Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
-
Upload
tika-risyad -
Category
Documents
-
view
374 -
download
32
Transcript of Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 1/103
Neraca Bahan Sistem Tak-bereaksi
Chapter 2
Reklaitis, G.V. 1983. Introduction To Material &
Energy Balances. John Wiley & Sons, Inc.
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 2/103
Sistem yg dibahas Sistem terbuka tunak
Pabrik Air murni
Air asin pekat
(garam, air)
Air payau
(garam, air)
Gambar 2.1 Masukan/keluaran pada Pabrik Desalinasi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 3/103
…Sistem Tak -bereaksi
Berat Molekul (M )
CO2 1(12,01115) + 2(15,9994) = 44,00995
Mol (gmol, kgmol) gram/(berat molekul) 100 gram CO2 mol CO2 = 100/44.00995 = 2.27221 gmol
Laju alir komponen j N j [=] mol j per satuan waktu
F j [=] massa j per satuan waktu
Laju alir total
j
j
j
j
F F
N N
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 4/103
…Sistem Tak -bereaksi
Fraksi massa
Fraksi mol
Jika M j berat molekul komponen j
1 j
j
j
j w F F w
1 j
j j
j x N N x
S
j
j j
S
j
j j M w F M F w N 11
//
S
j
j j j j j j j M w M w N M F w x1
//)/(/)/(
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 5/103
…Sistem Tak -bereaksi
Contoh:
Aliran 100 kg/jam air payau mengandung 0,05
fraksi massa garam (NaCl). Jika Mgaram = 58,5 dan
Mair =18. Tentukan laju molar garam dan air.
Penyelesaian: N = 0,05(100)/58.5 + 0,95(100)/18 = 5,363 kgmol/jam
x garam = [0,05(100)/58.5 ]/5,363 = 0,01594
x air = [0,95(100)/18]/5,363 = 0,98406 N garam = x garamN = 0,0855 kgmol/jam
N air = x air N = 5,2778 kgmol/jam
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 6/103
…Sistem Tak -bereaksi
Persamaan Neraca Bahan
Pabrik Air murni
Air asin pekat
Air laut
F B w Bgaram
F P F S
w Sgaram
B B
H
S S
H
wwww
garamO
garamO
11
2
2
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 7/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca Massa Total
Total Massa Masuk = Total Massa Keluar
F S = F P + F B
Neraca Massa Garam
Total Garam Masuk = Total Garam Keluar
F Sw sgaram = F Bw Bgaram
Neraca Massa Air Total Air Masuk = Total Air Keluar
F S(1-w sgaram ) = F B(1-w Bgaram ) + F P
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 8/103
…Sistem Tak -bereaksi
Jika diketahui:
F P = 1000 kg/jam
w Sgaram = 0,035
w Bgaram = 0,07
Maka persamaan menjadi
F S = 1000 + F B
F S(0,035) = F B(0,07)
F S = (0,07/0,035)F B F S = 2F B 2F B = 1000 + F B F B = 1000 kg/jam
F S = 2000 kg/jam
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 9/103
…Sistem Tak -bereaksi
Persamaan Neraca Independen
Sistem mengandung S komponenS+1persamaan neraca
Konservasi komponen j disemua aliran
Konservasi massa total
Seluruh persamaan konservasi komponen dijumlahkan:
keluranaliranmasuk aliran i
i
j
i
i
i
j
iw F w F
keluranaliranmasuk aliran i
i
i
i F F
111keluranmasukan 1
S
j
iS
j
iiS
j
ii
j j jww F w F
Disetiapaliran
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 10/103
…Sistem Tak -bereaksi
Informasi Neraca Bahan
Masalah pada neraca bahan biasanya melibatkan:
Sistem dengan aliran masukan dan keluaran,
Variabel-variabel aliran yang menggambarkan laju
alir dan komposisi di setiap aliran, Sekumpulan persamaan neraca bahan yang
setidaknya sejumlah S adalah independen,
dimana S adalah jumlah komponen pada aliran,
Basis perhitungan.
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 11/103
…Sistem Tak -bereaksi
Hubungan Tambahan
Hubungan pembantu yang dapat digunakan
untuk mengurangi variabel-variabel yang tak-
diketahui. Hubungan itu adalah:
Pemulihan fraksional
Hubungan komposisi
Rasio aliran
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 12/103
…Sistem Tak -bereaksi
Contoh (Pemulihan fraksional) :
Umpan pada laju 1000 mol/jam mengandung(semua % mol) 20% propan (C3)
30% isobutan (i-C4)
20% isopentan (i-C5) 30% normal pentan (C5)
akan dipisahkan menjadi dua fraksi dengan distilasi.Destilat mengandung semua propan umpan, 80%
isopentan umpan, dan isobutan 40%. Aliran bawahmengandung semua normal pentan umpan.Hitunglah komposisi destilat dan aliran bawah.
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 13/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
Informasi independen adalah:
Tiga komposisi umpan 20% C3, 30% i-C4, dan
20% i-C5.
Dua komposisi destilat 0% C5 dan 40% i-C4.
Satu komposisi aliran bawah 0% C3.
Laju alir umpan 1000 mol/jam
Neraca Total N M = N D + N B
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 14/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 15/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca Komponen
Neraca C3
Neraca i-C4
Neraca i-C5
Neraca C5
Hubungan pembantu
Pemulihan fraksional 80% i-C5 umpan kedestilat
D
C
D M x N N 3
2,0 B B
C i
D M N x N N 4
4,03,0
)1()4,01(2,0543
B
C
B
C i
B D
C
D M x x N x N N
BC
B M x N N 5
3,0
)4,01()2,0(8,03
D
C
D M x N N
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 16/103
…Sistem Tak -bereaksi
Hitung C3
Karena N M = 1000 mol/jam, sehingga
)4,01()2,0(8,0
2,0
3
3
D
C
D M
D
C
D M
x N N
x N N
D
C
D D
D
C
D
x N N
x N
3
3
6,0160
200
D N 6,0200160
6006,0200160
D N
333,0600
2003
D
C x
mol/jam
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 17/103
Dari neraca mol total
N M = N D + N B 1000 = 600 + N B
N B = 400 mol/jam
Dari neraca i-C 4
Dari neraca C 5
…Sistem Tak -bereaksi
15,0400
)600(4,0300
400)600(4,0300 4,03,0
4
44
B
C i
BC i B BC i D M
x
x N x N N
75,0400
300
400300 3,0
5
45
B
C
B
C i
B B
C
M
x
x N x N
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 18/103
…Sistem Tak -bereaksi
Hubungan Komposisi
Antar aliran
Pengendapan
Contoh (hubungan komposis i )
Umpan bubur mengandung 10% padatan, 11% NaOH,16% NaAlO2, dicuci dengan air pencuci yangmengandung 2% NaOH menghasilkan larutan bebas-
padatan mengandung 95% air dan endapan lumpur mengandung 20% padatan. Berapa banyak NaAlO2 pada larutan decanted jika laju umpan 1000 lb/jam.
k
j
i
j Kx x
2
1
padat
1
1j
jw
w
w
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 19/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 20/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 21/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
Peneracaan meliputi 4 aliran dengan total 13
variabel aliran. Empat pada setiap aliran 2 dan 3,
tiga untuk aliran 4 dan dua untuk aliran 1.
Massa total: F 1
+ F 2
= F 3
+ F 4
Padatan: 0,1F 2 = 0,2 F 3
Air: 0,63F 2 + 0,98F 1 = (0,8-w 3NaOH - w 3NaAlO2)F 3
+ 0,95F 4
NaOH: 0,11F 2 + 0,02F 1 = w 3NaOHF 3 + w 4NaOHF 4
NaAlO2: 0,16F 2 = w 3NaAlO2F 3 + (0,05 -w 4NaOH) F 4
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 22/103
…Sistem Tak -bereaksi
Hubungan pembantu
dan
Sigma fraksi massa
4
NaOH
3
NaOH
padatan bebaslarutanlb
NaOHlb
2,01w
w
4
NaOH
4
NaAlO
3 NaAlO05,0
2,01 2
2 www
8,03
OH
3
NaAlO
3
NaOH 22 www
0,14
OH
4
NaAlO
4
NaOH 22 www
S
j
jw1
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 23/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca Padatan
0,1F 2 = 0,2F 3
0,1(1000) = 0,2F 3 F 3 = 100/0,2=500 lb/jam
Jika hubungan pembantu dijumlahkan:
4
NaOH
3
NaOH8,0
1ww
05,0)(8,0
1 3
NaAlO
3
NaOH 2 ww
4
NaOH
3
NaAlO 05,0
8,0
12
ww
+
04,0)( 3
NaAlO
3
NaOH 2ww
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 24/103
…Sistem Tak -bereaksi
Subtitusi ke Neraca Air
0,63F 2 + 0,98F 1 = (0,8 - w 3NaOH - w 3NaAlO2)F 3
+ 0,95F 4
630 + 0,98F 1 = [0,8 – (w 3NaOH + w 3NaAlO2)]500
+ 0,95F 4
630 + 0,98F 1 = (0,8 – 0,04)500 + 0,95F 4
F 1 = (0,95F 4 - 250)/0,98
Neraca Massa total
F 1 + F 2 = F 3 + F 4
F 1 + 1000 = 500 + F 4 F 4 = F 1 + 500
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 25/103
…Sistem Tak -bereaksi
Subtitusi neraca total ke neraca air
F 1 = [0,95(F 1 + 500) – 250]/0,98
F 1 = (0,95/0,98)F 1 + (225/0,98)
F 1 = (225/0,98)/[1-(0,95/0,98)] = 7500 lb/jam
F 4 = F 1 + 500 = 7500 + 500 = 8000 lb/jam
Neraca NaOH dan Hubungan pembantu 0,11F 2 + 0,02F 1 = w 3NaOHF 3 + w 4NaOHF 4
110 + 150 =500 w 3NaOH + 8000 w 4NaOH
260 = 500 w 3NaOH + 8000(1/0,8) w 3NaOH
w 3NaOH = (260/10500) = 0,02476
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 26/103
…Sistem Tak -bereaksi
Subtitusi nilai w 3NaOH ke Hubungan pembantu
w 4NaOH = w 3NaOH/0,8 = 0,02476/0,8 =0,03095
w 3NaAlO2 = 0,04 - 0,02476 = 0,01524
w 4NaAlO2 = w 3NaAlO2/0,8 = 0,01524/0,8 = 0,01905
Jumlah NaAlO2 pada larutan decanted
lb/jam381,152800001905,044
NaAlO
4
NaAlO 22 F w F
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 27/103
…Sistem Tak -bereaksi
Rasio Laju
Contoh (Rasio Laju)
Benzen dipisahkan dari suatu aliran yang mengandung70% (massa) benzen dalam campuran parafin danhidrokarbon naftan dengan menggunakan SO2. Bila 3 lbSO2 digunakan per 1 lb umpan, aliran rafinat akanmengandung 1/6 (fraksi massa) SO2 dan sisa benzen.
Aliran ekstrak mengandung seluruh material bukanbenzen, SO2, dan sekitar ¼ lb benzen per 1 lb non-benzen. Berapa persentasi benzen yang diperoleh (lbbenzen pada rafinat per lb benzen pada umpan)
r ir
i
F
F r
i
konstanaliranlaju
aliranlaju
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 28/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
Rasio laju F 2 /F 1=3
Rasio massa benzen (B) dengan massa bukan-
benzen (NB) pada aliran ekstrak:
25,03
3
33
33
NB
B
NB
B
ww
w F w F
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 29/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca Massa Total: F 3 + F 4 = F 1 + F 2
Neraca Benzen: F 3w 3B + 0,8333F 4 = 0,7F 1 Neraca Non-benzen: F 3w 3NB = 0,3F 1
Neraca SO2: F 3(1-w 3B-w 3NB) + 0,1667F 4 =
F 2
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 30/103
…Sistem Tak -bereaksi
Basis: F 1 = 1000 lb/jam
Rasio laju
F 2 /F 1 = 3 F 2 = 3 F 1 = 3(1000) = 3000 lb/jam
Neraca Non-benzen
F 3w 3NB = 0,3F 1 = 300
Rasio komposisi ekstrak
F 3w 3B = 0,25 F 3w 3NB = 0,25(300) = 75
Neraca Benzen F 3w 3B + 0,8333F 4 = 0,7F 1 75 + 0,8333F 4 = 700
F 4 = 750 lb/jam
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 31/103
…Sistem Tak -bereaksi
Dari Neraca total
F 3 = F 1 + F 2 - F 4
= 1000 + 3000 – 750 = 3250 lb/jam
w 3B = 75/3250 = 0,0231
w
3
NB = (300/3250) = 0,09231
Persen Perolehan Benzen
%3,89100700
625
%100umpandi benzenlb
rafinatdi benzenlb
44 F w B
11 F w B
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 32/103
…Sistem Tak -bereaksi
Derajat Kebebasan Dk = variabel2 aliran independen
- pers. neraca independen
- variabel2 aliran independen diketahui
-
hubungan tambahan Dk = 0, variabel independen = pers. independen
diperoleh penyelesaian yang unik
Dk > 0 (+), underspecified kurang pertelaan
variabel diketahui atau persamaan kurang
Dk < 0 (-), overspecified kelebihan pertelaan variabel diketahui atau persamaan lebih
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 33/103
…Sistem Tak -bereaksi
Contoh:
XC5 =0
XC3 =0
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 34/103
…Sistem Tak -bereaksi
Jumlah variabel aliran adalah 12 tambahkan
seluruh jumlah komponen yang ada disetiapaliran.
Jumlah persamaan neraca independen adalah 4
C3, i-C4, i-C5, dan C5.
Jumlah komposisi diketahui adalah 6
Jumlah aliran diketahui adalah 1
Hubungan tambahan adalah 1
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 35/103
…Sistem Tak -bereaksi
Jumlah variabel aliran 12 Jumlah pers. Neraca independen 4
Jumlah aliran diketahui
Komposisi 6
Aliran 1
Hubungan pembantu 1
-12
Derajat kebebasan 0
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 36/103
…Sistem Tak -bereaksi
Aliran Destilat tidak mengandung C5 dan aliran
bawah tidak mengandung C3. Tetapi xDC5 = 0 danxB
C3 = 0 harus juga diabaikan sehingga:
Dk = 10 variabel - 4 persamaan neraca- 4 komposisi – 1 aliran – 1 hubungan = 0
Contoh 2.10
Diinginkan memproduksi 4000 lb/jam TiO2. Produkmengandung garam 100 ppm basis kering (1 ppm =
fraksi massa 10-6). Umpan mengandung 40% TiO2,20% garam. Jika produk mengandung 50% TiO2 makahitunglah komposisi aliran air-buangan?
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 37/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 38/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 39/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
Derajat Kebebasan
Jumlah variabel Aliran 9
Jumlah pers. neraca independen 3
Jumlah komposisi aliran diketahui 3
Jumlah hubungan pembantu 2-8
Derajat kebebasan 1
Persamaan Neraca
Neraca total F 1 + F 2 = F 3 + F 4 Neraca TiO2 0,4F 1 = 0,5F 3
Neraca Garam 0,2F 1 = w 3garamF 3 + w 4garamF 4
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 40/103
…Sistem Tak -bereaksi
Hubungan Pembantu
F 3(0,5 + w 3garam) = 4000 lb/jam F3 = 7999,2 lb/jam
Neraca TiO2: 0,4F 1 = 0,5F 3
0,4F 1 = 0,5(7999,2) F 1 = 9999 lb/jam
)5,0(kering produk lb
garamlb3
garam
3
33
garam
w F
F w
4
63garam
3
garam10
10
100
5,0
w
w
5
4
53
garam 100005,5)100,1(
105
w
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 41/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca Garam: 0,2F 1 = w 3garamF 3 + w 4garamF 4
0,2(9999) = 5,0005 x 10-5(7999,2) + w 4garamF 4
1999,8 = 0,4 + w 4garamF 4
Neraca total: F 1 + F 2 = F 3 + F 4
9999 + F 2 = 7999,2 + F 4
Dk > 0 kekurangan pertelaan dua pers. dgntiga variabel tak diketahui (F 4, w 4garam, dan F 2 ).
Agar bisa diselesaikan tentukan besar satuvariabel atau cari hubungan pembantu lain.
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 42/103
…Sistem Tak -bereaksi
Misalnya hubungan pembantu lain:
F 2 /F 1 = 6 derajat kebebasan = 0
F 2 = 6F 1 = 6(9999) = 59.994 lb/jam
Dari neraca massa F 4 = 61.993,8 lb/jam
Dari neraca garam w 4garam = 1999,4/F 4 = 0,0323
Contoh 2.11
Sama dengan contoh 2.10 tetapi diketahui
bahwa F 4 = 30.000 lb/jam dan w 4garam = 0.005.
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 43/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 44/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian Derajat Kebebasan
Jumlah variabel Aliran 9
Jumlah pers. neraca independen 3
Jumlah aliran diketahui
Komposisi 4
Aliran 1
Jumlah hubungan pembantu 2
-10
Derajat kebebasan -1
Persamaan Neraca
Neraca total F 1 + F 2 = F 3 + 30000
Neraca TiO2 0,4F 1 = 0,5F 3
Neraca Garam 0,2F 1 = w 3garamF 3 + 0.005(30.000)
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 45/103
…Sistem Tak -bereaksi
Hubungan pembantu
w 3garam = 5,0005 x 10-5
F 3 = 7.999,2 lb/jam
Neraca TiO2
F 1 = 9.999 lb/jam
Neraca total
F2 = 28.000,2 lb/jam
Neraca garam
0,2F 1
= w 3
garamF 3
+ 150 0,2(9.999) = 5,0005 x 10-5(7.999.2) + 150
1.999,8 0,4 + 150
Dk < 0, kelebihan
pertelaan hasil tidak
konsisten
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 46/103
…Sistem Tak -bereaksi
Contoh 2.12
Diinginkan untuk menghasilkan 1000 lb/jam etil
alkohol murni dengan mendestilasi campuran
umpan yang mengandung 60% air dan 40%
alkohol (% massa). Jika komposisi destilatadalah 75% benzen, 24% air, dan sisanya etil
alkohol, berapa banyak benzen harus diumpan-
kan ke kolom destilasi?
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 47/103
…Sistem Tak -bereaksi
Benzene
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 48/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 49/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
Derajat Kebebasan Jumlah variabel Aliran 7
Jumlah pers. neraca independen 3
Jumlah aliran diketahui
Komposisi 3
Aliran 1- 7
Derajat kebebasan 0
Persamaan Neraca
Neraca total F M
+ F B
= F D
+ F A
Neraca Benzen F B = 0,75F D
Neraca Air 0,6F M = 0,24 F D
Neraca Alkohol (1 - 0,6)F M = (1 - 0,75 - 0,24)F D + F A
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 50/103
…Sistem Tak -bereaksi
Persamaan Neraca yang independen adalah tigadan untuk memulai perhitungan diperlukan basis,misal F D = 2000 lb/jam.
Neraca Benzen
F B = 0,75F D = 0,75(2000) = 1500 lb/jam
Neraca Air
F M = (0,24/0,6)(2000) = 800 lb/jam
Neraca Alkohol
F A
= 0,4(800) - 0,01(2000) = 300 lb/jam Jadi untuk basis FD = 2000 lb/jam diperoleh:
(F A, F B, F D, F M ) = (300, 1500, 2000, 800)
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 51/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian yg diinginkan F A = 1000 lb/jam
(10/3) dari F A = 300 lb/jam
Jadi penyelesaiannya adalah:
(F A, F B, F D, F M ) = (10/3)(300, 1500, 2000, 800)
= (1000, 5000, 6667, 2667) lb/jam
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 52/103
…Sistem Tak -bereaksi
Sistem Melibatkan Multi Unit
Peneracaan melibatkan neraca masing-masing unitdan neraca keseluruhan (overall )
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 53/103
…Sistem Tak -bereaksi
Contoh 2.13
Pemisahan yang melibatkan dua kolom destilasidirancang untuk memisahkan benzena, toluena, dan
xilena menjadi tiga aliran, yang masing-masingnya
kaya dengan satu komponen. Laju alir umpan 1000
mol/jam adalah campuran 20% benzena, 30%toluena dan sisanya xilena (% mol), produk bawah
Unit I mengandung 2.5% Benzena dan 35% toluena
dan produk atas Unit II mengandung 8% benzene
dan 72% toluena. Tentukan berapa banyak bahanyang akan diproduksi setiap Unit dan bagaimana
komposisinya.
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 54/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 55/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 56/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca Unit I
Neraca benzena: 200 = x 2 BN 2 + 0.025N 3
Neraca toluena: 300 = (1- x 2 B)N 2 + 0.35N 3
Neraca xilena: 500 = 0.625N 3
Neraca Unit II Neraca benzena: 0.025N 3 = 0.08N 4
Neraca toluena: 0.350N 3 = 0.72N 4 + x 5 T N 5
Neraca xilena: 0.625N 3 = 0. 2N 4 + (1- x 5 T )N 5
Neraca Overall Neraca benzena: 200 = x 2
BN 2 + 0.08N 4
Neraca toluena: 300 = (1- x 2 B)N 2 + 0.72N 4 + x 5
T N 5
Neraca xilena: 500 = 0. 2N 4 + (1- x 5 T )N 5
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 57/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca xilena Unit I: Neraca xilena:
500 = 0.0625N 3 N 3 = 500/0.0625 = 800 mol/jam Subtitusi nilai N 3 ke neraca benzena dan toluena Unit I
200 = x 2 BN 2 + 20 x 2
BN 2 = 180
300 = (1- x 2 B)N 2 + 280 N 2 = 20 + x 2
BN 2
N
2
= 200 mol/jam x 2
B = 0.9
Neraca benzena overall
200 = 180 + 0.08N 4 N 4 = (200-180)/0.08 = 250 mol/jam
Neraca toluena dan xilena keseluruhan
300 = 20 + 180 + x 5 T N 5 x 5
T N 5 = 100
500 = 50 + (1- x 5 T )N 5 N 5 = 450 + x 5
T N 5 N 5 = 550mol/jam & x 5
T = 100/550
T
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 58/103
Neraca Independen
Jumlah neraca independen maksimum pada
sistem multi unit adalah:
dimana: S adalah jumlah komponen dan M
adalah jumlah aliran.
Jadi untuk Contoh 2.13 dari 9 persamaanneraca yang diperoleh hanya 6 persamaan yang
independen.
…Sistem Tak -bereaksi
M
i i
S 1
Maksimum NeracaJumlah
Si T k b k i
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 59/103
…Sistem Tak -bereaksi
Analisa Derajat Kebebasan
Dk Sistem = variabel2 aliran independen
- pers. neraca independen
- variabel2 aliran independen diketahui
- hubungan tambahan
Contoh 2.14
Tentukan derajat kebebasan sistem destilasi yang
digambarkan pada contoh 2.13.
Si T k b k i
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 60/103
…Sistem Tak -bereaksi
Si T k b k i
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 61/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
Jumlah Variabel aliran 13 Jumlah Pers. Neraca independen
Unit I 3
Unit II 3
Jumlah Aliran diketahui
Komposisi 6
Aliran 1
Hubungan Pembantu 0-13
Derajat Kebebasan 0
Si T k b k i
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 62/103
…Sistem Tak -bereaksi
Strategi memulai perhitungan mulai dari
unit/bagian yang DP nya terkecil.
Contoh 2.15
Ulangi contoh 2.14 tetapi tentukan pula DPmasing-masing unit
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 63/103
…Sistem Tak -bereaksi Penyelesaian
Unit I Unit II Proses
Jumlah variabel aliran 8 8 13
Jumlah pers. Neraca independen 3 3 6
Jumlah aliran diketahui
Komposisi 4 4 6
Aliran 1 0 1
Hubungan pembantu 0 0 0
-8 -7 -13
Derajat Kebebasan 0 1 0
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 64/103
Strategi Penyelesaian (Unit Tunggal)
Dasar
Pilih S pers dari (S+1) pers neraca yg bisa dituliskan Pilih variabel yang akan dijadikan basis perhitungan
Urutkan perhitungan penyelesaian himpunan S pers neracaberlangsung secara beruntun (tidak perlu serempak)
Hauristik 1Pilih himpunan pers yang tiap persamaannya melibat-kansesedikit mungkin variabel
Hauristik 2Jadikan pers neraca total sebagai salah satu pers yang dipilih
melibatkan semua alur tetapi tidak melibatkan komposisi Hauristik 3
Jika perlu, pilih ulang basis perhitungan penyelesaianserempak dapat dihindari
Si t T k b k i
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 65/103
…Sistem Tak -bereaksi
Contoh 2.16
Sistem evavorasi empat tahap. Suatu larutangula 50% berat akan dikentalkan menjadi65% dengan menguapkan air pada setiap
tahapnya. Total umpan adalah 50.000 lb/jammemproduksi 35.000 lb/jam produk.Tentukan komposisi aliran-aliran intermediet.
Hubungan pembantu: F 2 = F 4 , F 4 = F 6 , & F 6 =F 8 .
Si t T k b k i
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 66/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 67/103
…Sistem Tak -bereaksi Penyelesaian
Unit I Unit II Unit III Unit IV Proses
Variabel aliran 5 5 5 5 14
Pers. Neraca independen 2 2 2 2 8
Aliran diketahui
Komposisi 1 0 0 1 2
Aliran 1 0 0 1 2
Hubungan Pembantu 0 0 0 0 3
-4 -2 -2 -4 -15
Derajat Kebebasan 1 3 3 1 -1
Sistem Tak bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 68/103
…Sistem Tak -bereaksi
Karena Dk proses < 0 overspecified
kelebihan pertelaan variabel diketahui atau persamaan berlebih
Sistem Tak bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 69/103
Konfigurasi Multi-unit Khusus
Aliran Daur-ulang (recycle )
Splitter
Aliran i Aliran k
Kondisi
Implikasinya
Jika ada N cabang (N-1)(S-1) batasan splitter
…Sistem Tak -bereaksi
k
j
i
j
k
j
i
j ww x x or
S
i
i
j x1
1
S
i
k
j x1
1
1,,1 S i x x k ji j
k
S
i
S x x
Sistem Tak bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 70/103
…Sistem Tak -bereaksi
Contoh 2.17
Sebuah splitter membagi suatu aliran yangmengandung malt, hops, dan air menjadi tigacabang, seperti Gambar. Komposisi (dalam %
berat) aliran masuk adalah 20% malt, 10%hops, dan air. Jika F2 = 2 F3 dan F3 = ⅓F4 serta
F1 = 1000 lb/jam, hitunglah laju alir padasetiap cabang.
1 3
4
2
MaltHops
Air
Sistem Tak bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 71/103
…Sistem Tak -bereaksi
Penyelesaian
Sistem melibatkan 3 cabang dan 3 komponen. Batasan Splitter = (N-1)(C-1) = (3 – 1)(3 – 1) = 4
Analisa Derajat Kebebasan
Jumlah Variabel 12
Jumlah Neraca 3
Jumlah diketahui
Komposisi 2
Aliran 1
Jumlah Hubungan
Nisbah Aliran 2 Batasan splitter 4
-12
Derajat Kebebasan 0
Sistem Tak bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 72/103
…Sistem Tak -bereaksi
Neraca Massa Total
F1 = F2 + F3 + F4
1000 = F2 + F3 + F4
Hubungan pembantu
F2 = 2 F3 dan F3 = ⅓ F4
Subtitusi ke pers. Neraca massa total
1000 = 2F3 + F3 + 3 F3
F3 = 1000/6 = 166,67 lb/h
F2 = 2 F3 = 2 x 166.67 = 333,33 lb/h
F4 = 3 F3 = 3 x 166.67 ≈ 500,00 lb/h
Sistem Tak bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 73/103
…Sistem Tak -bereaksi
Batasan splitter
w2M = w3
M w3M = w4
M
w2H = w3
H w3H = w4
H
w2M = w3
M = 0.2
w2H = w3
H = 0.1
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 74/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 75/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 76/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 77/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 78/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 79/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 80/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 81/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 82/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 83/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 84/103
No Aliran 1 2 3 4 5 6
Nama Fresh JuiceUmpan
EvaporatorCutback
Keluaran
Uap air
Keluaran
Cairan PekatKonsentrat
Laju alir total,lb/jam 10,000 9,000 1,000 7,650 1,350 2,350
Fraksi berat
- Solid 0.12 0.12 0.12 - 0.80 0.51
- Water 0.88 0.88 0.88 1.00 0.20 0.49
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 85/103
Strategi Penyelesaian (Multi Unit)
Strategi dasar tetap
urutkan perhitungan sehingga tak dibutuhkan penyelesaian serempak dari sekelompok persamaan (jika mungkin).
Karena jumlah persamaan tidak sedikit, karena itu pengu-rutan dilaksanakan dalam dua tahap:
Pilih himpunan pers. neraca yang akan diselesaikan(u buah himp.) Gunakan huristik 1 s/d 3 untuk masing2 himp. pers.
neraca.
Hauristik 4Lakukan selalu penentuan derajat kebebasan sistem.Jika derajat kebebasannya nol, neraca keseluruhanseringkali bermanfaat untuk mengawali penyelesaian
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 86/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 87/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 88/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 89/103
Overall Balance sistem yg dibatasi tanda merah
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 90/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 91/103
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 92/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 93/103
Hauristik 5
Jika proses berderajat kebebasan nol tetapiderajat kebebasan neraca keseluruhan maupununit-unit > 0, cari himpunan pers neracaberderajat kebebasan satu dan tempatkan basis
pada himpunan pers itu (variabel mana yangditetapkan sebagai basis..? lihat Huristik 3).
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 94/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 95/103
KandidatKandidat
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 96/103
Hauristik 6
Jika terdapat lebih dari satu unit kandidat lokasibasis, pilihlah unit yang terlibat dalam rangkaian-lingkar (loop ) alur-alur alir dan tetapkan variabelbasis sedemikian rupa sehingga penetapan nilaibasis seolah-olah menggunting (tearing ) rang-kaian-lingkar menjadi terbuka….
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 97/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 98/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 99/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 100/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 101/103
N1,…,N5,…..,N11 = (11,633,…,1,000, …, 1,656.2)
=(1/11.633)(11,633,…,1000, …, 1656.2)
=1000, ..., 1000/11.633, …, 1656.2/11.633)
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 102/103
…Sistem Tak -bereaksi
7/27/2019 Neraca Massa Sistem Tak-bereaksi.ppt
http://slidepdf.com/reader/full/neraca-massa-sistem-tak-bereaksippt 103/103
RESUME
Manfaat tabel derajat kebebasan adalahdidapatkannya jawaban tentang:
1. Pertelaan kurang, tepat, atau lebih…. ?
2. Darimana perhitungan harus dimulai…
. ?3. Unit mana merupakan kandidat lokasi basis….
?