Soal dan Pembahasan Neraca Massa - Azas Teknik Kimia 2
April 12, 2019
Soal 1 : Neraca Massa 1 unit tanpa reksi
Lower Flammability Limit (LFL) adalah presentase bahan bakar terendah dalam suatu campuran bahan bakar-udara agar dapat terbakar. Sebagai contoh, LFL propana dalam udara adalah 2,05% mol propana. Bila presentase propana dalam campuran propana-udara lebih besar dari 2,05% mol, maka campuran gas tersebut akan terbakar bila terdapat api atau percikan api disekitarnya. Sebaliknya, bila presentasenya lebih kecil dari LFL, campuran tidak akan terbakar. (Perlu dicatat bahwa, ada juga istilah Upper Flammability Limit, tapi hal ini diluar konteks persoalan)
Campuran propana dan udara mengandung 4,03 % mol propana diumpankan dalam furnace. Bila terdapat masalah operasi didalam furnace, udara perlu dialirkan kedalam campuran bahan bakar ini sebelum masuk kedalam furnace untuk memastikan pembakaran tidak terjadi.
(a) Gambarkan diagram masalahnya bila diasumsikan gas yang masuk ke dalam furnace setelah sistem pengenceran menggunakan udara ini berada pada kondisi LFLnya.
(b) Bila propana memiliki laju alir 150 mol/detik sebelum masuk kesistem pengenceran ini, maka berapakah laju alir molar udara agar campuran propana-udara yang masuk kedalam furnace berada pada kondisi LFLnya.
Campuran propana dan udara mengandung 4,03 % mol propana diumpankan dalam furnace. Bila terdapat masalah operasi didalam furnace, udara perlu dialirkan kedalam campuran bahan bakar ini sebelum masuk kedalam furnace untuk memastikan pembakaran tidak terjadi.
(a) Gambarkan diagram masalahnya bila diasumsikan gas yang masuk ke dalam furnace setelah sistem pengenceran menggunakan udara ini berada pada kondisi LFLnya.
(b) Bila propana memiliki laju alir 150 mol/detik sebelum masuk kesistem pengenceran ini, maka berapakah laju alir molar udara agar campuran propana-udara yang masuk kedalam furnace berada pada kondisi LFLnya.
JAWABAN
(a) Diagram permasalahannya adalah sebagai berikut:
(b) Bila propana memiliki laju alir 150 mol/detik, maka bisa dihitung laju alir campuran (F1) sebagai berikut:
Dari neraca mol propana, bisa kita hitung laju alir campuran setelah di encerkan (F3) sebagai beirkut:
Sehingga, bisa kita hitung laju alir molar udara (F2) dengan menggunakan neraca mol overall
(b) Bila propana memiliki laju alir 150 mol/detik, maka bisa dihitung laju alir campuran (F1) sebagai berikut:
Soal 2 : Neraca Massa 1 unit tanpa reksi
Dua buah larutan aqueous asam sulfat mengandung 20%-berat H2SO4 (SG=1,139) dan 60%-berat H2SO4 (SG=1,498) dicampurkan untuk membentuk 4 Molar larutan (SG=1,213).
(a) Hitunglah fraksi massa asam sulfat pada aliran produk
(b) Dengan asumsi massa umpan dengan SG=1,139 adalah 100 kg, berapakah rasio umpan? (Liter larutan SG 1,139/Liter larutan SG 1,498)
JAWABAN
(a) Mr H2SO4 = 2 + 32 + 64 = 98 g/mol = 0,098 kg/mol
SG larutan hasil pencampuran = 1,213 atau dengan kata lain densitas larutan tersebut adalah 1,213 kg/L apabila densitas air yang kita gunakan sebagai referensi adalah sebesar 1 kg/L
(b) Dari Neraca Massa Overall, didapat persamaan sebagai berikut:
Berikutnya, dari neraca massa air, didapat persamaan sebagai berikut:
Dengan menyelesaikan persamaan 1 dan persamaan 2, didapat nilai F2 = 44,4 kg dan F3 = 144,4 kg.
Dikarenakan dalam soal diminta menghitung rasio umpan dalam satuan volume per volume, maka nilai F2 dan F3 ini perlu dikonversi dahulu menjadi satuan volume dengan menggunakan nilai SG. Dengan asumsi bahwa fluida referensinya adalah air dengan densitas 1 kg/L, maka nilai SG masaing-masing larutan setara dengan nilai densitasnya. Sehingga, nilai volume untuk H2SO4 SG=1,139 (aliran 1) dan nilai volume untuk H2SO4 SG=1,498 (aliran 2) dapat dihitung sebagai berikut:
Sehingga dapat dihitung rasio umpan (V1/V2) sebagai berikut:
(a) Hitunglah fraksi massa asam sulfat pada aliran produk
(b) Dengan asumsi massa umpan dengan SG=1,139 adalah 100 kg, berapakah rasio umpan? (Liter larutan SG 1,139/Liter larutan SG 1,498)
JAWABAN
(a) Mr H2SO4 = 2 + 32 + 64 = 98 g/mol = 0,098 kg/mol
SG larutan hasil pencampuran = 1,213 atau dengan kata lain densitas larutan tersebut adalah 1,213 kg/L apabila densitas air yang kita gunakan sebagai referensi adalah sebesar 1 kg/L
Dikarenakan dalam soal diminta menghitung rasio umpan dalam satuan volume per volume, maka nilai F2 dan F3 ini perlu dikonversi dahulu menjadi satuan volume dengan menggunakan nilai SG. Dengan asumsi bahwa fluida referensinya adalah air dengan densitas 1 kg/L, maka nilai SG masaing-masing larutan setara dengan nilai densitasnya. Sehingga, nilai volume untuk H2SO4 SG=1,139 (aliran 1) dan nilai volume untuk H2SO4 SG=1,498 (aliran 2) dapat dihitung sebagai berikut:
Soal 3 : Neraca Massa 1 unit tanpa reksi
Campuran cat mengandung 25% pigment dan sisanya air dijual seharga Rp.180.000/kg dan Campuran cat dengan 12% pigment dijual seharga Rp.100.000/kg. Bila anda adalah seorang retailer cat dengan kandungan pigment sebesar 17% dan hanya memiliki 2 opsi campuran cat diatas untuk dicampurkan, harus dijual pada harga berapa rupiah per kg cat supaya anda bisa menghasilkan profit 10%?
JAWABAN
Diagram berikut dibuat untuk membantu kita memahami permasalahan:
Neraca Massa Overall untuk sistem pencampuran dua jenis cat ini adalah sebagai berikut
Sedangkan untuk neraca massa pigment adalah sebagai berikut
Dengan menyelesaikan persamaan 1 dan persamaan 2 baik menggunakan metode substitusi maupun eliminasi, didapat nilai F1 = 0,385 kg dan F2 = 0,615 kg. Sehingga, dapat kita hitung biaya pencampuran kedua jenis cat tersebut untuk mendapatkan cat dengan 17% pigment sebagai berikut:
Agar mendapatkan untung 10%, maka Campuran cat tersebut harus dijual dengan harga
Referensi:
[1] Elementary Principles of Chemical Processes, Felder and Rousseau
JAWABAN
Diagram berikut dibuat untuk membantu kita memahami permasalahan:
Referensi:
[1] Elementary Principles of Chemical Processes, Felder and Rousseau
0 comments