LAPORAN ATK
-
Upload
resilevipermadani -
Category
Documents
-
view
366 -
download
12
Transcript of LAPORAN ATK
AZAS TEKNIK KIMIA
Neraca Bahan Sistem Tanpa Reaksi
Kelompok 6
Evert (110405046)
Alfarodo (110405061)
Resi Levi Permadani (110405072)
Budi Warman (110405074)
Yosef Carol (110405081)
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
FAKULTAS TEKNIK
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
MEDAN
2012
Neraca Bahan Sistem Tanpa Reaksi
2.1. Perumusan Masalah Neraca Massa
Pada suatu sistem tunak terbuka tidak ada akumulasi massa terhadap waktu, dengan kata
lain laju masuk dan laju keluar sistem adalah sama. Dalam suatu industri yang terdiri dari
beberapa reactor dan unit operasi, dapat digambarkan sebagai kotak yang dihubungkan dengan
garis sebagai menggambarkan arah aliran massa. Setiap suapan dan keluaran dari unit operasi
pada umumnya mengandung campuran senyawa kimia dan harus dicirikan.
2.1.1 Variabel-Variabel Neraca Bahan
Tahap pertama dalam mendefinisikan persoalan neraca bahan adalah memilih batasan
sistem, mencirikan semua aliran suapan dan keluaran, dan mencirikan semua materi kimia dalam
masing-masing aliran. Tahap berikutnya adalah menghitung secara teliti semua bahan yang
masuk dan keluar sistem, sehingga akan diketahui laju alir setiap senyawa kimia yang ada dalam
setiap aliran. Ada beberapa cara untuk menampilkan informasi tersebut. Pertama, zat kimia j
dalam aliran, laju alir zat Nj(mol j per satuan waktu) atau Fj (massa j per satuan waktu). Total
laju alir alur adalah:
N= 𝑁𝑗 j
F= 𝐹𝑗 j
Bila laju alir zat diketahui , total laju alir adalah variabel tak bebas.
Bila berat molekul, Mj diketahui untuk setiap zat S dalam alur, maka:
N = ( 𝑊𝑓𝐹
𝑀𝑗
𝑆
𝑗=1 = F (
𝑊𝑓
𝑀𝑗)
2.1.2 Persamaan-persamaan Neraca Massa dan Sifat-sifatnya
Dalam sistem tanpa reaksi berlaku:
„‟ Total massa atau molekul setiap zat kimia yang masuk sama dengan yang keluar ”
Dari prinsip kekekalan ini dapat dibentuk persamaan-persamaan yang menghubungkan alur
masuk dan keluar. Himpunan persamaan itu menghubungkan variabel-variabel yang terlibat
dalam setiap alur proses. Dari himpunan persamaan tersebut dapat diselesaikan untuk
memperoleh variabel yang tak diketahui, berasaskan pada sebahagian variabel yang telah
diketahui.
2.1.3 Informas I Neraca Bahan
Informasi yang harus ada dalam perumusan neraca bahan yaitu:
a. Sistem yang ditinjau berdasarkan alur-alur masuk dan keluar
b. Variabel-variabel alur alir seperti laju alir dan komposisi alur
𝑁1=1000 mol/jam 𝑋1
1=0,2 𝑋2
1=0,3 𝑋3
1=0,2 𝑋4
1=0,3
𝑁1
c. Himpunan persamaan neraca massa, dengan s buah diantaranya TTSL pada
komponen/zat
d. Pemilihan basis untuk perhitungan
Dalam perumusan masalah peneracaan, harus diperhatikan juga beberapa informasi yang dapat
mengurangi variabel aliran yang tidak diketahui. Informasi dapat berupa:
a. Fraksi-fraksi perolehan
b. Hubungan-hubungan komposisi
c. Perbandingan-perbandingan aliran
Contoh:
Suatu persediaan umpan pada laju 1000 mol/jam yang mempunyai komposisi (%mol) 20%
propane, 30% isobutana, 20% isopentana, dan 30% n-pentana, akan dipisahkan menjadi 2 fraksi
oleh kolom destilasi. Uap (destilat) mengandung semua propane yang ada pada umpan, dan 80%
isopentana yang ada pada umpan dan 40% isobutana. Alur bawah mengandung semua normal
pentane yang masuk ke unit. Hitung komposisi pada destilat dan alur bawah.
Penyelesaian:
Uap
2
1
Umpan
3
𝑁11
𝑁2
𝑁2=? 𝑋1
2=? 𝑋2
2=0,4 𝑋3
2=? 𝑋4
2=0
𝑁3= ? 𝑋1
3=0 𝑋2
3=? 𝑋3
3=? =?
Indeks: 1=propane
2=isobutana 3=isopentana 4=n-pentana
Variabel:
Ada 3 jalur, diasumsikan setiap jalur mengandung 4 zat, sehingga total variabel adalah 3x4=12
buah. Pada sistem mengandung 4 zat yang berbeda, sehingga memungkinkan untuk menulis 4
persamaan neraca massa TTSL
1. Neraca Massa total 𝑁1 = 𝑁2 + 𝑁3
2. Neraca C3 0,2 𝑁1 = 𝑁2 + 𝑋12
3. Neraca i-C 0,3 𝑁1 = 𝑁3𝑋23 + 0,4 𝑁2
4. Neraca i-C5 0,2 𝑁1 = 𝑁2 (1-0,4-𝑋12) + 𝑁3 (1-𝑋2
3-𝑋43)
5. Neraca C5 0.3 𝑁1 = 𝑁3𝑋43
Informasi tambahan yaitu sebanyak 80% perolehan i-C5 dalam destilat, kondisi ini dapat
digambarkan dalam persamaan:
0,8(0,2𝑁1) = 𝑁2(1-0,4-𝑋12)
Laju alir umpan 𝑁1 = 1000 mol/jam, sehingga persamaan diatas dapat ditulis menjadi:
160=𝑁2(1-0,4-𝑋12)
160=0,6 𝑁2 - 𝑁2𝑋12
Dari neraca C3 : 200=𝑁2𝑋12, sehingga diperoleh
𝑁2=600 mol/jam dan 𝑋12 = 0,333
𝑋32=1-(0,33+0,4+0) = 0,267
Neraca Total : 1000=600+𝑁3
𝑁3=400 mol/jam
Neraca i-C4 : 300=240+400𝑋23
𝑋23=0,15
Neraca C5 : 300 = 400 𝑋43
𝑋43=0,75
𝑋33=1-(0+0,15+0,75) =0,1
Jadi hanya ada 4 persamaan neraca yang TTSL dan diperlukan dalam penyelesaian.
2.2 Analisa Persoalan Neraca Bahan
2.2.1 Derajat Kebebasan
Untuk menentukan apakah model aljabar yang dibangun akan menghasilkan penyelesaian
yang realistis pada umumnya sukar. Meskipun demikian ada satu indeks yang sederhana yang
dapat memberikan pertanda apakah persoalan neraca bahan dapat diselesaikan. Indeks tersebut
disebut Derajat Kebebasan dari suatu persoalan.
Derajat kebebasan adalah mekanisme yang sistematik untuk menghitung semua variabel,
persamaan-persamaan neraca dan hubungan yang terlibat dalam persoalan.
Derajat Kebebasan (DK) didefinisikan sebagai berikut :
(banyaknya variabel-variabel bebas semua aliran-aliran)
(banyaknya persamaan neraca TTSL)
(banyaknya variabel alur yang niainya telah ditentukan)
(banyaknya hubungan pembantu)
Bila DK positif (DK>0), maka perlu dikurangkan jumlah salah satu dari antara neraca TTSL,
komposisi alur yang spesifik, ataupun hubungan pembantu. Bila DK negative (DK<0),
sebaliknya maka perlu ditambahkan jumlah salah satu dari neraca TTSL, komposisi alur yang
spesifik, ataupun hubungan pembantu. DK = 0 spesifikasi sudah tepat.
Contoh :
TiO2 diproduksi dengan cara mencuci pigmen mentah sehingga dihasilkan pigmen bersih
sebanyak 4000 lb/jam kering dan mengandung garam sebanyak 100 ppm. Garam disisihkan
bersamaan dengan air pencuci. Bila pigmen mentah mengandung 40% TiO2, 20% garam dan
sisanya air dan bila pigmen bersih mengandung 50% TiO2, hitung komposisi alur air buangan.
Penyelesaian :
2
Pigmen mentah
TiO2 = 40% 4 Air buangan
Garam = 20% 1 Garam
H2O H2O
3
Pigmen bersih
TiO2 = 50%
Garam
H2O
Unit Pencuci
Jumlah :
Variabel 9
Neraca TTSL 3
Komposisi alur yang spesisfik 3
Hubungan pembantu 2
-8
Derajat Kebebasan 1
Dapat disimpulkan bahwa persoalan tak dapat diselesaikan untuk semua variabel-variabel alur
yang tak diketahui. Walaupun demikian, akan dicoba untuk menyelesaikannya.
Neraca TTSL
Neraca massa total F1 + F
2 = F
3 + F
4
Neraca TiO2 0,4F1 = 0,5F
3
Neraca garam 0,2F1 = W
3garam + W
4garam F4
Neraca TTSL adalah untuk air
Informasi hubungan pembantu :
a) Kandungan garam di alur produk
𝑙𝑏 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚
𝑙𝑏 𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 =
𝑊3𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚 𝐹3
𝐹3 0,5+𝑊3𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚 =
𝑊3 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚
0,5 + 𝑊3𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚 = 10
-4
Sehingga diperoleh : W3garam = 5,0005 x 10
-5
b) Laju alir produk pada basis kering 4000 lb/jam
F3 (0,5 + W
3garam) = 4000 lb/jam
Gantikan harga W3garam ke persamaan ini sehingga diperoleh :
F3 = 7999,2 lb/jam
Dari neraca TiO2 diperoleh : F1
= 9999 lb/jam
Dari neraca garam dapat disederhanakan menjadi :
1999,8 = 0,4 + W4
garam F4
dan dari neraca total diperoleh :
9999 + F2 = 7999,2 + F
4
Jadi diperoleh ada dua persamaan dengan tiga variabel yang tak diketahui F2, F
4, dan W
4garam,
sehingga kedua persamaan tersebut tak dapat diselesaikan. Agar problem dapat diselesaikan,
maka perlu informasi berupa penambahan satu variabel.
Menurut kajian ditentukan bahwa air yang digunakan 6 lb H20/lb. Umpan penambahan satu
spesifikasi baru ini mengakibatkan derajat kebebasan menjadi nol, sehingga soal dapat
diselesaikan.
F2/F
1 = 6
F2 = 6(9999) = 59.994 lb/jam
Dari neraca total diperoleh :
F4 = 61.993,8 lb/jam
Dan dari neraca garam diperoleh :
W4
garam = 1999,4/F4 = 0,0323
2.2.2 Strategi penyelesaian
Dasar penyelesaian harus :
a. Memiliki persamaan dari (s-1) persamaan neraca yang bisa dituliskan
b. Memiliki variabel yang akan di jadikan basis perhitungan
c. Mengurutkan perhitungan sehinnga penyelesaian himpunan s persamaan neraca dapat
berlangsung secara berurutan (tidak perlu serempak)
HEURISTIK 1
Pilih himpunan persamaan yang tiap persamaannya melibatkan sedikit mungkin variabel
HEURISTIK 2
Jaadikan persamaan neraca total sebagai salah satu anggota himpunan persamaan yang
dipilih (sekalipun melibatkan semua alur ,tdak pernah melibatkan komposisi )
HEURISTIK 3
Jika perlu (pilih ulang) basis perhitungan supaya penyelesaian serempak dapat dihindari
2.3 Sistem Yang Melibatkan Unit – Unit Ganda
Untuk dapat merancang sistem unit ganda yang terintegrasi, Insinyur kimia harus mampu
:
a. Menentukan semua alur umpan dan keluar dari seluruh sistem.
b. Menentukan semua laju dan komposisi alur yang menghubungkan antar unit – unit.
2.3.1 Himpunan TTSL Persamaan – Persamaan Neraca
Neraca yang melibatkan keseluruhan proses disebut sebagai neraca – neraca keseluruhan,
sedangkan neraca yang melibatkan setiap unit disebut neraca – neraca unit. Untuk lebih jelasnya
mengenai himpunan TTSL dalam unit ganda, perhatikan contoh berikut :
Contoh 2.1
Untuk memisahkan benzene, toluene dan xylem diperlukan dua tahap kolom destilasi menurt
gambar berikut.
Laju umpan 1000 mol/jam mengandung 20% benzene, 30% toluene dan sisanya xylem (semua
% mol), produk bagian bawah kolom I mengandung 2,5% benzene dan 35% toluene. Produk
puncak kolom II mengandung 8% benzene dan 75% toluene. Tentukan laju alir dan komposisi
setiap alur.
Penyelesaian :
Fraksi Ringan Benzen Toluene
I II
Benzene Toluene Xylene
Produk antara Benzene, Toluene, Xylene
Fraksi sedang Benzene, Toluene, Xylene
Fraksi berat Toluene Xylene
2 4
1
5
3
Jumlah maksimum neraca TTSL adalah 6, 3 untuk masing – masing unit. Unit I terdiri dari X1
1,
X1
2, dan X13 sedangkan unit II terdiri dari X
31, X
32, X
33.
2.3.2 Analisa Derajat Kebebasan
Prosedur analisa derajat kebebasan unit ganda sama dengan prosedur unit tunggal.
Perhatikan kembali contoh 2.1
Jumlah variabel alur 13 terdiri dari 3 untuk masing – masing alur 1,3, dan 4 dan 2 untuk alur 2
dan 5. Neraca TTSL 6, 3 untuk masing – masing unit. Komposisi spesifik ada 6 dan laju alir 1.
Tidak ada hubungan pembantu.
I II N1 = 1000 lb/jam X1
1 = 0,2 X1
2 = 0,3 X1
3 = 0,5
Produk antara N3 X3
1 = 0,025 X3
2 = 0,35 X3
3 = 0,625
Fraksi berat N5 X5
2 = 1 – X53
X53
1 = Benzen
2 = Toluene
3 = Xylene
Fraksi Ringan
N2 X2
1 X2
2 = 1 – X21
Fraksi sedang
N4 X4
1 = 0,08 X4
2 = 0,72 X4
3 = 0,20
Tabel Derajat Kebebasan
Variabel Alur 13
Neraca TTSL 6
Spesifikasi : komposisi 6
Laju alir 1
-13
Derajat Kebebasan 0 (Spesifikasi tepat)
Himpunan neraca pada unit I
Benzen : 200 = X2
1 N2 + 0,025 N
3
Toluene : 300 = (1-X2
1) N2 =n0,35 N
3
Xylene : 500 = 0,625 N3
Ada 3 variabel anu X2
1, N2
dan N3
Dari neraca xylen diperoleh N3 = 500/0,625 = 800 mol/jam
Neraca toluene + benzene : 500= N2 + 0,375 N
3
Masukkan nilai N3 maka diperoleh N
2 = 200 mol/jam
Neraca benzene diperoleh : 200 = X2
1 (200) + 0,025 (800) maka X2
1 = 0,9
Himpunan neraca pada unit II
Benzen : 0,025 N3
= 0,08 N4
Toluene : 0,35 N3 = 0,72 N
4 + (1-X
53) N
5
Xylen : 0,625 N3 = 0,20 N
4 + X
53 N
5
Ada 4 variabel anu X5
3, N3, N
4, dan N
5
Neraca benzene diperoleh N4 = 250 mol/jam
Neraca total unit II : N3 = N
4 + N
5 maka N
5 = 550 mol/jam
Dari neraca toluene diperoleh : X5
3 = 0,82
Pada unit ganda, perlu dilakukan analisa derajat kebebasan setiap unit untuk memastikan
dari mana memulai perhitungan.
2.3.3 Konfigurasi khusus multi unit
Konfigurasi yang sering dijumpai dalam sistem teknik kimia adalah proses yang mempunyai
daur ulang (recycle stream) maupun dan daur pintas (bypass stream).
Alur daur ulang
Sistem daur ulang digambarkan sebagai berikut :
i
k
Pencampur Pembagi
Penulisan neraca ditulis pada setiap unit dan seluruh proses, akan tetapi hanya ada 3 dari 4
himpunan neraca yang TTSL. Unit pembagi merupakan kunci perhitungan yang melibatkan daur
ulang. Pembagi aliran adalah alat pembagi alur menjadi dua atau lebih alur yang lebih kecil,
sedangkan komposisi tetap.
Zat j pada cabang pembagian i dan k mempunyai komposisi yang sama :
xji = xj
k dimana j = 1, 2, ....., s-1
Jumlah fraksi komposisi dalam alur terbagi sama dengan 1.
Pada alur ulang i xji
S
j=1= 1
Dan pada alur keluar k xjk
S
j=1= 1 , maka
Syarat : xji = xj
k dimana j = 1, 2, ....., s-1 berarti juga
Kendala pembagi : jika sebuah alur dibagi menjadi N buah alur aliran cabang, maka diantara
alur-alir cabang tersebut ada (N-1)(s-1) hubungan komposisi.
Contoh :
Suatu aliran yang mengandung 20% gula, 10% kopi dan sisanya air dibagi menjadi tiga vabang
alur. Laju alir pada cabang adalah F2 = 2 F
3 dan F
3 = F
4/3. Bila F
1 1000 lb/jam, hitung laju alir
setiap alur cabang.
Penyelesaian : 2
F1 = 1000 lb/jam
Gula 20% 1 3
Kopi 10%
Air 70% 4
Unit
Analisa derajat kebebasan :
Ada 12 variabel alur dengan 3 neraca bahan TTSL, ada 2 komposisi, laju alir terspesifikasi dan
hub pembagi. Selanjutnya ada kendala pembagi yaitu :
(N-1)(s-1) = (3-1)(3-1) = 4
Tabel Analisa Derajat kebebasan
Variabel Alur 12
Pers. Neraca TTSL 3
spesifikasi komposisi 2
Laju alir 1
Hubungan pembantu
Nisbah aliran 2
Kendala pembagi 4
-12
Derajat kebebasan 0
Neraca total : 1000 = F2 + F
3 + F
4
Nisbah aliran : F2 = 2 F
3 dan F
3 = F
4/3
Ganti F2 dan F
4, sehingga diperoleh :
1000 = 2 F2 + F
3 + 3F
3
F3 = 1000/6 lb/jam
F2 = 1000/3 lb/jam dan F
4 = 1000/2 lb/jam
Komposisi alur cabang sama dengan alur utama (logika).
Sistem beralur pintas (Bypass stream)
Analisa proses yang melibatkan alur pintas adalah sama dengan alur ulang. Penyelesaian neraca
massa untuk proses yang beralur pintas biasanya lebih mudah dari proses yang melibatkan daur
ulang. Sketsa proses yang beralur pintas dapat digambarkan seperti gambar di bawah ini.
Pembagi pencampur
Contoh sistem beralur pintas
Unit
Contoh :
Jus segar mengandung 12% ( massa) padatan terlarut, sebagian besar gula dalam air. Untuk
mengurangi biaya pengapalan, maka jus dipekatkan sebelum dikapalkan dan ditambahkan lagi
air setelah sampai pada tujuan. Pemekatan dilaksanakan dalam kondisi khusus, waktu tinggal
yang pendek di evaporator pada suhu di bawah atmosfer dengan tujuan untuk mengurangi
kehilangan penguapan selain air dan panas sengat peka terhadap komponen rasa dan aroma jus.
Komponen rasa ini tak sepenuhnya dapat dipertahankan sewaktu penguapan, oleh sebab itu jus
segar perlu dialirkan melalui alur pintas, untuk mmulihkan bau dan rasa jus. Ada 10% umpan
yang digunakan di alur pintas dan evaporator dioperasikan untuk menghasilkan 80% padatan
terlarut. Bila laju umpan proses 10.000 kg/jam jus segar, hitung laju air yang harus diuapkan dan
komposisi akhir produk.
Penyelesaian :
Uap air
4 F4
sari buah encer evaporator sari buah pekat
1 2 5 6 F6
F1 F
2 F
5 𝑤16
𝑤11 = 0,12 𝑤1
5 = 0,8
3
„Cutback‟ F
3
𝑤13 F3
/F1 = 0,1
Dianggap bahwa kehilangan komponen massa untuk rasa dan aroma pada evaporator diabaikan.
Ada 1 kendala pada pembagi, ada 2 cabang yang melibatkan 2 zat. Analisa lengkap dapat dilihat
pada tabel derajat kebebasan.
Tabel derajat kebebasan
pembagi evaporator pencampuran proses keseluruhan
Var alur 6 5 6 11 5
Neraca TTSL 2 2 2 6 2
Terspesifikasi
>Komposisi 1 1 1 2 1
>Laju alir 1 0 0 1 1
Hub.
1 = zat terlarut 2 = air
Pembantu
>Nisbah alir 1 0 0 1 0
>Kendala
pembagi
1 0 0 1 0
-6 -3 -3 -11 -4
Der.
kebebasaan
0 2 3 0 1
Penyelesaian harus berawal dari pembagi aliran
Nisbah aliran pintas : F3 = 0,1 F1 = 0,1 (10000)
F3 = 1000 lb/jam
Neraca total : 10000 = 1000 + F2
F2 = 9000 lb/jam
Neraca zat-zat terlarut : 0,12 (10000) = 𝑤12 9000 + 𝑤1
3 1000
Kendala pembagi : 𝑤12 = 𝑤1
3
𝑤12 = 𝑤1
3 = 0,12
𝑤22 = 𝑤2
3 = 0,88
Evaporator
Neraca zat terlarut : 0,12 (9000) = 0,8 F5
F5 = 1350 lb/jam
Neraca air : 0,88 (9000) = F4 + 0,2 F
5
F4 = 7650 lb/jam
Pencampur :
Neraca total : F5 + F
3 = F
6
1350 + 1000 = F6
F6 = 2350 lb/jam
Neraca zat terlarut : 0,8 (1350) + 0,12 (1000) = 𝑤16 2350
𝑤12 =
1060+120
2350 = 0,51
2.3.4 Strategi penyelesaian
Strategi dasar tetap : urutkan perhitungan sehingga, jika mungkin, tidak dibutuhkan penyelesaian
serempak dari sekelompok persamaan.
Untuk sistem multi unit, banyak persamaan maupun variabel atau umumnya tidak sedikit.
Karena itu, strategi pengurutan perlu dilaksanakan pada dua tahap :
1. Pilih himpunan-himpunan persamaan neraca yang akan diselesaikan
2. Gunakan heuristik-heuristik (1, 2, dan 3) yang telah dipelajari untuk mengurutkan
penyelesaian masing-masing himpunan persamaan neraca.
Heuristik 4
Lakukan selalu penentuan derajat kebebasan neraca keseluruhan sistem. Jika derajat
kebebasannya nol, neraca keseluruhan seringkali bermanfaat untuk mengawali penyelesaian.
Heuristik 5
Jika proses berderajat kebebasan nol, tetapi derajat kebebasan neraca keseluruhan maupun unit-
unit > 0, cari himpunan persamaan neraca berderajat kebebasan satu dan tempatkan basis pada
himpunan persamaan itu.
Heuristik 6
Jika terdapat lebih dari satu unit kandidat lokasi basis, pilihlah unit yang terlibat dalam rangkaian
lingkar (loop) alur-alur alir dan tetapkan variabel basis sedemikian rupa sehingga penetapan nilai
basis seolah-olah menggunting rangkaian lingkar menjadi terbuka.
SOAL PEMICU : G.V.Reklaitis (no. 2.27 hal 98)
Kopi instant diproduksi dengan proses pada flowsheet dibawah. Bubuk kopi dimasak dengan
cara dialiri dengan air panas pada percolator yang besar dimana material yang terlarut dalam air
akan diekstrak. Ekstrak di keringkan pada spray drier untuk mendapatkan produk dan padatan
kopi yang basah dikeringkan sebelum dibuang atau dibakar (Insinerasi). Umpan kopi
diasumsikan terdiri dari bagian terlarut, tidak larut, dan tidak ada air. Dan perbandingan masukan
yaitu 1.2lb air per 1lb kopi. Dengan perkiraan, bisa diasumsikan rasio bagian terlarut (soluble)-
dan-air dalam dua alur yang meninggalkan percolator adalah sama untuk separator dan press,
tapi tidak untuk drier.
a) Informasi yang diberikan dan komposisi yang diketahui di atas, apakah permasalahan
sudah lengkap terperinci?
b) Anggap kita tidak memerlukan alur 3, 4 dan 5 maka percolator, separator, dan mixer
dapat digabungkan menjadi sebuah “black box”. Hitunglah rasio dari bagian terlarut yang
didapat dan yang terbuang pada alur buangan.
Penyelesaian : (a).
1. Notasikan semua alur yang berhubungan dengan alat dan buat notasi setiap komponen dari
masing-masing unit.
Hubungan Pembantu :
F2 = 1,2F1 ……. (1)
Percolator Mixer SD CS Press Drier Proses Overall
- Jumlah Variable
- Neraca TTSL
- Hub spesifikasi :
*Komposisi
*Lajualir
- HubunganPembantu
8
3
0
0
2
6
2
1
0
0
4
2
1
0
0
8
3
1
0
1
8
3
2
0
2
7
3
2
0
0
26
16
4
0
5
11
3
1
0
1
DK 3 3 1 3 1 2 1 6
Maka untuk melengkapi sebagian data, di pilih unit dengan derajat kebebasan paling kecil
yaitu :
SD
- Jumlah Variable
- Neraca TTSL
- Hub spesifikasi :
*Komposisi
*Lajualir
-
HubunganPembantu
4
2
1
0
0
DK 1
Neraca massa total untuk SD:
F6 = F7 + F8 asumsi basis : F8 = 100lb
F6 = F7 + 100 ………(2)
Air : F6A = F7A + F8A
W6A.F6 = F7 + 0
F7 = W6A.F6 ………(3)
sub pers 3 ke 2
F6 = 0,65F6 + 100
0,35. F6 = 100
F6 = 285,7142lb/jam
F7 = 0,65 . 285,7142
= 185,7142lb/jam
(b). Anggap alur 3, 4 dan 5 dijadikan “black box” maka :
Derajat kebebasan untuk 3 unit (“black box”)
Black
Box
- Jumlah Variable
- Neraca TTSL
- Hub spesifikasi :
*Komposisi
*Lajualir
-
HubunganPembantu
8
3
2
1
2
DK 0
Tinjau alur F9
0,65
0,35
F6
F6
W9
W9
A
S
A
S
AS W9
0,65
0,35W9 ………(4)
W9IS + W9S + W9A = 1 Substitusikan pers (4)
0,2 + AW9
0,65
0,35 + W9A = 1
W9A = 0,52lb
W9IS + W9S + W9A = 1
0,2 + W9S + 0,52 = 1
W9S = 0,28lb
Tinjau neraca keseluruhan, masing-masing komponen TTSL
Soluble F1S= F6S + F9S
F1S= 0,35F6 + W9S . F9
F1S= 0,35 . 285,7142 + 0,28 . F9
F1S= 100 + 0,28F9 ………..(5)
Insoluble F1IS = F6IS+ F9IS
F1IS = 0 + 0,2 F9
F1IS = 0,2 F9 ………..(6)
Air F2 = F6A + F9A
F2 = W6A . F6 + W9A . F9
F2 = 0,65 . 285,7142 + 0,52 . F9
F2 = 185,714 + 0,52 . F9 ………..(7)
Neraca F1 F1 = F1S + F1IS substitusikan pers (5) dan(6)
F1 = (100 + 0,28F9) + ( 0,2F9)
F1 = 100 + 0,48.F9 …………(8)
Dari persamaan 1 diketahui :
F2 = 1,2 F1 Substitusikan pers (7) dan (8)
185,7142 + 0,52F9 = 1,2 (100 + 0,48F9)
185,7142 - 120 = 0,576F9 - 0,52F9
65,7142 = 0,056F9
F9 = 1173,4678lb
Selanjutnya ditinjau Unit Press Filter
Press
Filter
- Jumlah Variable
- Neraca TTSL
- Hub spesifikasi :
*Komposisi
*Lajualir
-
HubunganPembantu
8
3
2
1
2
DK 0
Maka neraca untuk unit ini :
F9 = F10 + F11
1173,4678 = F10 + F11
Tinjau neraca keseluruhan, masing-masing komponen TTSL
Soluble F9S = F10S + F11S
0,28 . (1173,4678) = F10S + F11S
Insoluble F9IS = F10IS+ F11IS
0,2 . (1173,4678) = 0 + 0,5F11
F11 = 469,3871
Air F9A = F10A + F11A
0,52 . (1173,4678) = F10S + F11S
Maka : F10 = F9 - F11
F10 = 1173,4678 - 463,9871
F10 = 709,4807
Maka untuk Neraca pada F10
0,052
0,28
W9
W9
W10
W10
A
S
A
S
AS W10
0,52
0,28W10
W10S + W10A = 1
AW10
0,52
0,28+ W10A = 1
1,5384615 W10A = 1
W10A = 0,65 (terbukti) maka
W10S = 0,35
Maka untuk Neraca pada F11
0,052
0,28
W9
W9
W11
W11
A
S
A
S
AS W11
0,52
0,28W11
W11A + W11IS + W11S = 1
AW10
0,52
0,28 + 0,5 + W11S = 1
W11S = 0,175
Perbandingan rasio Soluble yang di dapat dan yang terbuang pada alur buangan adalah
3
1
709,4807 . 0,35
469,9871 . 0,175
.F10W10
.F11W11
F10
F11
S
S
S
S
Kom
pone
n
Alu
r 1
Alu
r 2
Al
ur
3
Al
ur
4
Alur
5
Alur
6
Alur
7
Alur
8
Alur
9
Alur
10
Alur
11
Alur
12
Alur
13
Solu
ble
431
,12
- 328,
56
99,9
9
- 100 328,
57
248,
32
82,1
4
- 81,6
3
Insol
uble
232
,14
- - - - - 234,
69
- 234,
69
- 234,
69
Air - 795
,91
844,
89
185,
71
185,
71
- 610,
20
461,
16
152,
55
129,
25
23,8
1
T
ot
al
6
6
3
,
7
9
5
,
1
1
7
3,
2
8
5,
7
1
8
5,
7
1
0
0
1
1
7
3,
7
0
9,
4
4
6
9,
3
1
2
9,
2
34
0,
13
2
6
9
1
4
5
1 4
6
8 8 5