Soal dan Pembahasan Neraca Massa - Azas Teknik Kimia
December 28, 2018
Soal 1 : Neraca Massa 1 unit tanpa reksi
Streptomycin digunakan sebagai antibiotik untuk melawan penyakit yang disebabkan oleh bakteri dan diproduksi melalui proses fermentasi bakteri dalam sebuah reaktor biologi berisi glukosa dan asam amino sebagai sumber makanannya. Setelah proses fermentasi selesai, Streptomycin diambil dengan mengontakkan larutan kaldu fermentasi dengan sebuah pelarut organik dalam suatu proses ekstraksi. Proses ekstrasi dapat berlangsung karena Streptomycin memiliki sifat afinitas yang lebih besar dalam pelarut organik daripada dalam larutan fermentasi. Gambar dibawah menunjukkan proses keseluruhan
Tentukan fraksi massa Streptomycin dalam larutan organik keluaran proses dengan asumsi tidak ada air dalam yang terkandung dalam pelarut dan tidak ada pelarut yang terbawa di larutan fermentasi. Asumsi densitas larutan fermentasi 1 g/cm3 dan densitas pelarut organik 0,6 g/cm3.
Tentukan fraksi massa Streptomycin dalam larutan organik keluaran proses dengan asumsi tidak ada air dalam yang terkandung dalam pelarut dan tidak ada pelarut yang terbawa di larutan fermentasi. Asumsi densitas larutan fermentasi 1 g/cm3 dan densitas pelarut organik 0,6 g/cm3.
JAWABAN
Untuk memudahkan penulisan,
Larutan Fermentasi disimbolkan "A", Pelarut Organik disimbolkan "S", subscript "in" menunjukkan aliran masuk, subscript "out" menunjukkan aliran keluar.
Tinjau Neraca Massa Streptomycin disetiap aliran
Untuk menghitung fraksi massa Streptomycin dalam larutan organik keluaran proses ekstraksi, kita perlu menentukan massa Streptomicyn dan masssa solvent terlebih dahulu
massa solvent pada pelarut organik yang masuk dan keluar proses ekstraksi adalah sama karena asumsi "tidak ada pelarut yang terbawa ke larutan fermentasi"
Sehingga, massa solvent pada aliran keluaran dapat dihitung sebagai berikut:
Sedangkan, massa Streptomicyn dipelarut dapat dihitung sebagai berikut
Sehingga, fraksi massa Streptomicyn di pelarut organik keluaran proses ekstraksi adalah
Untuk memudahkan penulisan,
Larutan Fermentasi disimbolkan "A", Pelarut Organik disimbolkan "S", subscript "in" menunjukkan aliran masuk, subscript "out" menunjukkan aliran keluar.
Tinjau Neraca Massa Streptomycin disetiap aliran
Untuk menghitung fraksi massa Streptomycin dalam larutan organik keluaran proses ekstraksi, kita perlu menentukan massa Streptomicyn dan masssa solvent terlebih dahulu
massa solvent pada pelarut organik yang masuk dan keluar proses ekstraksi adalah sama karena asumsi "tidak ada pelarut yang terbawa ke larutan fermentasi"
Sehingga, massa solvent pada aliran keluaran dapat dihitung sebagai berikut:
Sedangkan, massa Streptomicyn dipelarut dapat dihitung sebagai berikut
Soal 2 : Neraca Massa 1 unit tanpa reksi
Titanium dioksida, TiO2, adalah sebuah pigmen yang diproduksi secara masif dan digunakan secara luas pada industri cat dan kertas. Pada sebuah pabrik pigmen yang memproduksi 4000 lb/jam TiO2-basis kering, terdapat sebuah proses intermediate untuk memurnikan larutan garam yang mengandung TiO2 sehingga didapat produk akhir yang mengandung maksimal 100 ppm garam (1 ppm = fraksi massa 10-6) basis kering. Proses penghilangan garam ini menggunakan air sebagai pencucinya. Bila larutan pigmen yang masuk ke unit penghilangan garam ini mengandung 40% TiO2, 20% garam, dan sisanya air (%massa) dan bila pigmen yang sudah dicuci tersebut diharapkan mengandung 50% padatan TiO2, berapa %massa garam pada aliran air limbah bila F2/F1=6 ?
JAWABAN
Dari soal, diketahui bahwa fraksi massa garam pada aliran produk bersih adalah 100 ppm basis kering. Artinya, dalam perhitungan fraksi tersebut tidak melibatkan air dalam perhitungan massa totalnya. Sehingga, fraksi massa garam dalam aliran produk bersih dapat dituliskan sebagai berikut:
Bagi kedua bagian pecahan (penyebut dan pembilang) dengan F3, dan masukkan fraksi massa TiO2 pada aliran 3 sebesar 50%, didapat:
Sehingga, didapat fraksi garam pada aliran produk bersih (3)
Berikutnya, dari neraca total pada aliran 3 basis kering, didapat laju massa total aliran 3 (F3) basis basah:
Kemudian, tinjau neraca massa TiO2 total dalam sistem. TiO2 hanya berada di aliran 1 dan 3, sehingga massa TiO2 pada aliran 1 sama dengan massa TiO2 pada aliran 3. Sehingga, didapat laju alir massa total aliran 1 (F1)
Dengan menggunakan perbandingan antara F2 dan F1, didapat nilai F2 sebagai berikut:
Dengan meninjau neraca massa total dari sistem, dapat dihitung nilai F4 sebagai berikut
Akhirnya, dengan menggunakan neraca massa garam, dapat dihitung fraksi massa garam di aliran air limbah (4). Garam berada pada aliran 1, 3, dan 4. Sehingga neraca massa garam tersebut dideskripsikan sebagai berikut:
Referensi:
[1] Introduction to Material and Energy Balances, Reklaitis and Schneider
[2] Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Himmelblau and Riggs
Dari soal, diketahui bahwa fraksi massa garam pada aliran produk bersih adalah 100 ppm basis kering. Artinya, dalam perhitungan fraksi tersebut tidak melibatkan air dalam perhitungan massa totalnya. Sehingga, fraksi massa garam dalam aliran produk bersih dapat dituliskan sebagai berikut:
Bagi kedua bagian pecahan (penyebut dan pembilang) dengan F3, dan masukkan fraksi massa TiO2 pada aliran 3 sebesar 50%, didapat:
Berikutnya, dari neraca total pada aliran 3 basis kering, didapat laju massa total aliran 3 (F3) basis basah:
Dengan menggunakan perbandingan antara F2 dan F1, didapat nilai F2 sebagai berikut:
Dengan meninjau neraca massa total dari sistem, dapat dihitung nilai F4 sebagai berikut
[1] Introduction to Material and Energy Balances, Reklaitis and Schneider
[2] Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Himmelblau and Riggs
0 comments