Neraca Massa 2

Proses Kimia I

Teknokimia NuklirSekolah Tinggi Teknologi NuklirBadan Tenaga Nuklir Nasional

Yogyakarta

Ekstraksi Cair-Cair

Jika suatu zat X dapat larut dalam 2 cairan A dan B (A dan B tidak dapat bercampur), maka zat X tersebut akan terbagi ke dalam cairan A dan cairan B dengan perbandingan yang konstan, dikenal dengan koefisien distribusi.

Dengan:KD : koefisien distribusiCXA : konsentrasi X dalam larutan ACXB : konsentrasi X dalam larutan B

XB

XAD C

CK

Ekstraksi Cair-Cair

Jika suatu cairan air yang volumenya V ml mengandung W0 gram zat X yang

dapat dipisahkan, diekstraksi dengan S ml solvent organik yang tidak dapat

bercampur dengan air. Jika berat zat X yang tersisa dalam fase air setelah ekstraksi yang pertama adalah W1

gram, maka konsentrasi sisanya adalah W1/V gram/ml, sedangkan

konsentrasi dalam solvent adalah (W0-W1)/S gram/ml. Jika diketahui

koefisien distribusi adalah KD, maka:

n

D

D0n

D

D01

10

1

D

SVKVKWW

SVKVKWW

SWWV

WK

Ekstraksi Cair-Cair

Contoh:Koefisien distribusi suatu zat X antara eter dan air = 3 dan zat ini lebih larut dalam eter. 100 ml air yang mengandung 10 gram zat X diekstraksi sebanyak dua kali dengan masing-masing 50 ml eter. Tentukan berat zat X yang tinggal dalam fase air pada tiap kali percobaan!

Ekstraksi Cair-Cair

Jawab:Karena yang ditanyakan adalah berat zat X dalam air, maka nilai K harus dibalik = 1/3, maka:

gram1,6501003

11003

110W

gram4501003

11003

110W

2

2

1

Proses Penguapan

Proses penguapan biasanya dikenakan terhadap larutan encer, sedangkan yang keluar dari pesawat penguap berupa larutan pekat dan pelarutnya keluar sebagai uap atau gas. Sebagai pemanas biasanya digunakan steam yang dialirkan melalui pipa penguapan yang masuk evaporator, sehingga uap akan memberikan kalornya dan keluar sebagai embun.

Proses Penguapan

umpan

VyH

F

embunan

Uap pelarut

uap

larutan pekat

SHC

SHS

LXLHL

Jumlah panas yang dibutuhkan:

Q = U.A.dT

dengan:Q : jumlah

panas yang dibutuhkan

U : koefisien hantaran panas keseluruhan

A : luas pemanas

dT : beda suhu

Proses Penguapan

Untuk menyederhanakan neraca panas, maka dianggap tidak ada panas yang hilang.

Panas masuk = Panas keluar F (HF) + S (HS) = V (H) + L (HL) + S (HC) F (HF) + S (HS - HC) = V (H) + L (HL)

Proses Penguapan

Contoh:Suatu pesawat penguap diberi umpan sebanyak 10.000 lb/jam larutan yang mengandung 1% berat zat padat. Umpan masuk pada suhu 100oF. Larutan ini dipekatkan manjadi 1,5% berat zat padat dengan tekanan dalam pesawat adalah 1 atm. Sebagai media pemanas dipergunakan steam dengan tekanan psig (yang sesuai dengan 227oF). Berapa lb berat uap yang terjadi dan berapa berat total steam yang diperlukan? Jika diketahui koefisien hantaran panas = 250, hitunglah luas permukaan pemanas yang diperlukan!

Proses Penguapan

Penyelesaian:Dianggap bahwa:

a. Tidak ada kenaikan titik didihb. Sifat dari zat cair sama dengan air, karena

sangat encer

Basis perhitungan = 1 jam.Total solute = 0,01 (10.000 lb) = 100 lbTotal air dalam umpan = 10.000 – 100 = 9.900 lb

Proses Penguapan

Tf = 100oF, dengan menggunakan tabel uap didapat Hf = 68 BTU/lb

XL = 0,015Maka L = 100 lb/0,015 = 6666,66 lb

F = V + LV = 10000 lb – 6666,66 lb = 333,34 lb

Dalam praktek y = 0, sebab tidak ada zat padat yang terbawa dalam uap.

Proses Penguapan

Pada:Tf = 100oF Hf = 68 BTU/lbTv = 212oF H = 1150 BTU/lbTL = 212oC (karena cairan mendidih pada 212oF), maka

HL = 180 BTU/lbTs = 227oF Hs = 1156 BTU/lb (uap)

Suhu kondensat (steam yang mengembun) = Ts’ dapat disamakan dengan suhu Ts, sehingga:Ts’ = 227oF Hc = 195 BTU/lb (cairan)

Proses Penguapan

Neraca panas:

F (HF) + S (HS - HC) = V (H) + L (HL)10000 (68) + S (1156 – 195) = 3333,34

(1150) + 6666,66 (180)S = 5166,84 lb

Proses Penguapan

Banyaknya panas yang diberikan oleh steam pada bidang pemanas dalam evaporator adalah :

S (Hs – Hc) = Q = 5166,84 (1156 – 195)= 4965333,24 BTU

Q = U.A.dT 4965333,24 = 250 (A) (227 – 212)

A = 1324,08 ft2

Destilasi

Pesawat destilasi terdiri dari 3 bagian, yaitu:

1. Kolom destilasi, berfungsi ntuk melakukan pemisahan

2. Kondenser, berfungsi untuk mencairkan top product

3. Reboiler, berfungsi mendidihkan bottom product sehingga bagian yang mudah menguap dapat kembali ke kolom destilasi

Destilasi

LXL

QC

LlXlHl

WXWHW

VSYSHS

FZFHF

VtYtHt D

XDHD

QS

Neraca massa total:

F = D + W

Neraca komponen bahan yang mudah menguap:

F.ZF = D.XD + W.XW

Neraca komponen bahan yang sulit menguap:

F (1-ZF) = D (1-XD) + W (1-XW)

Destilasi

Neraca entalpi:F.HF + QS = D.HD + W.HW + QC

Jika pemanas untuk reboiler yang digunakan adalah steam yang sedang mengembum, maka:

QS = S.ΔHS

Jika perubahan panas dalam kondenser disebabkan oleh air pendingin, maka:

QC = W.CpH2O.dT

Destilasi

Neraca bahan dan panas pada kondenser:Vt = L + DVt.yt = L.XL + D.XD

Vt.Ht = L.HL + D.HD + QC

Neraca bahan dan panas pada reboiler:Ll = VS + WLl.Xl = VS.YS + W.XW

Ll.Hl + QS = VS.HS + W.HW