Pemodelan Teknik Kimia A
-
Upload
danar-aditya -
Category
Documents
-
view
292 -
download
14
Transcript of Pemodelan Teknik Kimia A
![Page 1: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/1.jpg)
Prof. Dr. Ir. Setijo Bismo, D.E.A.Dr.rer.nat. Ir. Yuswan Muharam, M.T.
PEMODELAN TEKNIK KIMIA
![Page 2: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/2.jpg)
DEFINISI
![Page 3: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/3.jpg)
• Definisi:– Sebuah objek M adalah model apabila terdapat
analogi antara objek M dan objek lain O sehingga kesimpulan mengenai O dapat dibuat.
• Objek O: – Benda: pesawat terbang, gadis Indonesia– Sistem fisika: sirkuit listrik – Sistem kimia: kimia pembakaran– Proses: distilasi, absorpsi
MODEL
![Page 4: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/4.jpg)
• Model M– Representasi objek O;– Taksiran objek O yang diisolasi dari kenyataan;– Menggambarkan kenyataan atau bagian dari
kenyataan; – Dapat disederhanakan menjadi bagian dari
kenyataan jika hanya kesimpulan tertentu yang diperlukan.
MODEL
![Page 5: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/5.jpg)
MODEL
• Keterbatasan analogi model M dan objek O – Keterbatasan kesesuaian fungsi, – Keterbatasan kesesuaian struktur dan perilaku,– Keterbatasan akurasi.
![Page 6: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/6.jpg)
• Skala model M dan objek O:– Sama skala– Berbeda skala
• Kualitas model– Model bagus apabila variabel dan fenomena
pentingnya direpresentasikan secara benar dalam konteks atau investigasi tertentu.
MODEL
![Page 7: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/7.jpg)
• Analogi antara model M dan objek O:– Berbentuk persamaan matematis.
• Model matematis:– Menggambarkan sejumlah persamaan aljabar
dan/atau diferensial dan/atau integral yang digunakan untuk menjelaskan perilaku objek O.
MODEL
![Page 8: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/8.jpg)
• Mengoperasikan dan mengoptimalkan proses yang ada
• Merancang pabrik baru• Memodifikasi pabrik yang ada
CHEMICAL ENGINEER TASK
![Page 9: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/9.jpg)
APLIKASI MODEL MATEMATIS DI INDUSTRI KIMIA
• Percobaan• Simulasi• Analisis sensitivitas• Kendali dan operasi proses• Optimisasi• Eksplorasi
![Page 10: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/10.jpg)
HAMBATAN MODEL
• Data– Jenis– Jumlah– Keakuratan
• Metode matematika• Alat komputasi• Interpretasi hasil model
![Page 11: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/11.jpg)
INTERPRETASI HASIL MODEL
![Page 12: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/12.jpg)
PENYUSUNAN DAN KLASIFIKASI MODEL
![Page 13: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/13.jpg)
• Penyusunan model matematika:– Pengembangan sejumlah persamaan matematika.
• Persamaan matematika:– Hubungan di antara variabel proses– Variabel proses
• Variabel bebas: variabel yang nilainya dapat diubah secara bebas• Variabel terikat: variabel yang nilainya tergantung pada variabel
bebas– Parameter proses
• Besaran proses yang menjadi karakteristik proses tersebut
PENYUSUNAN MODEL MATEMATIKA
![Page 14: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/14.jpg)
KLASIFIKASI MODEL MATEMATIS
![Page 15: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/15.jpg)
• Digunakan untuk memformulasi fenomena perpindahan.
• Proses dibagi menjadi sejumlah elemen proses yang dijelaskan dengan hukum kekekalan massa, momentum, dan energi.
MODEL BERDASARKAN PRINSIP-PRINSIP FISIKOKIMIA (TEORITIS)
![Page 16: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/16.jpg)
MODEL BERDASARKAN PRINSIP-PRINSIP FISIKOKIMIA (TEORITIS)
• Model deterministik atau elemen model:– Nilai atau seperangkat nilai setiap variabel atau parameter
model pada kondisi tertentu telah ditentukan. • Model statistik atau elemen model statistik
– Variabel dan parameter model merupakan besaran statistik, berupa probabilitas atau momen dari fungsi densitas probabilitas.
– Misalnya• Jika fungsi densitas probabilitas P(Y ) berlaku untuk variabel
statistik Y, maka P(Y) dY adalah probabilitas variabel tersebut yang berada dalam rentang dY di sekitar Y.
![Page 17: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/17.jpg)
• Klasifikasi berdasarkan jenis persamaan
Tingkat kesulitan metode penyelesaian berkurang dari kanan ke kiri.
MODEL BERDASARKAN PRINSIP-PRINSIP FISIKOKIMIA (TEORITIS)
![Page 18: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/18.jpg)
MODEL PDF• Model berbasis persamaan transport dalam bentuk fungsional
P(1, . . . , n).• Probabilitas menemukan variabel terikat (1, . . . , n) dalam rentang
d1, . . . , dn di sekitar fungsi 1(x, t), . . ., n(x, t) adalah P(1, . . . , n)d1, . . . , dn.
• Memberi informasi statistik proses statistik.• Memberi fungsi distribusi variabel proses. • Contoh:
– mekanika statistik, teori kinetik gas, campuran makro dalam distribusi waktu tinggal, distribusi ukuran kristal, distribusi aktivitas pada pelet katalis, dan distribusi umur dan ukuran biakan mikrobiologi.
![Page 19: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/19.jpg)
MODEL EMPIRIS• Korelasi respons proses terhadap perubahan satu atau
beberapa variabel proses. • Contoh:
– Fitting polinomial pada data eksperimen, respons proses pada pengendalian proses dalam bentuk fungsi transfer pada domain waktu atau frekuensi.
• Merupakan model statistik karena data diperoleh secara eksperimen dan berisi kesalahan statistik.
• Memiliki makna terbatas dalam menjelaskan proses atau elemen proses; – Misal: prediksi berada di luar rentang percobaan.
![Page 20: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/20.jpg)
PEMODELAN BERDASARKAN PRINSIP FISIKOKIMIA
![Page 21: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/21.jpg)
• Proses dibagi menjadi elemen-elemen proses• Contoh:
– Proses absorpsi• Proses perpindahan solute di fasa gas• Proses perpindahan solute melewati antarfasa gas-cair• Proses kelarutan solute di fasa cair• Proses perpindahan solute di fasa cair
PEMBAGIAN PROSES
![Page 22: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/22.jpg)
• Contoh:– Proses reaksi katalitik
• Proses perpindahan reaktan di fasa gas• Proses perpindahan reaktan melewati antarfasa gas-padat• Proses perpindahan reaktan di dalam pori-pori katalis padat• Proses adsorpsi reaktan pada permukaan katalis padat• Proses reaksi kimia permukaan• Proses desorpsi produk dari permukaan katalis padat• Proses perpindahan produk di dalam pori-pori katalis padat• Proses perpindahan produk melewati antarfasa gas-padat• Proses perpindahan produk di fasa gas
PEMBAGIAN PROSES
![Page 23: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/23.jpg)
PEMODELAN FISIKOKIMIA• Kuantitas:
– Massa (total, spesi kimia)– Energi– Momentum
• Kuantitas bersifat kekal – Dapat berubah bentuk– Jumlah total tidak berubah. – Contoh: transfer uang dari rekening giro ke rekening tabungan.
• Transformasi kuantitas kekal persamaan laju inventarisasi • Inventarisasi kuantitas kekal per satuan waktu laju.• Persamaan laju untuk kuantitas kekal
akumulasi
Laju generasi
Lajukeluar
Lajumasuk
Laju
![Page 24: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/24.jpg)
PEMODELAN FISIKOKIMIA
• Laju kuantitas masuk dan keluar:– Kuantitas masuk atau keluar sistem terjadi karena:
• Aliran fluida masuk dan/atau keluar sistem• Perpindahan molekul masuk dan/atau keluar sistem• Pertukaran kuantitas antara sistem dan lingkungan
– Dinyatakan dengan fluks dikali luas area.– Fluks bernilai konstan atau tergantung pada posisi.
A
posisi fungsi fluksjika A Fluks konstan fluksjika area LuasFluks
armasuk/kelu Laju d
akumulasi
Laju generasi
Lajukeluar
Lajumasuk
Laju
![Page 25: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/25.jpg)
PEMODELAN FISIKOKIMIA
• Laju generasi:– Dinyatakan dalam laju/volume dikali volume– Laju/volume bernilai konstan atau fungsi posisi
akumulasi
Laju generasi
Lajukeluar
Lajumasuk
Laju
V
dV posisi fungsi jika konsta jika Volume
generasi Laju
Laju deplesi = - laju generasi
![Page 26: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/26.jpg)
PEMODELAN FISIKOKIMIA
• Laju akumulasi:– Dinyatakan dalam kuantitas total dibagi waktu
– Jika kuantitas tidak tergantung posisi:
akumulasi
Laju generasi
Lajukeluar
Lajumasuk
Laju
V
dV ˆ total Kuantitas
V
dVdtd ˆakumulasi Laju
akumulasi Laju mdtd
massaper kuantitas ˆmassa densitas
![Page 27: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/27.jpg)
• Perpindahan keadaan tunak tanpa generasi:
akumulasi
Laju generasi
Lajukeluar
Lajumasuk
Laju
PENYEDERHANAAN PERSAMAAN LAJU
Fluks konstan:
Area sama:
keluar
Lajumasuk
Laju
dAdAAA
keluarmasuk
keluar Fluksmasuk Fluks
keluararea Luas
keluarFluks
masukarea Luas
masukFluks
keluar Fluksmasuk Fluks
![Page 28: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/28.jpg)
PENYEDERHANAAN PERSAMAAN LAJU
• Perpindahan keadaan tunak dengan generasi:
Fluks dan laju generasi konstan:
akumulasi
Laju generasi
Lajukeluar
Lajumasuk
Laju
keluar
Laju generasi
Lajumasuk
Laju
dAdVdAAVA
keluarsistemmasuk
keluar Fluksmasuk Fluks
keluararea Luas
keluarFluks
sistemVolume
masukarea Luas
masukFluks
![Page 29: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/29.jpg)
MEKANISME (CARA) PERPINDAHAN KUANTITAS
• Massa– Difusi (molekular)– Konveksi
• Panas– Konduksi (molekular)– Konveksi– Radiasi
• Momentum– Molekular– Konveksi
![Page 30: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/30.jpg)
PERPINDAHAN MOLEKULAR DAN KONVEKTIF
• Fluks molekular: – Akibat gradien (gaya gerak)– Berbentuk persamaan konstitutif (fenomenologis)
perpindahan momentum, energi, dan massa. • Fluks konvektif:
– Perpindahan oleh gerakan fluida ruah atau aliran ruah.
• Fluks total = fluks molekular + fluks konvektif.
![Page 31: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/31.jpg)
PERPINDAHAN MOLEKULAR
• Persamaan konstitutif:
Momentum Energi Massa
Hukum Newton Hukum Fourier Hukum Fick
Transport property
Viskositas Konduktivitas panas Difusi
• Bentuk umum persamaan konstitutif:
gerakgaya
Gradienproperty
Transportmolekular
Fluks
![Page 32: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/32.jpg)
PERPINDAHAN MOLEKULAR
• Hukum Ficks:
• Hukum Fourier:
• Hukum Newton:
dzdTkqz
dzdCDJ z
AABA
dzdv
zy
![Page 33: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/33.jpg)
PERPINDAHAN MOLEKULAR
• Ekspresi lain:
= difusivitas momentum (viskositas kinematis)
= difusivitas termal
![Page 34: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/34.jpg)
PERPINDAHAN MOLEKULARBilangan tak-berdimensi
• Rasio antara dua difusivitas bilangan tak-berdimensi
PrandlBilanganPrˆ
energi sdifusivitamomentum sdifusivita
k
CP
LewisBilanganLePrSc
ˆmassa sdifusivitaenergi sdifusivita
ABAB
DC
kD P
Schmidt BilanganScmassa sdifusivita
momentum sdifusivita
ABAB
DD
![Page 35: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/35.jpg)
PERPINDAHAN KONVEKTIF
tikkarakteris
KecepatanVolume
Kuantitaskonvektif
Fluks
*A
A
konvektifmolar Fluks
konvektifmassa Fluks
ˆkonvektif energi Fluks
konvektif momentum Fluks
y
y
yP
yx
vc
v
vTc
vv
![Page 36: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/36.jpg)
FLUKS TOTAL
konvektif Fluksmolekular Fluks
tikkarakterisKecepatan
VolumeKuantitas
gerakgaya Gradien
propertyTransport
totalFluks
konvektif Fluks
molekular Fluks
tikkarakterisKecepatan
VolumeKuantitas
Volumegerakgaya GradiensDifusivita
totalFluks
atau
![Page 37: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/37.jpg)
FLUKS TOTAL
![Page 38: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/38.jpg)
Fluks Perpindahan Energi• Koordinat rektangular
![Page 39: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/39.jpg)
Fluks Perpindahan Energi• Koordinat silinder
![Page 40: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/40.jpg)
Fluks Perpindahan Energi• Koordinat bola
![Page 41: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/41.jpg)
Fluks Perpindahan MassaKoordinat rektangular
![Page 42: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/42.jpg)
Fluks Perpindahan Massa
Koordinat silinder
![Page 43: Pemodelan Teknik Kimia A](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081418/577cce061a28ab9e788d1be8/html5/thumbnails/43.jpg)
Fluks Perpindahan Massa
Koordinat bola