa (273 Torr)

    Dari sistem larutan 2 2SO H O seperti di atas, maka:

    (a). Hitunglah y dan x ! (b). Plot diagram kesetimbangan yang terbentuk ! (c). Tentukan atau perkirakan apakah Hukum Henry dapat berlaku !

  • 3Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1

    Jawaban:

    Sistematika jawaban soal ini diberikan dalam beberapa tahap (langkah) yang diharapkan dapat mempermudah para mahasiswa untuk mempelajari dan memahaminya. Dalam tahapan 1 dan 2 di bawah ini, dilakukan konversi data untuk konsentrasi dari 2SO dalam air ( 2H O ) dan tekanan parsial dari 2SO dalam 2H O ke dalam fraksi molar. Tahap : menghitung fraksi mole dari 2SO dalam fasa gas, y , dengan cara membagi tekanan

    parsial gas 2SO dengan tekanan total dari sistem.

    2SO

    T

    py

    p=

    6101,30,06

    kPaykPa

    =

    =

    Harga-harga fraksi mole dari 2SO dalam fasa gas ( y ) tersebut di atas kemudian akan disusun dalam suatu tabel, di halaman selanjutnya...

    Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1

    Tahap : menghitung fraksi mole dari absorbat 2SO dalam fasa cair, x , dengan cara membagi jumlah mole 2SO yang terlarut dalam larutan air ( 2H O ) dengan jumlah mole total dari cairan sistem.

    2

    2 2

    jumlah mole dalam larutanjumlah mole dalam larutan jumlah mole

    SOx

    SO H O=

    +

    dalam hal ini:

    jumlah mole 2SO dalam larutan = 2264 g

    SOCSO per 100 g 2H O

    jumlah mole 2H O sebagai pelarut = 22

    100 g sebagai pelarut18 g per mole

    H OH O

    maka

    2

    2

    6464 5,55

    0,5 640,5 64 5,55

    0,0014

    SO

    SO

    Cx

    C=

    +

    =

    +

    =

  • 4Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1

    Harga-harga fraksi mole dari 2SO (sebagai absorbat) dalam fasa cair ( x ) tersebut disusun juga dalam tabel jawaban seperti di bawah ini.

    Tabel 2. Hasil perhitungan data kesetimbangan untuk y dan x

    2

    2

    2100SO

    g SOCg H O

    = 2SOp (kPa)

    2

    101,3SOpy = 2

    2

    6464 5,55

    SO

    SO

    Cx

    C=

    +

    0,5 6,0 0,060 0,0014

    1,0 11,6 0,115 0,0028

    1,5 18,3 0,180 0,0042

    2,0 24,3 0,239 0,0056

    2,5 30,0 0,298 0,0070

    3,0 36,4 0,359 0,0084

    Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1Soal No. 1

    Tahap : Mengalurkan (plotting) harga-harga fraksi mole 2SO dalam fasa gas (= y ) terhadap fraksi mole 2SO yang terlarut dalam fasa cair (= x ), yang hasilnya dapat dilihat pada grafik di bawah ini.

    x y0,06 0,0014

    0,115 0,0028

    0,18 0,0042

    0,239 0,0056

    0,298 0,007

    0,359 0,0084

    00,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,009

    0 0,1 0,2 0,3 0,4

  • 5Soal No. 1 (akhir)Soal No. 1 (akhir)Soal No. 1 (akhir)Soal No. 1 (akhir)Soal No. 1 (akhir)Soal No. 1 (akhir)Soal No. 1 (akhir)Soal No. 1 (akhir)

    Hasil pengaluran (plotting) y vs x seperti di atas, ternyata memberikan suatu garis (yang mendekati atau hampir) lurus, yang berarti bahwa Hukum HENRY dapat diterapkan dalam sistem ini.

    Kelandaian kurva (slope) di atas dapat dihitung sbb: 0, 239 0,180 42,7

    0,0056 0,0042y

    slope mx

    = = = =

    Periksalah, apakah harga slope di atas adalah konstan untuk setiap titik ?

  • 6Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    Dari data yang telah dihitung dan ditabelkan pada contoh soal #1 di atas, hitunglah laju cairan minimum ( minL ) berupa air murni yang diperlukan untuk mengabsorpsi 90 %-v gas 2SO dalam aliran gas utama yang

    memiliki laju alir (,G iQ ) sebesar 84,9 m3 per menit (3.000 acfm) yang

    mengandung 3 %-v 2SO !

    Gambarkan pula kurva garis operasi aktualnya !

    Suhu operasi yang digunakan adalah 293,15 K dan tekanannya 101,3 kPa

    (1 atm).

    Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    Jawaban:

    Seperti jawaban sebelumnya, sistematika jawaban soal #2 ini juga diberikan dalam beberapa tahap untuk dapat mempermudah para mahasiswa dalam mempelajari serta memahaminya.

    Tahap : menentukan fraksi-fraksi molar dari polutan dalam fasa gas, yaitu: 1Y dan

    2Y . Sketsa ilustrasi proses dan pelabelan proses absorpsi yang dimaksud, dapat dibuat sebagai berikut:

  • 7Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    1 2Y 3 % v gas 0,03 fraksi-molar dalam aliran gas umpan (kotor)

    SO= =

    2 2

    1

    Y pengurangan kadar SO sebesar 90 % v pada aliran gas umpan(10 %) (Y )(0,1) (0,03)0,003 fraksi-molar dalam aliran gas keluar (bersih)

    =

    =

    =

    =

    Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    Tahap : menentukan fraksi molar gas 2SO dalam cairan (pelarut air) yang keluar meninggalkan absorber untuk memenuhi efisiensi absorpsi yang diinginkan. Pada laju cairan absorben yang minimum, fraksi-molar gas polutan yang memasuki absorber ( 1Y= ) berada dalam kesetimbangan dengan fraksi-molar cairan yang meninggalkan absorber ( 1X= ). Dalam hal ini, cairan absorben akan menjadi terjenuhkan oleh adanya 2SO yang terlarut. Dalam kondisi kesetimbangan tersebut, berlaku:

    1 1Y XH =

    Dan, konstanta HENRY ( H = ) yang didapat dari soal sebelumnya adalah:

    2

    2

    fraksi-molar di udara (fasa gas)42,7 fraksi-molar di dalam air

    SOHSO

    =

    sehingga

    11

    YX

    0,0342,70,000703

    H=

    =

    =

  • 8Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    Tahap : menghitung rasio massa (molar) cairan-terhadap-gas ( mm

    LG

    = )

    menggunakan persamaan:

    ( )m1 2 1 2m

    Y Y X XLG

    =

    sehingga ( )( )( )

    ( )

    1 2m

    m 1 2min

    Y YX X

    0,03 0,0030,000703 0,0

    g-mol air38, 4g-mol udara

    LG

    =

    =

    =

    Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    Tahap : konversikan terlebih dahulu, laju alir volum gas (bersih) yang keluar dari absorber menjadi laju alir molar (

    ,m oG= ), yaitu dari satuan 3m menit menjadi [ ]g-mol menit . Diketahui dari Hukum Avogadro untuk gas ideal: pada 0 C dan tekanan 101,3 kPa (= 1 atm), terdapat 0,0224 3m g-molgas.

    Terlebih dahulu, konversikan volume-molar gas dari 0C ke keadaan 20C (dari 273,15 ke 293,15 K), menggunakan persamaan gas ideal:

    1 1 2 2

    1 2

    P V P VT T

    =

  • 9Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    dalam hal ini, untuk tekanan sistem yang sama (pada 1 atm), diperoleh:

    1 1 2 2 1 1 22

    1 2 1 2

    P V P V P V TVT T T P

    = =

    yang berarti

    ( ) 3120 C3

    1 0,0224 293,15m g-mol gas

    273,15 1

    0,0240 m g-mol gas

    V

    =

    =

    sehingga

    ( ), 320 C

    33

    1 g-mol gas0,0240 m

    1 g-mol gas84,9 m menit0,0240 m

    3538 g-mol gas (udara) menit= 3,538 kg-mol gas (udara) menit

    m G iG Q

    =

    =

    =

    Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    Tahap : menghitung laju alir minimum cairan ( m,minL= ). Dalam hal ini, rasio minimum cairan-terhadap-gas (udara) telah dihitung pada Tahap-, yang harganya:

    m

    m min

    g-mol air38, 4g-mol udara

    LG

    =

    yang berarti:

    ( ) ( )m mmin 20 C38, 4L G = sedangkan, dari langkah atau Tahap- diperoleh

    ( )20 C 3,538 kg-mol gas (udara) menitmG = sehingga didapat:

    ( ) ( )m min kg-mol air38,4 3,538 menitkg-mol air135,86

    menit

    L =

    =

    untuk satuan massa air, didapatkan:

    ( )m min kg air2445,5 menitL =

  • 10

    Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

    Tahap : sketsa kurva garis operasi dan juga garis kesetimbangannya adalah sbb: Kelandaian (slope) garis operasi minimum adalah = 38,4; dengan koordinat [0;

    0,003] di puncak menara dan [0,00073;0,03] di dasar. Garis operasi aktual dibuat dengan asumsi: kelandaiannya lebih besar 1,3 x

    kelandaian garis operasi minimum, yaitu 1,3 x 38,4 50; dengan koordinat [0; 0,003] di puncak menara dan [0,00054;0,03] di dasar diperoleh jumlah tahap 6.

    Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2Soal No. 2

  • 11

    Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3

    Suatu menara dengan talam-saring (sieve-tray) dirancang untuk proses absorpsi gas. Gas umpan mengandung polutan A dengan konsentrasi 1,8 %-molar memasuki kolom di bagian bawah. Gas tersebut dimaksudkan mengalami pembersihan melalui operasi absorpsi sedemikian rupa sehingga akhirnyaterkandung polutan A yang tidak lebih dari 0,1 %-molar di bagian keluaran (puncak). Cairan absorben yang digunakan, pada awalnya mengandung 0,01 %-molar.

    Sistem diketahui mengikuti Hukum HENRY dengan 1,41i im y x= = . Di bagian bawah menara (bottom), rasio molar cairan-terhadap-gas adalah ( ) 2,115bL G = , sedangkan di ektremitas lainnya (di puncak, top) adalah ( ) 2,326tL G = . Pada kondisi operasi ini, diketahui bahwa efisiensi Murphree dapat dianggap konstan, yaitu pada 0,65MGEE = .

    Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3

    Pertanyaan: 1. Hitunglah atau perkirakan jumlah talam yang

    diperlukan oleh sistem ini ! 2. Jika diinginkan kriteria diameter kolom

    sebesar 150 cm (perhatikan tabel di bawah ini), maka tentukanlah tinggi kolom yang diperlukan !

  • 12

    Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3

    Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3Soal No. 3