Diktat UAS Tekim Semester 3

of 95 /95
P E N D I D I K A N I M T K 2 0 1 1 D E K A T P R O F E S I O N A L D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1 Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 Reguler Mata Kuliah : Neraca Massa Energi Sifat : Buku Text Terbuka Hari/Tanggal : Senin/14 Desember 2009 Waktu : 90 menit 1. (20%) Hitunglah kalor reaksi standar dari data panas pembentukan untuk reaksi berikut ini: C 2 H 4 (g) + HCl (g) CH 3 CH 2 Cl (g) 2. (20%) Sebuah industri gas alam menghasilkan gas alam dengan komposisi; CH 4 80%, CO 2 7% dan sisa C 2 H 2 . Hitunglah kapasitas panas campuran tersebut. 3. Proses baru, diajukan untuk menghasilkan gas etilena (C 2 H 4 ) dari propana (C 3 H 8 ) pada tekanan atmosferik dengan reaksi berikut: C 3 H 8 (g) + 2O 2 (g) C 2 H 4 (g) + CO 2 (g) + 2H 2 O (g) Produk meninggalkan sistem pada 800 K dan C 3 H 8 masuk pada suhu 500 K sementara O2 masuk pada 300 K. Dalam proses tersebut, C 3 H 8 digunakan berlebihan 15% (dari jumlah yang ditunjukan dalam persamaan), tetapi konversi keseluruhan dair C3H8 hanya 50%. Berapakah kalor yang ditambahkan atau dikeluarkan dari proses tersebut per mol masukan C 3 H 8 ke dalam proses tersebut (40%) 4. 2 lb CO 2 dikalorkan dari cairan jenuh pada 30 0 F sampai 650 psia dan 175 0 F a. Berapa volume spesifik CO 2 pada keadaan akhir?

Embed Size (px)

description

dikttat

Transcript of Diktat UAS Tekim Semester 3

Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 RegulerMata Kuliah : Neraca Massa EnergiSifat: Buku Text TerbukaHari/Tanggal: Senin/14 Desember 2009Waktu: 90 menit

1. (20%) Hitunglah kalor reaksi standar dari data panas pembentukan untuk reaksi berikut ini:C2H4 (g) + HCl (g) CH3CH2Cl (g)2. (20%) Sebuah industri gas alam menghasilkan gas alam dengan komposisi; CH4 80%, CO2 7% dan sisa C2H2. Hitunglah kapasitas panas campuran tersebut.3. Proses baru, diajukan untuk menghasilkan gas etilena (C2H4) dari propana (C3H8) pada tekanan atmosferik dengan reaksi berikut: C3H8 (g) + 2O2 (g) C2H4 (g) + CO2 (g) + 2H2O (g)Produk meninggalkan sistem pada 800 K dan C3H8 masuk pada suhu 500 K sementara O2 masuk pada 300 K. Dalam proses tersebut, C3H8 digunakan berlebihan 15% (dari jumlah yang ditunjukan dalam persamaan), tetapi konversi keseluruhan dair C3H8 hanya 50%. Berapakah kalor yang ditambahkan atau dikeluarkan dari proses tersebut per mol masukan C3H8 ke dalam proses tersebut (40%)4. 2 lb CO2 dikalorkan dari cairan jenuh pada 30 0F sampai 650 psia dan 175 0Fa. Berapa volume spesifik CO2 pada keadaan akhir?b. Apakah CO2 pada keadaan akhir berada dalam fase gas, cair, padat atau campuran dari 2 atau 3 fase? (20%)

Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010 - Program Studi Teknik Kimia S1 RegulerSifat: Open BookHari/Tanggal: -Waktu: 90 menit

1. Konsep baru diterapkan pada industri pembuatan etilen yang menggunakan etanol sebagai reaktan. Reaksi yang terjadi ialah reaksi dehidrasi dengan persamaan reaksi sbb:C2H5OH C2H4 + H2OPada industri ini, etanol sebagai reakstan dimasukkan ke raktor dari bagian bawah reaktor yang kenudian oleh katalis dalam reactor dikonversi menjadi etilen dan air yang dikeluarkan dari bagian atas reaktor. Reaktor memiliki ketinggian 2 meter. Keluaran reaktor selanjutnya dipisahkan pada separator sehingga etilen dan air keluar sebagai produk dengan aliran yang terpisah.BDF proses adalah sbb:

Sistem absorpsimixerSplitterReaktan (etanol) berupa campuran 80% mol etanol dan 20% mol air pada suhu 220 0F dengan densitas 0,003 lb/ft3 diumpankan ke reaktor dengan laju alir 1010 lb//jam melewati sebuah pipa dengan diameter 6 inch. (Gunakan Gambar I.1 untuk menentukan entalpi larutan etanol). Produk keluar separator adalah etilen dan uap air (steam) yang masing-masing dialirkan pada pipa berdiameter 6 inch. Kondisi kedua produk ini adalah suhu 200 0F dan tekanan 1 atm dengan densitas etilen sebesar 0,0018 lb/ft3 sedangkan densitas uap air adalah 0,001 lb/ft3. (Gunakan Tabel D.3 untuk menentukan entalpi etilen dan gunakan steam table untuk menentukan entalpi steam). a. Hitunglah panas yang diperlukan atau dikeluarkan oleh sistem produksi etilen tersebutb. Apabila diperlukan panas, berapa steam yang harus disediakan dan apabila dikeluarkan panas, berapa steam yang terbentuk pada jaket reaktor?(steam pada kondisi P=1 atm dan T=200 0F)

2. Reaktor pada sebuah industri larutan ammonium hidroksida menghasilkan larutan dengan konsentrasi 80% berat NH3 dan 20% air pada suhu 120 0F dengan densitas 50 lb/ft3. Untuk proses selanjutnya, larutan ini harus diencerkan dan dinaikkan suhunya. Untuk keperluan tersebut, larutan yang keluarkan reaktor dimasukkan dalam tangki mixer yang bervolume 10 ft3 dan memiliki pengaduk dengan daya 100 kW. Larutan ammonium hidroksida dimasukkan sampai volume tangki mencapai setengahnya. Selanjutnya kedalam tangki mixer dimasukkan air dalam keadaan jenuh pada suhu 212 0F sebanyak 124 lb (densitas air 62 lb/ft3) dan terakhir dimasukkan steam pada kondisi suhu 350 0F dan tekanan 50 psi. Apabila semua steam mengembun dan bercampur menjadi larutan ammonium hidroksida. Berapa konsentrasi akhir larutan (dalam % berat NH3) dan berapa suhu akhir larutan? (Gunakan Gambar I.2 untuk mengerjakan soal ini)

Jawaban1. JAWABANDiketahui:

F2 = 180 molC02 = 15% = 27 molH2S = 5% = 9 molCOS = 1,4% = 2,5 molCH4 = 78,6% = 141,5 molBasis : 1 jam

Sistem absorpsimixerSplitter

P = ? molCO2 = ?H2S = 1%COS = 0,3 %CH4 = ?F3 = ? molC02 = ?H2S = ?COS = ?CH4 = ?

A = ? molC02 = ?H2S = ?COS = ?F = 1000 molC02 = 15% = 150 molH2S = 5% = 50 molCOS = 1,4% = 14 molCH4 = 78,6% = 786 mol

F1 = 820 molC02 = 15% = 123 molH2S = 5% = 41 molCOS = 1,4% = 11,5 molCH4 = 78,6% = 644,5 mol

Neraca massa total :F = F1 + F2F1 = A+ F3F2 +F3= P

Karena hanya 82% feed yang masuk ke sistem absorpsi, maka F di split (dipisahkan menjadi dua aliran dengan komposisi aliran sama) F1 sebesar 820 mol dan F2 sebesar 180 mol. Dengan komposisi:

F1 = 820 molC02 = 15% = 123 molH2S = 5% = 41 molCOS = 1,4% = 11,5 molCH4 = 78,6% = 644,5 molF2 = 180 molC02 = 15% = 27 molH2S = 5% = 9 molCOS = 1,4% = 2,5 molCH4 = 78,6% = 141,5 molKemudian dari informasi skema diketahui CH4 tidak ikut terabsorpsi sehingga pada F3, nilai CH4 F3 = CH4 F1 = 644,5 mol, sehinggaCH4 p = CH4 F2 + CH4 F3 = 141,5 mol + 644,5 mol= 768 molKemudian dari soal diketahui bahwa pada sistem absorpsi, setiap mol H2S yang terabsorp juga akan terabsorp 1 mol CO2 dan semua COS, maka pada neraca A:H2S (A)= 41 mol (terserap semua)CO2 (A)= 41 mol (mengikuti aturan 1 mol H2S terserap)= 1 mol CO2 ikut terserapCOS (A)= 11,5 mol (terserap semua karena mengikuti aturan semua COS terserap per 1 mol H2S)A= 41 mol + 41 mol + 11,5 mol = 93,5 mol

Maka neraca F3D I K T A T U A S S E M E S T E R 3 P R O G R A M S T U D I T E K N I K K I M I A 2 0 1 1

P E N D I D I K A N I M T K 2 0 1 1D E K A T P R O F E S I O N A L

CH4 (F3)= 644,5 molCO2 (F3)= CO2 (F1) - CO2 (A)= 123 mol 41 mol= 82 molH2S (F3)= 0 molCOS (F3)= 0 molF3= 644,5 mol + 82 mol= 726,5 mol

SehinggaF2 + F3= PP= 180 mol + 726,5 mol= 906,5 molNeraca P:

CH4 (P)= 786 molCO2 (P)= CO2 (F2) + CO2 (F3)= 27 mol + 82 mol= 109 molH2S (P)= 1% (P)= 9 mol

Atau,H2S (P)= H2S (F2)= 9 molCOS (P)= 0,3% (P)= 2,5 mol Atau,COS (P)= COS (F2)= 2,5 mol

Gambar akhir menjadi:

F2 = 180 molC02 = 15% = 27 molH2S = 5% = 9 molCOS = 1,4% = 2,5 molCH4 = 78,6% = 141,5 molP = 906,5 molCO2 = 109 molH2S = 1% = 9 molCOS = 0,3 % = 2,5 molCH4 = 786 molA = 93,5 molC02 = 41 molH2S = 41 molCOS = 11,5 molF = 1000 molC02 = 15% = 150 molH2S = 5% = 50 molCOS = 1,4% = 14 molCH4 = 78,6% = 786 molF3 = 726,5 molC02 = 82 molH2S = 0 molCOS = 0 molCH4 = 644,5 molF1 = 820 molC02 = 15% = 123 molH2S = 5% = 41 molCOS = 1,4% = 11,5 molCH4 = 78,6% = 644,5 molSistem absorpsimixerSplitterKomposisi aliranKomponenFF1F2AF3P

mol%mol%mol%mol%mol%mol%

CH478678,6644,578,6141,578,6--644,588,778686,7

H2S505415954143,8--91

COS141,411,51,42,51,411,512,4--2,50,3

CO2150151231527154143,88211,310912

Total100010082010018010093,5100726,5100906,5100

2. JAWABANReaksi :3C2H5OH + 2Na2Cr2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2OSkema:Basis : 100 mol F1

MixerReaktorSEPARATORF1C2H5OHF2H2SO4F3C2H5OHH2SO4Na2Cr2O7RC2H5OHH2SO4PC2H5OHH2SO4Na2Cr2O7CH3COOHCr2(SO4)3Na2SO4H2OWC2H5OHH2SO4Na2Cr2O7Cr2(SO4)3Na2SO4H2ODCH3COOH

Dari informasi soal diketahui : Konversi overall sebesar 90% Aliran recycle = umpan segar C2H5OH = 100 mol H2SO4 (R)= 94% (R)= 94 mol C2H5OH (R)= 6% (R)= 6 mol Laju umpan segar F2 untuk H2SO4 excess 20% dan untuk Na2Cr2O7 excess 10% stoikiometrik C2H5OH H2SO4 = 8/3 (F1)= 8/3 (100 mol) = 266,6 mol, karena excess 20%= 320 mol Na2Cr2O7= 2/3 (F1)= 2/3 (100 mol)= 66,6 mol, karena excess 10%= 73,3 mol Pada D hanya ada CH3COOH, di W tidak terdapat CH3COOH. WC2H5OHH2SO4Na2Cr2O7Cr2(SO4)3Na2SO4H2OF1C2H5OHF2H2SO4Na2Cr2O7Overall sistem90% KonversiDCH3COOHUntuk mencari komposisi limbah mula-mula dibutuhkan reaksi overall, yaitu reaksi yang hanya menyangkut sistem keseluruhan dengan input berupa F1 dan F2 kemudian output berupa D dan W. Pada reaksi overall dengan konversi 90%, didapat data sebagai berikut:

3C2H5OH + 2Na2Cr2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2OAwal100 mol 73,3 mol 320 mol- - --Reaksi 90 mol60 mol 240 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 molSisa 10 mol 13,3 mol 80 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol

Sehingga: pada D karena hanya berupa CH3COOH maka hanya terdapat CH3COOH sebanyak 90 mol.Dan pada W terdapat :

C2H5OH w= 10 molNa2Cr2O7 w= 13,3 molH2SO4 w= 80 molCr2(SO4)3 w= 60 molNa2SO4 w= 60 molAir w= 330 mol

Kemudian untuk menentukan konversi sekali jalan reaktor dibutuhkan neraca reaksi input dan output yaitu F3 dan P. Diketahui bahwa komposisi produk reaktor yaitu CH3COOH, Cr2(SO4)3, Na2SO4 dan air tidak berubah pada P karena tidak keempat komponen tersebut tidak mengalami reaksi lagi sejak P hingga ke D dan W.

F3C2H5OHH2SO4Na2Cr2O7PC2H5OHH2SO4Na2Cr2O7CH3COOHCr2(SO4)3Na2SO4H2OReaktorX% konversi

Komposisi P:

CH3COOH p= 90 molCr2(SO4)3 p= 60 molNa2SO4 p= 60 molAir p= 330 mol

Kemudian pada F3 merupakan reaktan berupa campuran aliran dari F1, F2 dan R sehingga komposisi pada F3:C2H5OH F3= C2H5OH F1 + C2H5OH R= 100 mol + 6 mol= 106 molH2SO4 F3= H2SO4 F2 + H2SO4 R= 320 mol + 94 mol= 414 molNa2Cr2O7 F3= Na2Cr2O7 F2= 73,3 mol

Sehingga persamaan reaksinya:3C2H5OH + 2Na2Cr2O7 + 8H2SO4 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2Na2SO4 + 11H2OAwal106 mol 73,3 mol 414 mol- - --Reaksi 90 mol60 mol 240 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 molSisa 16 mol 13,3 mol 174 mol 90 mol 60 mol 60 mol 330 mol

Sehingga pada P terdapat komposisi:

C2H5OH p= 16 molNa2Cr2O7 p= 13,3 molH2SO4 p= 174 molCH3COOH p= 90 molCr2(SO4)3 p= 60 molNa2SO4 p= 60 molAir p= 330 mol

Sehingga konversi C2H5OH pada reaktor adalah = = 0,85 = 85%

Ringkasan hasil hitungan:KomponenF1 (mol)F2 (mol)R(mol)F3 (mol)P(mol)D(mol)W (mol)

C2H5OH100-610616-10

H2SO4-32094414174-80

Na2Cr2O7-73,3-73,313,3-13,3

CH3COOH----9090-

Cr2(SO4)3----60-60

Na2SO4----60-60

Air----330-330

Total100393,3100593,3743,390553,3

Ujian Akhir Semester Ganjil 2006/2007 - Program Studi Teknik Kimia S1 RegulerSifat: Open BookHari/Tanggal: Rabu/27 Desember 2006Waktu: 90 menit

Sebuah industri methanol PT.DTK-SUGOI.tbk akan mengoperasikan reaktor untuk mensintesis metanol yang akan menggunakan teknologi canggih yang baru dikembangkan oleh DTK-UI. Teknologi baru yang dipakai ialah proses steam reforming yang mereaksikan umpan CH4 dengan H2O (steam) dan langsung menghasilkan metanol. Reaksi yang terjadi adalah sbb:CH4(g) + H2O (g) CH3OH (l) + H2 (g)Reaktor berupa silinder dengan tinggi 2 meter yang didalamnya terdapat katalis yang diletakkan pada bagian atas reaktor. Pada bagian bawah reaktor terdapat pengaduk yang dihubungkan dengan motor penggerak berkekuatan 100 HP. CH4 dan steam dimasukkan ke reaktor melalui bagian paling atas sedangkan produk berupa metanol cair dan gas H2 dikeluarkan dari reaktor dari bagian paling bawah. Semua perpipaan untuk keluar masuk umpan dan produk berdiameter 5 inchi.CH4(g) siumpankan sebanyak 4444,8 lb/jam atau 277,8 lbmol/jam pada suhu 400K dan tekanan 1 atm. Pada suhu dan tekanan tersebut, aliran CH4(g) dalam pipa 5 inchi adalah sebesar 1,7 x 106 ft/jam. Sedangkan steam dialirkan ke reaktor dengan jumlah stoikiometi pada tekanan 40 psi dengan suhu 400 0F . Pada kondisi ini, aliran steam ke reaktor adalah sebesar 0,46 x 106 ft/jam.Sebagai produk reaksi yang masing-masing dikeluarkan melalui pipa pada bagian paling bawah reaktor, cairan methanol sebesar 277,8 lbmol/jam keluar pada suhu 77 0C. Dengan densitas 50 lb/ft3, maka kecepatan aliran metanol dalam pipa berdiameter 5 inchi adalah 130,9 ft/jam. Sedangkan gas hidrogen sebanyak 277,8 lbmol/jam keluar reaktor pada suhu yang sama dengan suhu methanol cair yaitu 77 0C dan tekanan 1 atm. Kecepatan aliran produk gas H2 pada pipa keluaran adalah sebesar 0,83 x 106 ft/jam.Perhitungan detil sangat diperlukan pada disain reaktor ini, oleh karena itu tidak ada energi yang boleh diabaikan. Sebagai process engineer, anda diminta membantu menghitung:a. Apakah diperlukan panas atau dikeluarkan panas dari reaktor? Berapa besarnya (BTU/jam)?b. Jenis energi apa yang paling berperan dalam proses ini? Berapa % dari energi keseluruhan?c. Apabila pada reaktor dipasang jaket, kedalam jaket tsb dialirkan air pendingin atau steam? Dan berapa lajunya (lb/jam)? (air pendingin yang tersedia bersuhu awal 25 0C dan diharapkan bersuhu akhir 70 0C, sedangkan steam tersedia pada suhu 400 0F tekanan 40 psi dan keluar jaket diharapkan berupa kondensat yang merupakan cairan jenuh pada 1 atm)

Karena keberhasilan perhitungan ini menentukan karir anda di perusahaan, boss anda (kepala process engineer) mengingatkan agar perhitungan dilakukan sesuai kaidah perhitungan neraca massa dan energi yaitu:1. Menggambar sistem keseluruhan dan menetapkan batas untuk sistem yang dihitung2. Menentukan basis3. Menentukan referensi utnuk menghitung tinggi4. Menggunakan referensi suhu 25 0C untuk menghitung entalpi karena terdapat reaksi kimia5. Selalu menuliskan unit (satuan) pada angka di setiap perhitungan6. Dll

JawabanSystem adalah OPEN SYSTEME= Q + W (H + K + P), karena E = 0, maka persamaan yang berlaku adalahQ= -W + H + P + KBasis 1 jam operasi

Menghitung W:W= 100 HP.hr x 2,545.103 BTU/1 HP.hr= 254.500 BTU

Menghitung Ph= 2 m x 3,2808 ft/1 m= 6,56 ftP= 32,2 ft/s2 x 6,56 ft x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s2) x 1 BTU/(778,2 ft.lbf)= 8,4.10-3 BTU/lbP H2= P CH3OH = 0

Steam, m= 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol= 5000 lb P steam= 5000 lb x 8,4.10-3 BTU/lb= 42 BTU

CH4, m= 277,8 lbmol x 18 lb/lbmol= 4444,8 lb P CH4= 4444,8 lb x 8,4.10-3 BTU/lb= 37,3 BTU

P total= P H2 + P CH3OH + P steam= 79,3 BTU

Menghitung HH = H reaksi + H sensibleKarena H reaksi dihitung menggunakan Hf dengan referensi suhu 25 0C, makasuhu referensi untuk menghitung H = 25 0C Menghitung H reaksi Hr= lbmol{(Hf H2 + Hf CH3OH) (Hf CH4 + Hf H2O)} kJ/gmol x 430 (BTU/lbmol)/(KJ/gmol)= 277,8{(0-238,64) (-74,84 241,826)} x 430= 9.333.523,2 BTU Menghitung H sensibleH steam (H2O) (lihat steam table untuk saturated dan superheated steam)P = 40 psi, T=400 0F, H steam (H2O)= 1236,4 BTU/lbH steam (H2O) pada 25 0C (saturated)= 1095,5 BTU/lbm steam = 5000 lb H steam (H2O)= 5000 lb x (1236,4 1094,5) BTU/lb= 709.500 BTUH CH4 (lihat tabel D-2 Appendix D)H CH4 pada 400K= 4740 x 0,4306= 2041 BTU/lbmolH CH4 pada 25 0C atau 298K= 879 x 0,4306= 378,5 BTU/lbmolm CH4 = 277,8 lbmolH CH4 = 277,8 lbmol (2041-378,5)BTU/lbmol= 461.842,5 BTU

H H2(lihat tabel D-6 Appendix D)H H2 pada 350K= 2209 x 0,4306= 951,2 BTU/lbmolH H2 pada 25 0C atau 298K= 718 x 0,4306= 309,2 BTU/lbmolm H2 = 277,8 lbmolH H2 = 277,8 lbmol (951,2-309,2) BTU/lbmol= 178.347,6 BTU

H CH3OH (menggunakan data a, b, c, d pada tabel E-1 Appendix E untuk menghitung Cp)H CH3OH =) dT=-259,25(350-298)+0,01679.(35022982)0,388.(35032983)= -13.539,02 J/gmol x 0,2390 {(BTU/lbmol)/(J/gmol)}= -3235,8 BTU/lbmol= -101,12 BTU/lbm CH3OH= 277,8 lbmol x 32 lb/lbmol= 8889,6 lbH CH3OH = -101,12 BTU/lb x 8889,6 lb= -898.905,2 BTUH Sensible = (H CH3OH + H H2) (H CH4 + H H2O)= (-898.905,2 + 178.347,6) (461.842,5 + 709.500) = -1.891.900,1 BTU H = Hr + H Sensible= 9.333.523,2 + (-1.891.900,1)= 7.441.623,1 BTU

Menghitung Kv CH3OH= 130,9 ft/jam; v H2 = 0,83.106 ft/jamv H2O= 0,46.106 ft/jam; v CH4 = 1,07. 106 ft/jamK= [{(m.v2)CH3OH + (m.v2)H2} {(m.v2)H2O + (m.v2)CH4)}]= [{(8889,6 x (130,9)2 + 555,6 x (0,83.106)2}-{5000 x (0,46.106)2 + 444,8 x (1,07.106)2}] lbm.ft2/jam2 x (jam2/36002s2) x 1/(32,2 lbm.ft/lbf.s2) x (1 BTU/778,2 ft.lbf)= -8.897,1 BTUQ= -W + H + P + K= -254.500 + 7.441.623,1 8.879,1 + 79,3= 7.178.323,3 BTUA. Energi yang harus dimasukkan ke reaktor sebesar 7.178.323,3 BTUB. Energi yang paling dominan adalah entalpiterhadap seluruh besaran energi secara absolut, bagian entalpi adalah = 7.441.623,1/(254.500 + 7.441.623,1 + 8.879,1 + 79,3) x 100%= 96,5%Oleh karena itu pada perhitungan awal, energi selain entalpi biasanya diabaikanC. Pada jaket reaktor harus dialirkan steam untuk memasukkan panas ke reaktor

jaketreaktorQSteamkondensat

Open systemE = P = W = 0 dan untuk hitungan awal, K = 0 Q = HH steam pada 400K 40 psi= 1236,4 BTU/lbH saturated liquid pada 1 atm= 180,07 BTU/lbPanas yang disuplai steam ke reaktor= (1236,4 180,07)= (1056,33 BTU/lb)Laju steam yang diperlukan= 7.178.323,3 BTU/1056,33 BTU/lb= 6.795,5 lb steam/jam

Ujian Akhir Semester Ganjil 2007/2008 - Program Studi Teknik Kimia S1 RegulerSifat: Open BookTanggal: 19 Desember 2007Waktu: 90 menit

Seorang walikota jenius bernama SUGIOSAN pada sebuah kota YOIMACHI memerintahkan semua industri yang menggunakan bahan bakar harus melakukan pengolahan terhadap gas buang hasil pembakarannya masing-masing. Pengolahan terhadap gas hasil pembakaran ini dilakukan dengan memisahkan gas CO dari gas hasil pembakaran yang lain. Gas CO ini kemudian diolah oleh perusahaan PT.IISHORAI milik pemerintah kota untuk menghasilkan gas H2 yang akan dipakai sebagai bahan bakar pada kendaraan bermotor menggantikan bensin/solar. Untuk itu, SUGIOSAN mewajibkan semua kendaraan bermotor di kota itu memakai teknologi fuel cell yang menggunakan H2 sebagai bahan bakar.Untuk menghasilkan H2 sebgai bahan bakar, PT.IISHORAI mereaksikan 28.000 kg/hari CO dengan ekses 100% air menjadi CO2 dan H2. CO dan H2O sebagai reaktan dipanaskan terlebih dahulu sehingga masuk reaktor bersuhu 500K tekanan 1 atm. Pada reaktor dipasang jaket untuk mengambil panas yang dihasilkan reaksi karena reaksi ini bersifat eksotermis. Ke dalam jaket dialirkan air pendingin dengan laju alir 425 ton/hari dengan suhu awal 300 K dan suhu air pendingin keluar jaket adalah 340 K.1. Hitunglah suhu produk reaksi keluar reaktor!SUGOISAN belum puas dengan sistem ini dan merencanakan menggunakan air yang keluar dari jaket reaktor untuk mengisi kolam renang sehingga menjadi kolam renang air hangat. Kolam renang yang bervolume 120.000 m3 dan air kolam harus diganti tiap hari karena suhu air sudah tidak lagi hangat pada hari berikutnya. SUGOISAN meminta mahasiswa DTKUI membantu menghitung lagi dengan ketentuan sbb: kolam diisi air dari keluaran jaket lalu ditambah air biasa (suhu 300K) sampai kolam menjadi penuh. Kemudian panas yang dimiliki reaktor (H2 dan CO2) dipakai untuk memanaskan lagi air kolam sehingga (H2 dan CO2) menjadi bersuhu 300K.2. Hitunglah suhu air kolam renang dan beri pendapat apakah suhu tersebut layak untuk dipakai berenang?

Jawaban1. DiketahuiDitanyakan: suhu keluaran reaktor (B) ?Asumsi: Sistem berlangsung tunak artinya tidak ada akumulasi massa ataupun energi () Besarnya perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan karena bernilai jauh lebih kecil dari perubahan entalpi yang terjadi. Sistem berlangsung dalam tekanan yang tetap (isobaric). Tidak ada kalor yang keluar dari sistem, perpindahan kalor hanya terjadi antara reaktan-produk dan jaket Tidak ada perubahan fasa air pada jaket

Basis: Proses dalam 1 hariPerhitungan neraca massa,Untuk CO2, n = n = n = 1.000.000 molpersamaan reaksiCO + H2O CO2 + H2Diketahui 100% ekses airCOH2OCO2H2

Mula-mula1.000.0002.000.000--

Bereaksi-1.000.0001.000.0001.000.000

Akhir-1.000.0001.000.0001.000.000

Perhitungan neraca energiUntuk jaket, = Q + W ( + ) = Q = m c Q = 425.000 kg x 4,2 K x (340-300) KQ = 71.400.000 kJ

Untuk reaktorKeadaan referensi adalah 25 0C dalam 1 atm. Dalam pemecahan masalah nilai kalor sensible akan diambil dari nilai table D.6 dan dari tabel F.1ReaktangmolT (K)H sensibelHfH total

CO1.000.0005006,652-0,728-110,52-104.623

H2O2.000.000500 7,752-0,837-241,826-469.882

-574.445

Pada reaktorE= Q W (H + P + K)Q= HQ= (H akhir - H awal)71.400 MJ= (H akhir (- 574.445))H akhir= -503.045 MJ

Pencarian suhu akhir dengan trial and errorIterasi pertama T= 500 KProdukgmolT (K)H sensibelHfH total

CO21.000.0005009,204-0,912-393.51-385.218

H21.000.0005005,689-0,71804.971

H2O1.000.0005007,752-0,837-241.826-234.911

Total -615.158

Iterasi kedua T=1 500 KProdukgmolT (K)H sensibelHfH total

CO21.000.000150062,676-0,912-393.51-331.746

H21.000.000150036,994-0,718036.276

H2O1.000.000150048.848-0,837-241.826-193.815

Total-489.285

Dengan ekstrapolasi didapat suhu akhir produk:TH

500-615.158

1500-498.285

X-503.045

T = 1.390.683 K

2. Diketahui : volume kolam renang 120.000 m3Aliran air keluaran jaket per hari 425 ton, suhu 340 KSuhu air biasa 300 KKalor yang dihasilkan oleh keluaran produk sampai suhunya turun menjadi 300 KDitanya : suhu akhir kolam renang?Jawab:Volume air keluaran jaketV = m / V = 425000 kg / 1000 kgm-3 = 425 m3Jadi volume air biasa yang ditambahkan adalah sebanyak 119.575 m3.Suhu air kolam renang ditambah kalorQ Kondensor = Q air biasam.c.T = m.c.T425.000 kg (T - 340) = 119.575.000 (300 T)T 340= 281.353 (300 T)T 340= 84.405,882 281,353 T282.353 T= 84.745,882T= 300,14160 KBesarnya kalor yang dihasilkan pada pendinginan produk reaktorProdukGmolT (K)H sensibelHfH total

CO21.000.0003000,986-0,912-393.51-393.436

H21.000.0003000,763-0,718045

H2O1.000.0003000,905-0,837-241.826-241.758

-635.149

Q= HQ= H akhir - H awalQ= -635.149 (-503.045) = -132.104 MJ

Reaktor mengeluarkan kalor sebesar nilai tersebut dan kolam menerima kalor dengan nilai tersebut sehingga kalor yang ada pada sistem kolam renang bernilai positif.Q= m.c.T132.104.000 KJ= 120.000.000 kg x 4,2 KJ/Kg K (T 300,14160)K132.104 Kj= 120.000 Kj x 4,2 KJ/Kg K (T 300,14160)K0,2621111 K= (T-300,14160) K T= 300,403111 KSuhu tersebut masih layak untuk digunakan sebagai kolam renang meskipun kurang hangat untuk kolam air panas.

Ujian Akhir Semester Ganjil 2008/2009 - Program Studi Teknik Kimia S1 RegulerSifat: Open BookHari/Tanggal: Jumat/19 Desember 2008Waktu: 90 menitDosen : Prof. Dr. Ir. M. Nasikin M.Eng. Ir. Eva F. Karamah, MT.

Gelanggang renang Water Bumz akan membuat wahana tempat mandi air hangat. Pemandian air hangat berupa kucuran air yang menyerupai hujan dimana air hangat tersebut berasal dari tangki yang berada pada ketinggian 10 meter dihitung dari permukaan tanah (lihat ilustrasi di bawah ini). Untuk menghasilkan air hangat tersebut, air dari permukaan tanah bersuhu 300 K (boleh diasumsikan sebagai saturated water), dialirkan ke dalam tangki menggunakan pipa berdiameter 4 cm dengan laju alir air = 0,285 liter/detik.Sebagai sumber panas, steam dari boiler yang berada di permukaan tanah dialirkan ke dalam tangki untuk dicampur dengan air. Steam dialirkan ke tangki melalui pipa berdiameter 6 cm dengan laju 136,2 kg/jam. Steam yang dipakai berada pada kondisi tekanan 200 Kpa dengan suhu 400K.Pada tangki dipasang pengaduk yang diputar oleh motor berkekuatan 1 PK agar terjadi proses pencampuran yang sempurna antara air biasa dengan steam untuk menghasilkan air hangat.Air hangat yang dihasilkan pada tangki dikeluarkan melalui pipa dengan diameter 4 cm dan dialirkan ke arah permukaan tanah berupa kucuran air untuk fasilitas mandi air hangat.Tugas anda sebagai engineer adalah:1. Tentukan suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebut2. Beri komentar apakah suhu tersebut layak atau tidak untuk pemandian air hangat dan apabila kondisinya belum layak, beri rekomendasi terhadap perubahan yangdiperlukan agar kondisi air hangat layak sebagai pemandian air hangat

Jawaban1. suhu air hangat yang dihasilkan untuk pemandian air hangat tersebuta) Material yang masuk tangki (basis 1 jam)Air (A) : V= 0,285 L/s= 1026 kg/jam = 0,000285 m3/s dibagi luas untuk mencari kecepatan laju alir= = 0,227 m/sEkA = mv2 = .1026.(0,227)2= 26,4 J= 0,0264 kJEPA = mgh= 1026.9,8.10= 100,55 J= 0,1005 kJHA = 111,7 kJ/kg.1026 kg= 114.604,2 kJ (300K,saturated,dari steam tabel)Steam (S) : P = 200 kPa, T = 400 K (V = 0,9624 m3/kg, H = 2720 kJ/kg)V = 136,2 kg/jam = 0,034 m3/s = = 12,03 m/sEks = .136,2.(12,03)2 = 9,9 kJEps = 136,2 . 9,8 . 10= 370,464 kJW= 1 pk= 2684,5 kJb) Keluaran tangki (air panas)Total keluaran=1026 + 136,2=1162,2 kg/jam= 3,2.104 m3/s EkAP = .116,2.(0,2547)2= 0,038 kJEPAP = 116,2 . 9,8 . 10 = 113,89 kJOpen system terisolasi (Q = 0)Pers. Neraca energi :E = Q W = (H + K + P)H = W - K - PHAP (HA + HS) = W {KAP (KA + KS)} {PAP (PA + PS)}HAP (114.604,2 + 370.464)= 2683,5 {0,038 (0,0264 + 9,9)} {113,89 (0,1 + 13,3)}HAP = 487.662,11 kJ (dibagi massa keluaran)Maka T air panas dapat dihitung dengan interpolasi pada steam tabel dan diperoleh :T = 373,3 K = 200,3 0C2. komentarAir terlalu panas, rekomendasi antara lain mengurangi laju air steam

Ujian Akhir Semester Ganjil 2006/2007Kimia Fisika 2Tanggal: 27 Desember 2007Waktu: 90 menit (08.00-09.30)Sifat: Open book

Seorang mahasiswi Teknik Kimia sedang mengerjakan tugas akhirnya tentang pemanfaatan minyak kelapa sebagai emulsifier. Senyawa yang ingin diperolehnya adalah sodium lauril sulfat dengan rumus kimia (secara umum) sebagai berikut:CH3-(CH2)10-15-CH2-O-SO3-NaPenelitiannya dimulai dengan mengubah trigliserida (TG), yang merupakan kandungan terbesar dalam minyak kelapa, menjadi metil ester dan gliserol (GL) melalui reeaksi transesterifikasi. Reaksi overall transesterifikasi trigliserida menjadi metil ester adalah sebagai berikut: katalisTG + 3MeOH 3RCOOMe + GLReaksi di atas sebenarnya terdiri atas 3 tahapan reaksi, yaitu:

Dengan DG dan MG adalah digliserida dan monogliserida, dan R yang diharapkan adalah senyawa laurat (-C12). Untuk mendapatkan metil laurat, metil ester yang diperoleh kemudia dipisahkan dengan memanfaatkan perbedaan titik leleh antara asam-asam lemak yang ada.

Soal 1. Turunkanlah persamaan laju pembentukan metil laurat berdasarkan tahapan reaksi di atas.

Setelah metil laurat dipisahkan, tahapan penelitian berikutnya adalah pembentukan senyawa alcohol dari ester metil laurat yang diperoleh, yang dilakukan melalui reaksi hidrogenasi yang dikatalisis oleh Ni. Dari penelitian tersebut, diperoleh data seperti di bawah ini:p/Torr105282492594620755798

103z32.687.5152.7184.4192.4234.3247.7

Dengan z = p/p* . Diketahui bahwa pada suhu reaksi p* = 3222 torr.

Soal 2. Jika reaksi tersebut mengikuti persamaan adsorpsi isotermis BET, tentukanlah nilai konstanta c dan volume yang dibutuhkan untuk membentuk lapisan tunggal.Setelah memperoleh senyawa alcohol dari ester, masih ada satu tahapan reaksi lagi yang harus dilakukan mahasiswi tersebut untuk bisa mendapatkan produk akhir. Senyawa akhir yang diperolehnya akan diujikan pada emulsi minyak dalam air.

Soal 3. Mengapa senyawa tersebut bisa digunakan sebagai emulsifier untuk minyak dalam air? Mahasiswi tersebut juga harus menguji kestabilan emulsi dan bagaimana cara mengujinya?

Soal 4. Gunakanlah diagram pendinginan di bawah ini untuk menggambarkan diagram fasa sistem A & B.

Jawaban1. Reaksi di atas termasuk dalam reaksi bertahap dan juga reaksi berantai. Untuk menyelesaikannya, kita dapat menerapkan apa yang dikenal dengan nama steady state principle. Prinsip ini menyatakan bahwa ketika dalam suatu reaksi terdapat suatu intermediate maka laju pembentukan intermediate akan sama dengan laju hilangnya intermediate. Intermediate adalah molekul yang terbentuk pada suatu tahap reaksi dan kemudian hilang pada tahap reaksi yang berikutnya. Intermediate pada reaksi ini adalah DG dan MG.Laju pembentukan DG = laju hilangnya DGk1[TG][MeOH]+k5[MG][RCOOMe]=k4[DG][RCOOMe]+k2[DG][MeOH][DG] = k1[TG][MeOH]+k5[MG][RCOOMe](a) k4[RCOOMe]+k2[MeOH]

Laju pembentukan MG = laju hilangnya MGk2[DG][MeOH]+k6[GL][RCOOMe]=k5[MG][RCOOMe]+k3[MG][MeOH][MG] = k2[DG][MeOH]+k6[GL][RCOOMe](b) k5[RCOOMe]+k3[MeOH]

Laju pembentukan metil lauratd[RCOOMe] = k1[TG][MeOH]+k2[DG][MeOH]+ k3[MG][MeOH](c) dt

Kemudian substitusi nilai [MG] ke dalam [DG] sehingga nantinya didapat[DG] = k1k5[TG][MeOH][RCOOMe]+k1k3[TG][MeOH]2+k5k6[GL][RCOOMe]2(d) k4k5[RCOOMe]2+k3k4[RCOOMe][MeOH]+k2k3[MeOH]2

Setelah itu masukkan kembali nilai [DG] ke nilai [MG], sehingga didapat nilai [MG] yang baru : (lakukan substitusi sendiri)Masukkan nilai (d) dan (e) ke persamaan (c): (lakukan substitusi sendiri)

2. Dalam postulatnya, Brunauer, Emmett, dan Teller mengembangkan persamaan Langmuir, sehingga dapat digunakan untuk menjelaskan adsorpsi multimolekular pada permukaan adsorben padat. Persamaan BET yaitu:

Dimana:V = volume gas teradsorp pada tekanan PVm = volume gas teradsorp untuk membentuk lapisan monolayerPo = tekanan uap jenuhC = konstanta pada temperatur yang diberikan dapat berupa:Catatan: semua satuan volume diturunkan pada kondisi standar (STP)Sebenarnya, untuk memperoleh harga Vm dan C, dibuat plot antara sebagai fungsi yang berupa grafik garis lurus. Nantinya grafik akan memotong sumbu pada dan memiliki gradient . namun, karena tidak diberikan data V maka kita harus bertanya apakah soalnya benar dan tidak ada koreksi. (pesan: pokoknya cara ngerjainnya begitu, jadi kembangin aja sendiri ya =D)

3. Senyawa tersebut (sabun) dapat digunakan sebagai emulsifier dalam minyak dan air karena sabun memiliki 2 jenis kepala yaitu : Hidrofil yang suka air Hidrofob yang suka minyakMasing-masing kepala akan mengikat air dan minyak mengakibatkan air dan minyak dapat bersatu.Kestabilan emulsi adalah kemampuan emulsi untuk mempertahankan kondisinya. Makin stabil suatu emulsi, makin sulit emulsi tersebut untuk dipisahkan, sebaliknya emulsi yang tidak stabil akan sangat mudah dipisahkan.Cara menguji kestabilan emulsi: Dipanaskan Didiamkan untuk beberapa waktu/diendapkan Diberi zat anti emulsi

4.

Note: Sumbu kiri A = 0% B = 100% Sumbu kanan B = 0% A = 100% Pembuatan diagram fasa dan penamaan diagram secara detail dapat dilihat di buku Maron Lando hal 630-645 Pertama buat titik di tempat dimana diberikan presentase masing-masing bagian pada kurva pendinginan Sumbu horizontal menandakan suhu, makin suhu turun, titik akan turun ke bawah. Jika titik turun menemui lembah maka titik itu akan ikut turun bersama lembah sampai bertemu dengan titik azeotropCara membaca kurva pendinginan: Garis yang menurun berarti suhu turun, titik di diagram fasa juga ikut turun Perubahan gradient berarti titik bertemu dengan lembah Garis horizontal berarti titik bertemu dengan titik azeotrop

Ujian Akhir KIMIA FISIKA 2 Semester Ganjil 2007/20081. Magnesium oksida dan nikel oksida diketahui tahan terhadap suhu tinggi. Walaupun demikian, keduanya akan meleleh jika berada pada suhu yang cukup tinggi. Karakteristik dari campuran kedua senyawa ini sangat menarik bagi industri keramik. Gambarkan diagram suhu vs komposisi untuk sistem tersebut di atas dengan menggunakan data di bawah ini, dimana x sebagai fraksi mol MgO di dalam padatan dan y sebagai fraksi mol-nya di dalam cairan.Suhu (oC)19602200240026002800

X00,350,600,831,00

Y00,180,380,651,00

Tentukan:a. Titik leleh campuran, jika x = 0,30.b. Komposisi dan proporsi fasa yang ada, jika padatan dengan komposisi pada (a) dipanaskan hingga suhu 2200oCc. Suhu pada saat cairan yang komposisinya y = 0,70 mulai memadat.

2. Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi.Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben. Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.Suatu penelitian dilakukan untuk melihat kemampuan arang (padat) mengadsorps asam asetat (cair), dimana adsorpsi cair dalam padatan seringkali mengikuti isotherm Freundlich. Data yang diperoleh dari proses adsorpsi asam asetat pada arang tersebut, pada suhu 25oC adalah sbb:[asam](M)0,050,100,501,01,5

Wa (gr)0,040,060,120,160,19

Dengan Wa merupakan massa yang teradsorp per satuan massa aranga. Ujilah berlakunya isotherm Freundlich pada proses absorpsi di atas, dan carilah nilai parameter-parameter pada persamaan isotherm tersebut.b. Uji pula apakah absorpsi asam asetat pada arang ini, akan direpresentasikan lebih baik oleh isotherm lainnya.

Jawaban1. Dari data dapat dibuat grafik kesetimbangan MgO-NiO sbb:

a. Titik leleh campuran jika x = 0.3Untuk mengetahui suhu campuran mulai meleleh dari grafik kesetimbangan saat x = 0,3 (titik A) ditarik garis lurus keatas hingga menyentuh kurva padatan (titik B), dari titik B ditarik garis ke kiri untuk mengetahui suhu. Dan didapat titik leleh sekitar 2150oCb. Fraksi dan komposisi jika padatan pada (a) dipanaskan hingga 2200oCUntuk mengetahui komposisi dari grafik kesetimbangan saat x = 0,3 (titik A) ditarik garis lurus ke atas hingga menyentuh garis suhu 2200oC (titik C). Dari titik C ditarik garis ke kanan dank e kiri sampai menyentuh kurva padatan (titik E) dan cairan (titik D). Dari titik D ditarik garis lurus ke bawah untuk mendapatkan komposisi cairan, dan didapat komposisi cairannya adalah 18%MgO 82%NiO. Dari titik E ditarik garis lurus ke bawah untuk mendapatkan komposisi padatannya, dan didapatkan komposisi padatannya adalah 35%MgO 65%NiO.c. Suhu saat cairan mulai memadat jika y = 0,7Dari daerah fasa cair, ditarik garis lurus ke bawah dengan y = 0,7, saat menyentuh kurva cairan (titik F) tarik garis ke kiri untuk mendapatkan data suhu, dan didapat suhu cairan mulai memadat sekitar 2650oC.

2. Penyelesaian:a. Untuk menguji isotherm Freundlich, perlu dibuat grafik antara log C vs log y, jika grafik yang dihasilkan linear maka memenuhi isotherm Freundlich.Persamaan isotherm Freundlich:y = kc1/nlog y = 1/n log C + log kp = ax + by (gr)C (M)p=log y (sb-y)log C (sb-x)

0.040.05-1.397940009-1.301029996

0.060.1-1.22184875-1

0.120.5-0.9208187540.301029996

0.161-0.7958800170

0.191.5-0.7212463990.176091259

Dengan least square didapat:

1/n = slopen = 1/slope = 1/0.45 = 2.22log k = bk = 10b = 10-0.7931 = 0.161maka didapat parameter pada pers. Freundlich yaitu n = 2.22 dan k = 0.161

a. Untuk menguji apakah Pers. Langmuir merepresentasikan soal ini dengan lebih baik, maka perlu dibbuat grafik C vs C/n, dan dilihat apakah grafiknya linear, jika grafiknya linear maka dilihat dari nilai R2 dari grafik Freundlich dan Langmuir. Nilai R2 yang lebih besar lebih bagus.Pers. Langmuir:

C (sb-x)MassaMolC/n (sb-y)

0.050.040.00066775

0.10.060.001100

0.50.120.002250

10.160.002667375

1.50.190.003167473.6842

Dengan least square didapat:

Dari grafik terlihat bahwa nilai R2 yang dihasilkan oleh isotherm Freundlich lebih besar dibandingkan dengan Langmuir. Maka isotherm Freundlich merepresentasikan soal ini dengan lebih baik. Pers BET tidak diuji cobakan karena BET digunakan untuk soal dengan variasi tekanan.Note: Jangan sepenuhnya percaya dengan jawaban ini ya

Ujian Akhir KIMIA FISIKA 2 Semester Ganjil 2008/20091. Berikut adalah data adsorpsi gas A dalam larutan B pada suhu 18,6oC, yaitu:p (kPa)5.38.414.429.262.174.080.1102.0

V (cm3)9.29.810.311.312.913.113.414.1

Ujilah, apakah data yang diberikan mengikuti persamaan Langmuir ataukah BET. Dan tentukan variabel/konstanta dari persamaan yang sesuai dengan fenomena adsorpsi gas tersebut dalam larutan. Diketahui p* = 819.7 kPa

2. Data berikut adalah data adsorpsi H2 pada permukaan 1,00 g Cu pada suhu 0oC (kondisi STP), yaitup (atm)0.0500.1000.1500.2000.250

V (cm3)23.813.38.706.805.71

Tentukan volum untuk membentuk lapisan monolayer dan tentukan luas permukaan Cu. Diketahui densitas dari hidrogen cair adalah 0.708 g cm-3.

3. Figure 1 and 2 show the experimentally determined phase diagrams for nearly ideal solution of hexane and heptane. (a) Label the regions of the diagrams to which phases are present. (b) For a solution containing 1 mol each of hexane and heptane, estimate the vapour pressure at 70oC when vaporization on reduction of the external pressure just begins. (c) What is the vapour pressure of the solution at 70oC when just one drop of liquid remains. (d) Estimate from the figures the mole fraction of hexane in the liquid and vapour phases for the condition of part (b). (e) What are the mole fractions for the condition of part (c)? (f) At 85oC and 760 torr, what are the amounts substance in the liquid and vapour phases when zheptane = 0.40?

Jawaban1a. Persamaan Langmuir

Dengan metode least square didapat:y = 0.0696x + 0.3697; R2 = 0.9967 b/a 1/aPVP/V

5.39.20.576087

8.49.80.857143

14.410.31.398058

29.211.32.584071

62.112.94.813953

7413.15.648855

80.113.45.977612

10214.17.234043

1/a = 0.3697; a = 2.7049b/a = 0.0696; b = 0.1883

1b. Persamaan BETP* = Po = 819.7 kPa

Dengan metode least square didapat:y = 0.0795x + 0.0003; R2 = 0.9994

Dipilih BET, karena memiliki nilai R2 yang lebih mendekati 1.PVP/VP/P0(P0-P)P/(V*(P0-P)

5.39.20.5760870.006466814.40.00070738

8.49.80.8571430.010248811.30.00105651

14.410.31.3980580.017567805.30.00173607

29.211.32.5840710.035623790.50.00326891

62.112.94.8139530.075759757.60.00635422

7413.15.6488550.090277745.70.00757524

80.113.45.9776120.097719739.60.00808222

10214.17.2340430.124436717.70.01007948

2. Dibuat grafik BET, dengan rumus:

PVP/VP/P0(P0-P)P/(V*(P0-P)

0.0523.80.002100840.050.950.00221141

0.113.30.0075187970.10.90.00835422

0.158.70.0172413790.150.850.02028398

0.26.80.0294117650.20.80.03676471

0.255.710.0437828370.250.750.05837712

Didapatkan persamaan y = 0.2815x - 0.017Dimana Po = 1 atm

Dimana:

= Luas permukaan padatan per m adsorbenPo = 1 atmTo = 273.2 KN = bilangan AvogadroS = luas permukaan 1 molekul adsorbatR = konstanta gasVm = vol yang dibutuhkan untuk membentuk lapisan monolayer3.

(a) (bisa dilihat pada gambar di atas; dimana v=vapour, l=liquid)(b) zC6 = 0.5 ; zC7 = 0.5, tekanan saat penguapan baru dimulai = 620 torr(c) P saat titik terakhir liquid tersisa = 500 torr(d) Untuk kondisi B, zC7 = 0.09, zC6 = 1-0.09 = 0.91(e) Untuk kondisi C, zC7 = 0.27, zC6 = 1-0.27 = 0.73(f) Semua vapour

Ujian Akhir Semester Kimia Organik 2 (2004)

1. Tulislah suatu persamaan untuk menyatakan reaksi asam-basa, jika ada dari masing-masing senyawa di bawah ini dengan Natrium Metoksidaa. CH3CH2CHOb. (CH3)3CCO2CH2CH3c. (CH3)2CHCO2CH2CH3

2. Suatu larutan NaOH berair ditambahkan ke dalam campuran aseton dan formaldehidaa. Bagaimana struktur anion organik yang terbentukb. Reaksi mana yang lebih cepat, antara anion dan aseton ataukah antara anion dengan formaldehidac. Tunjukkan tiap tahap dalam mekanisme untuk kondensasi aldol yang akan terjadi dengan lebih melimpah3. Tunjukkan bagaimana senyawa dapat dibuat dari dietil malonat

Jawaban1. a.

b.

c.

2. a. Struktur anion organik yang terbentuk: Antara NaOH dan aseton

Antara NaOH dan formaldehida

b. Reaksi lebih cepat adalah antara anion dengan formaldehidac. Tahapan kondensasi aldol: Antara NaOH dengan formaldehida (terbentuk lebih melimpah) Pembentukan ion enolat

Adisi pada karbon karbonil

Untuk kondensasi aldol dengan aseton mirip dengan kondensasi aldol pada aldehida.Note: keton menjalani kondensasi aldol juga, tetapi kesetimbangan tidak membantu terbentuknya produk kondensasi keton.

3. Pembuatan senyawa dari dietil malonat :Untuk membentuk tidak dapat dibuat dari dietil menolat atau ester menolat. Tapi dari ester asetonasetat.(Perhatian: soal ini memang rancu, tanya lagi sama Pak Kirno!!)Note: untuk memahaminya baca hal 167-174 Fessenden & Fessenden di KimOr 2

Ujian Akhir Semester Ganjil Kimia Organik 2 (2006/2007)

1. Tuliskan rumus struktur masing-masing senyawa berikut ini (perhatikan stereokimianya):a. Dihidroksipropanalb. Klorobenzaldehidac. Metilsikloheksanond. Benzokuinone. Nitrobenzoatf. Isobutilbenzoat

2. Kayu manis atau cinnamon burmanni ternyata menyimpan khasiat yang luar biasa. Kayu manis dapat digunakan untuk mencegah kanker dan aterosklerosis. Selama ini kayu manis hanya dimanfaatkan ibu-ibu rumah tangga sebagai bumbu dapur dan bahan pembuat jamu.Kayu berkulit kasar itu ternyata tersusun dari senyawa sinamaldehid. Sinamaldehid merupakan turunan dari senyawa fenol. Senyawa ini dapat disintesis dari benzaldehid yang direaksikan dengan asetaldehid, reaksi yang terjadi adalah:

Tuliskan tahap-tahap reaksi yang tejadi untuk persamaan reaksi tersebut.

3. Minyak kelapa, seperti yang sudah diketahui, 50%-nya mengandung asam laurat, sementara sisanya adalah asam miristat, palmitat, dll. Jika seandainya trigliserida yang terkandung dalam minyak kelapa pada sn-1 dan sn-3 mengikat senyawa laurat, sementara pada sn-2 nya adalah pamitat, tuliskanlah tahap-tahap reaksi yang terjadi jika ingin mendapatkan produk etil laurat.

Ujian Akhir Semester Ganjil 2009/2010Kimia Organik 2

1. Tuliskan rumus struktur masing-masing senyawa berikut ini (perhatikan stereokimia-nya)a. 2,3-difenilbutanalb. Metil isopropil ketonc. Asam (E)-2-metil-3-fenil-2-propena karboksilatd. 4-metil benzoate. Sikloheksil benzoat2. Tuliskan nama senyawa di bawah inia. b. c. d. e. f. g. h. i. j. 3. Tuliskan tahap-tahap reaksi aldol dari senyawa butanal.4. Rancanglah mekanisme reaksi untuk persamaan berikut ini.

Ujian Akhir Semester Kimia Analisis, Semester Gasal 2005Senin, 28 Desember 2005, Waktu (90 menit), Sifat Ujian : Buku terbukaSoal No. 1(nilai 40)Anda adalah senior engineer di refinery plant. Fraksi tertentu dari hasil kilang minyak bumi ini dapat digunakan sebagai bahan baku untuk suatu produk kimia atau digunakan sebagai pelarut, media, pembawa/ carrier bahan lain dalam suatu proses industri. Anda diminta menjelaskan suatu fraksi tertentu dan mengidentifikasi struktur senyawa tersebut. Setelah struktur senyawa itu teridentifikasi dan aplikasinya diketahui, anda diminta mencampurnya dengan suatu aditif sehingga senyawa tersebut memiliki aplikasi khusus dan nilainya bertambah. Senyawa yang anda pisahkan tersebut ternyata memiliki daya melarutkan senyawa organik yang tinggi tapi dengan nilai konstanta dielektrik yang rendah, sehingga tergolong senyawa tidak polar. Di laboratorium anda mengidentifikasi senyawa tersebut menggunakan Mass Spectrometer, IR Spectrometer dan NMR Spectrometer. Hasil pengamatan sampel sbb: Spektroskopi Massa : diperoleh informasi bahwa senyawa ini memiliki m/e sebesar 120, dan analisis komponen sebagai berikut : 90.01% C, dan 9.99% H Spektroskopi IR dan NMR: terlihat pada spektra terlampir.

Tugas :a. Jelaskan tentang rumus molekul senyawa tersebut yang diperoleh dari spektroskopi massa. Apakah anda dapat menentukan jumlah ketidakjenuhannya dan memperkirakan golongan senyawa ini?b. Informasi apa saja yang diperoleh dari spektra Spektroskopi Inframerah untuk puncak absorpsi A,B,C,D, dan E?c. Jelaskan berdasarkan spektroskopi NMR untuk hal berikut :1. Mengapa terjadi pergeseran kimia (chemical shift) pada inti (proton) suatu gugus molekul dan faktor apa saja yang mempengaruhi besarnya pergeseran kimia tersebut.2. Informasi apa yang diperoleh dari posisi pergeseran kimia (chemical shift) serta adanya split pada puncak spektra NMR?d. Gunakan informasi semua data spektroskopi yang dipakai untuk menentukan struktur senyawa. Berikan argumentasi dalam menentukan struktur yang tepat.

Soal no. 2(nilai 40)Salah satu hasil suatu pabrik kimia adalah senyawa ester. Penelitian mengenai produknya menunjukkan terdapat tiga jenis ester yang terbentuk, yaitu metil asetat, metil propionat, dan metil butirat.Dari hasil analisa GC terhadap sampel yang dianalisa pada suhu 350oC, menunjukkan hal berikut :Area (unit luas)(RT), menitRespon faktor, area/mol

Metil asetat205170,965433,11

Metil propionat54853,51,3818166,67

Metil butirat29340,51,628359,94

Diketahui jenis kolom yang digunakan adalah kolom gas kuropack dengan diameter kolom sebesar 5 mm dan panjang kolom sebesar 2 m. Dalam kalibrasi dengan menggunakan larutan standar masing-masing diperoleh Respon faktor seperti tertulis pada tabel.Tugas :a. Bagaimana anda dapat menentukan jumlah mol masing-masing ester tersebut.b. Bagaimana anda menetapkan faktor selektivitas kolom terhadap pemisahan metil propionat dan metil butirat? Diketahui puncak fasa gerak muncul pada 0.45 menit.c. Bagaimana anda menentukan nilai resolusi kolom untuk pemisahan metil propionat dan metil butirat jika diketahui lebar dasar puncak masing-masing adalah 0.21 menit dan 0.31 menit?d. Apakah resolusi kolom tersebut sudah optimum? Jelaskan.e. Tentukanlah waktu elusi agar pemisahan metil butirat optimum?

Soal no. 3 (nilai 20)Anda sedang melakukan penelitian tentang kandungan logam arsen dalam sungai ciliwung. Spektroskopi serapan atom dapat digunakan untuk mengamati kandungan arsen tsb. Penelitian di laboratorium yang anda lakukan adalah sebagai berikut :Anda memasukkan masing-masing 500 mL cuplikan air sungai ke dalam lima buah labu ukur 1000 mL. Larutan standar arsen dengan konsentrai 25 ppb ditambahkan ke dalam labu tersebut dengan berbagai variasi volume dari 0-200 mL kemudian diencerkan. 5 mL larutan diambil dari setiap labu ukur untuk dianalisis dengan AAS. Diketahui Vs, Vx dan Vt adalah berturut-turut volume larutan standar arsen, volume cuplikan air sungai dan volume total larutan dalam labu ukur. Sedangkan Cx dan Cs adalah konsentrasi arsen dalam larutan cuplikan dan dalam larutan standar. Dengan membuat plot antara absorbansi (A) dan volum larutan standar arsen diperoleh suatu garis linier dengan persamaan Y=a+bX, di mana a sebagai intersep dan b adalah kemiringan garis linier.Tugas :a. Bagaimana memperoleh persamaan garis linier yang mengkaitkan absorbansi dengan volume larutan standar, larutan cuplikan, dan volum total serta konsentrasi larutan standar maupun cuplikan.b. Bila kemiringan garis/ intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (mL) bagaimana anda menentukan konsentrasi arsen dalam air sungai (satuan ppb)

JawabanSoal no. 1a. Dari MS diketahui BM sample adalah 120 dengan 90.01%C; 9.99%H; maka

Maka rumus molekul dari senyawa tersebut adalah C9H12Jumlah ketidakjenuhan dari senyawa tersebut adalahJumlah ketidakjenuhan =

Ketidakjenuhan senyawa ini adalah 4. Dilihat dari rumus molekul dan jumlah ketidakjenuhan dari senyawa ini, dapat diperkirakan bahwa senyawa ini termasuk ke dalam golongan senyawa aromatik.b. Dari spektroskopi IR diperoleh PuncakIkatanGugus fungsi

AC-HAlkena/aromatik

BC-HAlkana

CC=CAromatik

DC-CAlkana

E-(CH2)nAlkana

c. Spektroskopi NMR1. Pergerseran kimia : posisi frekuensi resonansi sebuah proton tertentu dalam pengaruh medan magnet luar berkekuatan tertentu. Timbul akibat sirkulasi elektron mengelilingi inti di bawah pengaruh medan magnet. Perbedaan frekuensi absorbsi proton akibat perbedaan lokasi letak atom H terikat menimbulkan efek pergeseran kimia ini. Faktor yang mempengaruhi : faktor induksi, aniosotropi ikatan kimia, tidak terlindungi van der walls. (baca aja di underwood atau skoog)2. Dari posisi pergeseran kimia dari spectrum NMR dapat dilihat bahwa terdapat 5 lingkungan atau lokasi letak atom H terikat yang berbeda dengan perbandingan 5:2:2:3 perbandingan ini adalah perbandingan real dari atom H.5: singlet : atom tersebut tidak memiliki proton tetangga yang memiliki lingkungan yang berbeda.2:triplet : atom ini memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbeda.2: sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan berbeda3: triplet : memiliki 2 proton tetangga dengan lingkungan berbedad. Struktur senyawa sampel dengan rumus molekul C9H12.Dari spektrum IR diketahui bahwa senyawa ini memiliki gugus aromatik dan alkana. Pemilihan aromatik dikarenakan cincin benzena memiliki ketidakjenuhan sama dengan senyawa ini yaitu 4 dan juga rumus molekul senyawa yang perbandingan C : H nya kecil

a : 3 triplet : memiliki proton tetangga b yang berjumlah 2b : 2 sekstet : memiliki 5 proton tetangga dengan lingkungan yang berbeda. 3 dari proton a dan 2 dari proton cc : 2 triplet : memiliki 2 proton tetangga dari lingkungan bd : 5 singlot : tidak dipengaruhi oleh proton tetangga manapun karena tidak ada yang berdekatan.

Soal no. 2a. Jumlah mol masing-masing esterAreaRTRespon faktorFaktor kalibrasi (F)Jumlah mol (F x Area)

Metil asetat205170.965433.110.000183.78

Metil propionate54853.51.3818166.670.0000553.02

Metil butirat29340.51.628359.940.000123.51

b. (tR)metil propionat = 1.38 menit(tR)metil butirat = 1.62 menitTm = 0.45 menit

c. Wmetil propionat = 0.21 menitWmetil butirat = 0.31 menit

d. Bisa diliat dari properties kolomnya. Trus diitung oleh resolusi kolom idealnya n dibandingin ama resolusi kolom hasil perhitungan sebelumnya, udah optimum atau belum ... (baca ada di buku analytical chemistry, skoog). e. e) idem... kalo udah dapet Rs yang optimum tinggal diitung tRnya, rumusnya juga ada disitu koq....

Soal no. 3a. Persamaan garis linier

Dari data yang ada diketahui volume dan konsentrasi larutan standar, volume dan absorbansi total. Dengan persamaan di atas diplot AT.VT sebagai sumbu x dan Vscs sebagai sumbu y. Sehingga diperoleh suatu kurva kalibrasi dengan persamaan garis linier Y=A+bX.

b. Intersep merupakan titik potong garis linier terhadap sumbu y atau saat x=0 dari titik pada kurva kalibrasi yang telah dibuat dengan persamaan di atas kita dapat mencari nilai dari k. Sehingga saat intersep menghasilkan nilai sebesar 300 satuan volum (ml) dan volume sampel diketahui saat pembuatan larutan analit maka dapat diperoleh nilai konsentrasi sampel dalam air sungai (satuan ppb) dengan memasukkan nilai-nilai tersebut ke dalam persamaan garis linier kurva kalibrasi.

UJIAN AKHIR SEMESTER KIMIA ANALITIK 2010/2011HARI: KAMIS, 30 DESEMBER 2010; JAM: 13.00-14.30 (90 MENIT)Pengajar: Ir. Dianursanti, MT

1. Bila dalam suatu percobaan anda menggunakan gas chromatograph. Sampel standar anda terdiri dari campuran hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene sebagai standar dalam. Sampel setelah diinjeksikan pada gas chromatograph (GC) yang dilengkapi dengan electron capture detector (EC). Tinggi puncak akan digunakan sebagai kuantitas senyawa yang terdeteksi, yang juga terdapat dalam sampel. Hasil yang diperoleh: Dari 5 L larutan standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene masing-masing menunjukkan puncak pada 2.7 dan 8.2 menit. Sebanyak 5 L dari campuran sampel standar menghasilkan data sbb:#Hexachlorobenzene (mL)Pentachlorobenzene (mL)Tinggi puncak hexachlorobenzene (mm)Konsentrasi (ml/ml) hexachlorobenzene dalam sampel standar

10.11.93.755 %

20.21.87.5010 %

30.31.711.2515 %

40.41.61520 %

50.51.518.7525 %

Dengan cara yang sama seperti sampel standar, dari hasil injeksi 5 L sample air minum diperoleh punak pada 2.7 menit dengan tinggi senilai 9.25 mm Pada salah satu campuran standar hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene yang digunakan menunjukkan data sbb: lebar dasar puncak pada hexachlorobenzene dan pentachlorobenzene berturut-turut adalah 1.56 menit dan 2.85 menit.Pertanyaan:a. Bagaimana anda menentukan kandungan hexachlorobenzene dalam sampel air minum tersebut?b. Jika diketahui panjang kolom yang digunakan adalah 30,0 cm, menurut anda apakah panjang kolom tersebut sudah menghasilkan resolusi terbaik?c. Jika menurut anda panjang kolom di atas belum optimum, berapa panjang kolom yang seharusnya diperlukan?d. Bagaimana anda menjelaskan prinsip dasar pemisahan dalam kromatografi secara umum?

2. Suatu larutan yang mengandung Cr akan ditentukan konsentrasinya dengan memipet 10 ml masing-masing ke dalam 2 labu yang berukuran 50 ml. Larutan standar yang mengandung 15.5 ppm Cr ditambahkan ke dalam labu dan kemudian larutan diencerkan sesuai dengan volume labu ukur. Larutan tersebut dianalisis menggunakan AAS sehingga diketahui kandungan Crnya. Dari data absorbansi semua sampel, Anda membuat plot antara absorbansi (A) dengan volume standar (Vs) sehingga diperoleh persamaan A=a+bVs dengan a adalah intersep dan b adalah kemiringan kurva linier. Diketahui nilai a/b=15 unit. Dan volume sampel=Vx, konsentrasi analit dalam sampel=Cx, serta konsentrasi Cr dalam larutan standar= Cs.a. Bagaimana anda menentukan konsentrasi Cr dalam sampel?b. Apakah perbedaan spektroskopi emisi nyala dan spektroskopi atom?

Jawaban1a. plot konsentrasi hexaclorobenzene (ml/ml) versus tinggi puncak

Dari grafik di atas, dapat disimpulkan bahwa hubungan dari konsentrasi dengan tinggi puncak adalah sbb:

Karena volume sampel adalah 5 L, maka

b.

Panjang kolom tersebut belum menghasilkan resolusi kolom terbaik. Sebab, resolusi kolom yang dihasilkan bernilai lebih dari 1.5. Hal itu menyebabkan kedua campuran dapat terpisah dengan baik, namun proses berlangsung terlalu lama sehingga biaya yang digunakan dalam pemisahan menjadi mahal.

d. Kromatografi adalah metode pemisahan campuran menjadi komponen-komponennya berdasarkan perbedaan sifat fisiknya. Senyawa yang terlibat dalam pemisahan secara kromatografi antara lain adalah gas pembawa(fasa stasioner) dan fasa diam. Fasa stasioner bertugas membawa sampel melalui kolom. Waktu yang diperlukan komponen untuk melalui kolom (waktu retensi) dipengaruhi oleh kelarutan komponen dalam fasa stasioner. Fasa diam bertugas sebagai penahan laju komponen di dalam kolom. Pemisahan tercapai karena adanya interaksi komponen-komponen dalam campuran dengan fasa stasioner dan fasa diam. Interaksi tersebut menyebabkan waktu retensi dari tiap-tiap komponen dalam campuran berbeda sehingga dapat dipisahkan.2 a.

2 b. Spektroskopi emisi nyala merupakan metode analisis untuk penentuan unsur-unsur yang berada pada jumlah kecil dengan berdasarkan emisi spontan dari atom bebas atau ion ketika terjadi eksitasi akibat energy panas atau listrik. Sedangkan AAS adalah metode analisis untuk penentuan unsur-unsur yang berada dalam jumlah kecil, berdasarkan pada absorbs atau penyerapan radiasi oleh atom bebas.Metode AES dapat mendeteksi berbagai unsur pada saat yang bersamaan sementara AAs cenderung hanya satu unsur.AES menggunakan polikromator untuk memisahkan spectral pada garis emisi atom sedangkan AAS menggunakan monokromator.

UJIAN AKHIR SEMESTER 2006-2007METODE NUMRIKTanggal 24 MEI 2006Waktu 75 menitSifat buku terbuka

1. Cari akar persamaan f(x) = x3 x 1 dengan menggunakana. Metode biseksi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;b. Metode regula falsi dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;c. Metode Newton-Raphson dengan taksiran awal 1,0 dan epsilon 0,001;d. Metode secant dengan taksiran awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001;

2. Dengan menggunakan metode Eliminasi Gauss, cari solusi sistem persamaan aljabar linear berikut:8a + 2b + 3c + 12d = 252a + 4b + 7c + 0,25d = 13,253a + 7b + 3c + 5d = 1812a + 0,25b + 5c + 2d = 19,25

Jawaban1. SPANL:f(x) = x3 x 1Dicari akar persamaannya dengan menggunakan:a. Metode Biseksi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001Dengan Berhenti iterasi: nabxnF(a)F(b)F(xn)

01.01.51.25-10.875-0.297

11.251.51.375-0.2970.8750.225

21.251.3751.313-0.2970.225-0.052

31.3131.3751.344-0.0520.2250.083

41.3131.3441.328-0.0520.0830.015

51.3131.3281.320-0.0520.015-0.019

61.3201.3281.324-0.0190.015-0.002

71.3242.3281.326-0.0020.0150.006

81.3241.3261.325-0.0020.0060.002

91.3241.3251.325-0.0020.0020.000

Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325

b. Metode Regulasi dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001Dengan iterasi: nabxnF(a)F(b)F(xn)

011.51.267-10.875-0.234

11.2671.51.316-0.2340.875-0.037

21.3161.51.323-0.0370.875-0.005

31.3231.51.325-0.0050.875-0.001

41.3251.51.325-0.0010.8750.000

51.3251.3251.325---

Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325

c. Metode Newton Rhapson dengan harga awal 1,0 dan epsilon 0,001Dimana nxnF(xn)f(xn)

01-12

11.50.8755.75

21.348-0.2344.450

31.325-0.0374.268

41.325--

Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325

d. Metode Secant dengan harga awal 1,0 dan 1,5 dan epsilon 0,001Dimana

nxn-1xn F(xn)f(xn)

011.5-10.875

11.51.2670.875-0.234

21.2671.316-0.234-0.037

31.3161.325-0.0370.002

41.3251.325--

Jadi akar persamaan SPANL di atas adalah 1.325

2. SPAL:

metode eliminasi Gauss

dst...Cara yang digunakan sama seperti yang diajarkan dalam aljabar linear, hingga diperoleh matriks segitiga atas. Dan diperoleh

Substitusi Balik : d = 1 c - 0,582d = 0,417c = 0,999 c = 1 b 7,5c + 4,625d = -1,875b = 1 a + 3b -4c + 4,75d = 4,75a = 1

UJIAN AKHIR SEMESTER GANJIL 2008/2009PERISTIWA PERPINDAHANWaktu : 90 menitSifat Ujian : Open Book

1. Udara bertekanan atmosferik dengan suhu 950 C mengalir dengan kecepatan 20 m/s di atas pelat datar terbuat dari naftalena dengan panjang 80 cm dan lebar 60 cm. Udara mengalir searah dengan panjang pelat. Pengukuran eksperimen menunjukkan bahwa konsentrasi molar naftalena di udara, CA, sebagai fungsi jarak x dari pelat adalah sebagai berikut : X(cm)CA(mol /m3)

00.117

100.093

200.076

300.063

400.051

500.043

Hitung fluks molar naftalena dari permukaan pelat pada kondisi tunak!Koefisien difusi naftalena (A) dalam udara (B) pada 950 C adalah

(AB)368 = (AB)300 = (0.62 x 10-5) = 0.84 x 10-5 m2/sAsumsikan bahwa konsentrasi molar total C sama dengan konstan dan pelat naftalena juga berada pada temperature 950 C.

2. Perhatikan sebuah pelat berbentuk persegi panjang dengan tebal 2L terlihat pada gambar. Mula-mula konsentrasi spesies A di dalam plat tersebut seragam, yaitu sebesar CA. pada t = 0 permukaan pada z = L dijaga konstan pada konsentrasi CA1. Untuk menghitung jumah spesi A yang berpindah ke dalam plat, kita harus terlebih dahulu menghitung distribusi konsentrasi spesi A di dalam pelat sebagai fungsi dari posisi dan waktu

SOAL UJIAN AKHIRMata Kuliah : PERISTIWA PERPINDAHANDosen : Dr.Ir. Slamet, MT dan Ir. Yuliusman, MEngHari/tgl : Kamis, 11 Desember 2008Waktu : 120 MenitSifat Ujian : Open Book

1. Terkait dengan aliran fluida TURBULEN dalam pipa, jelaskan secara singkat hal-hal berikut (20%) :a. Jelaskan mekanisme perpindahan momentum, energi, dan massa pada aliran turbulen. Bagaimana pengaruh bilangan-bilangan tak berdimensi Re, Pr, Sc terhadap distribusi kecepatan, temperatur, dan konsentrasi pada aliran turbulen.b. Apa yang dimaksud dengan radius hidrolik (Rh)? Bagaimana cara menentukan Rh pada aliran fluida yang melalui ruang annulus kosong dan annulus yang berisi tumpukan padatan?2. Dalam suatu slurry TiO2 (campuran partikel padatan TiO2 dalam air) yang mempunyai pH=3, akan dipisahkan partikel padatannya dengan cara pengendapan dalam sebuah tangki yang tingginya 50 cm. partikel padatan TiO2 tersebut berbentuk bola dengan densitas (s) = 3,9 gr/cm3 sedangkan air mempunyai densitas () dan viskositas () masing-masing 1 gr/cm3 dan 0,01 poise. Ukuran partikel TiO2 dalam slurry berubah-ubah tergantung dari pH slurry tersebut (lihat gambar).a. Hitunglah waktu yang diperlukan agar semua padatan TiO2 dalam slurry dapat mengendap secara sempurna di dasar tangki.b. Menurut analisis Anda bagaimana caranya mempersingkat waktu pengendapan TiO2 dari slurry tersebut. Buatlah perhitungan secukupnya untuk mendukung pendapat anda.

Final Exam Transport PhenomenaDate : 14 December 2009Lecturer : Dijan Supramono1. Conduction. A steel pipe having inside diameter of 1.88 cm and wall thickness of 0.391 cm is subjected to inside and outside surface temperature of 367 K (Ti) and 344 K (To), respectively. Thermal conductivity of steel 42.90 W/(m.0C).a. Show the Fouriers law for this conduction in cylindrical system.b. Show a formula expressing heat flux as a function of (Ti-To)c. Find the heat flow rate per m of pipe length (Watt/m)2. Forced convection. Air entering a tube of diameter 5.08 cm is at 1 atm and 1500 C. it is heated as it moves through the pipe at velocity 8 m/s. assume that constant heat flux exists at the wall an that the wall temperature is everywhere 200 C above the air temperature.Air at 1500 C and 1 atm has the following properties :

Density = =0.837 kg /m3Viscosity = = 2.38 x 10-5 kg /msThermal conductivity = 0.0352 W/(m.0C)Specific heat = Cp =1017 J/(kg. 0C)Prandtl number = Cp = 0.688

Determinea. b. Reynolds number of air in the pipec. Nusselts number of air in the piped. e. Heat flow per unit length of tube (Watt/m)f. Mass flow rate of air (kg/sec)g. Bulk temperature rise of air (T) in 2 m length of pipe (oC)3. Molecular diffusion. A solid sphere of naphthalene (A) with radius of 2.5 mm is surrounded by still air (B) at 300 K and 1 atm (1 atm= 1.01325 x 105 N/m2). Take the surface temperature of the naphthalene as 300 K and its vapor pressure at this temperature as 0.104 mmHg. The diffusivity of naphthalene in air at 318 K is 6.92 x 10-6 m2/sec. molecular diffusion is through an air film of thickness 2.5 mm (=R2-R1). [DAB at T1 x (T2/T1)3/2 ; R = gas constant= 8314 m3.Pa/(kg.mole.K) ; pA at R2 = 0; for low driving force, log mean of B can be assumed to be arithmetic mean]Determinea. Partial pressure of A at its surface (R1), pA1 (N/m2)b. Diffusivity of A in B at 300 K (m2/sec)c. Arithmetic mean of pB (N/m2)d. Mole flux of A (kg.mole/(m2.sec))

FINAL EXAM TRANSPORT PHENOMENACHEMICAL ENGINEERING DEPARTEMENT-FACULTY OF ENGINEERINGUNIVERSITY OF INDONESIADECEMBER 9TH ,2009

1. Engine oil flows through a 0.003 m diameter tube that is 30 m long. The oil enters at 600 C and the wall temperature is kept at 1000 C. find the oil outlet temperature and the average heat transfer coefficient.

2. A 0.025-m-diameter cylinder whose temperature is 1500 C is placed in air stream (1 atm,380 C) whose velocity is 30 m/sec. what is the heat loss per meter of length for the cylinder?

3. Oxygen diffuses through carbon monoxide (steady state). The carbon monoxide is stagnant. Temperature and pressure are 00 C and 1 x 105 N/m2. Oxygen partial pressure are 13000 and 6500 N/m2 at two planes 3 mm apart. Mixture diffusivity is 1.87 x 105 m2/sec. what is the oxygen rate of diffusion per plane square meter?

PERISTIWA PERPINDAHANDosen : Dr.Ir. Slamet dan Ir.Yuliusman, MScHari/tgl : Rabu, 16 Desember 2009Waktu : 150 menit

1. Nanofluida adalah campuran antara suatu fluida cair dengan nanopartikel tertentu (partikel padatan dengan ukuran < 100 nm). Hasil riset terkini di DTK menunjukkan bahwa nanofluida yang disintesis dari air ( = 1000 kg/m3 dan = 10-3 kg.m-1.det-1) dan partikel TiO2 ( = 3.8 g/cm3) akan mengendap dengan waktu pengendapan yang berbeda-beda, tergantung merode sintesisnya. Jika nanofluida tersebut dibuat (dalam beaker glass setinggi 10 cm) dengan metode pengadukan mekanik, baru sekitar 2 jam sudah terjadi pengendapan partikel TiO2. Namun jika pengadukan dilakukan secara ultrasonik (yang dapat memecah agregat partikel) partikel TiO2 tersebut dapat bertahan tanpa mengendap sekitar 5 hari. Dengan didukung dengan perhitungan seperlunya, buatlah analisis terhadap hasil riset tersebut.2. Dalam keadaan darurat, kebutuhan air di Departemen Teknik Kimia harus dapat disuplai sendiri. Untuk keperluan tersebut, Anda diminta untuk merancang sistem perpipaan yang dapat mengalirkan air tanah (dengan kedalaman 25 m) ke dalam tangki air DTK yang ketinggiannya 50 m. jarak antara sumber air tanah dengan tangki air DTK sekitar 50 m. jika Anda diberi kebebasan untuk menentukan spesifikasi pompa, pipa, dan berbagai aksesorisnya, buatlah rancangan sistem perpipaan tersebut (sketsa beserta perhitungannya) yang dapat mengalirkan air dengan debit minimal 100 liter/ menit. Tuliskan berbagai asumsi yang digunakan beserta alasannya.3. Cerobong asap suatu industri kimia mengeluarkan gas buang yang terkontaminasi oleh amoniak (NH3) dengan konsentrasi 2.5 % volum. Untuk memenuhi baku mutu emisi gas buang industri, maka gas dari cerobong asap tersebut harus diolah hingga konsentrasi maksimum NH3 sebesar 200 ppm. Air murni dengan debit 100 ft3/jam digunakan sebagai pelarut untuk menyerap gas amoniak dalam sebuah kolom absorber. Bila campuran gas buang amoniak tersebut masuk ke dalam kolom absorber dengan debit 1000 ft3/menit (T= 700 F dan P= 1,5 atm), tentukan kolom absorber yang harus dirancang (diameter D dan tinggi L) jika rasio L/D =5. Diketahui keseimbangan fasa amoniak dalam fasa cair dan gas mengikuti persamaan : yAo = (1.07).xAo dan koefisien transfer massa kxa dan kya masing-masing 2.31 dan 4.63 lbmol/(jam.ft3)

Final Exams Transport PhenomenaDate : December 22th, 2010Lecturer : Dijan Supramono

1. Steady state conduction. A steam pipe of 1.5 inch = 38.1 mm OD is to be covered with two layers of insulation with each thickness is 1 inch = 25.4 mm. the thermal conductivity of one insulation material is 5 times that of the other.a. What is q1 (J/s) = function of (T1-T3) on left system?b. What is q2 (J/s) = function of (T1-T3) on right system?c. How much will the heat transfer be reduced (%) when the better insulating material is next to the pipe than when it is the outer layer?

k2 = 5k1r1 = 0.75 inch = 19.05 mm; r2 = 1.75 inch = 44.45 mm; r3 = 2.75 inch = 69.85 mmT1 = outside surface temperature of the pipeT2 = outside surface temperature of the insulation next to pipeT3 = outside surface temperature of the outer insulationL = length of pipe

2. Unsteady-state Conduction. The initial uniform temperature of a long aluminium rod, 0.203 m dia, is 380 C. the rod is suddenly immersed, at time=0, in a medium at temperature 5380 C. the value of thermal diffusivity of aluminium = k/ (. Cp) = 0.196 m2/hr and m = k/ (h.rm) = 2.a. Determine the value of abscissa of the graph after 10 minutes of its immersion.b. Determine the temperature at the center line after 10 minutes of its immersion (0C).c. Determine the temperature at surface after 10 minutes of its immersion (0C).