Rabu, 05 Juni 2013

Neraca Massa dan Energi

NERACA MASSA DAN ENERGI

Definisi Teknik Kimia:
Pemakaian prinsip-prinsi fisis bersama dengan prinsip-prinsip  ekonomi dan
human relations ke bidang yang menyangkut proses dan peralatannya dimana suatu bahan beruba bentuk, kandungan energinya, dan komposisinya.

Teknik Kimia berhubungan dengan :
a.   Produksi bahan kimia baik di skala besar maupun kecil.
b.   Membuat produk berskala besar (pabrik), berbeda dengan skala lab.
c.   merubah bahan baku menjadi produk bernilai ekonomi lebih tinggi.
d.   Sektor  :  baha kimi sampa energi makana da minuman,  obat- obatan.
e.   Produk,  yang dibua melalui  perubaha kimia (reaksi atau/da fisis
(pemisahan).
f.   Prose Industr kimia seperti  industri pupuk,  kimia  murni,  cat,  zat warna,   tinta,   petrokimia,   plastik,   resin,   sabun,   deterjen,   parfum, kosmetik,   lema da minya nabati,  katalis gas minyak   bumi, polimer, kertas, tekstil, makanan dan minuman, bioteknologi, dll.

Pentingnya penyusunan neraca
Nerac mass ata pana suatu  siste prose dala industr merupakan
perhitunga kuantitatif  dar semua  bahan-baha yan masuk,  yan keluaryang terakumulasi (tersimpan) dan yang terbuang dalam sistem itu.

Perhitunga nerac digunaka untuk  mencar variable  prose yang  belum diketahui, berdasarkan data variable proses yang telah ditentukan/diketahui.

Oleh karena itu, perlu disusun persaman yang menghubungka data variable proses yang telah diketahui dengan varaiabel proses yang ingin dicari.
             Dalam banyak kasus, diskripsi verbal (narasi) yang menjelaskan proses perlu disajika dala                       diskrips visual,  yaitu  dala bentuk  gamba prose atau diagram alir proses.
Beberapa  definis pentin yang  aka dibaha antar lain  : variable  proses, diagram alir proses, sistem, da proses –proses di industri kimia.

Variabel Proses
Lihat kembali materi kuliah Azas Rekayasa Proses atau di buku Felder and Rousseau, terutama mengenai chapter macam-macam variable prosesBeberapa variable proses yang berhubungan erat dengan bidang teknik kimiantara lain :
1.   Massa dan volum.
Hubungan massa dan volum adalah berat jenis atau densitas.   Seringkali
juga dinyatakan dalam specific volume dan specific gravity.
2.   Kecepatan alir ( flow rate).
Proses yang berlangsung sinambung atau kontinyu memerlukan data kecepatan bahan yang disebut kecepatan alir Alat yang dapat mengukur kecepata alir antar lain, pitot tube,  orific meter ventur meter flow nozzle, dan rotameter.
Lihat   kembali   materi   kuliah   Transportasi   Fluida.      Tampak   bahwa,
kecepatan alir merupakan variable proses yang mutlak diketahuiMacam-macam jenis kecepatan alir :
a.   kecepata alir  linie rata-rata  dala pipa dinyataka dala satuan panjang linier setiap satuan waktu.
b.   Kecepatan alir volumetric (volumetric flow rate), kecepatan alir yang
dinyatakan dalam banyaknya volum fluida yang mengalir setiap satuan waktu.
c.   Keceparan alir massa ( mass flow rate), kecepatan alir yang dinyatakan dalam banyaknya massa yang mengalir  setiap satuan waktu.
3.   Komposisi kimia
Berat atom dan berat moleku merupaka hubunga mol dengan  massa bahan.  Bahan campuran berisi lebih dari satu komponen, untuk itperlu diketahui isi (atau komposisi) masing-masing komponen penyusun bahan itu.  Komposisi dapat dinyatakan dalam beberapa cara, yaitu :
a.   fraksi massa atau fraksi berat.
Biasanya untuk komposisi bahan berbentuk cair atau padat dinyatakan dalam fraksi massa Total fraksi massa adalah 1,00.
b.   fraksi mol
Komposis baha dala fas ga biasany dinyataka dala fraksi mol. Total fraksi mol = 1,0.
c.   konsentrasi
Konsentras adala banyakny baha dala campura setia satuavolum.
Ppm=part per million= bagian per sejuta.

4.   Tekanan
Lihat kembali materi kuliah Fisika terutama mengena gaya dan tekanan.
Hubungan   tekana yan ditunjukkan   ala uku (gauge denga tekanasesungguhnya (absolute) adalah :
Tekanan absolute = tekanan gauge + tekanan atmosfer.
1 atm = 14,696 psi = 760 mmHg = 10,333 mH2O.

5.   Temperatur.


Contoh : Suatu botol bertuliskan larutan HCl teknis 28% (w/w). Tentukan dalam % mol larutan itu.
Penyelesaian:
Misal 100 larutan HCl 28% maka:
Komponen
% berat
Berat, g
Mol
% mol
HCl
28
28
28/36,5=0,77
(0,77/4,77).100%=16,14
H2O
72
72
72/18= 4
(4/4,77).100%=83,86
TOTAL
100
100
4,77
100
Jadi larutan itu larutan HCl 16,14% (%mol).

Diagram Alir Proses
Adalah gambaran  visual yang menunjukka semua aliran bahan-baha baiyang   masuk   ala maupun   yan keluar,   disertai   data-data   susunan   darcampuran bahan-bahan aliran.   Gambaran ini bisa bersifat kualitatif dan kuantitatif.

Kualitatif   :   menunjukkan macam-macam bahan yang masuk dan keluar.
Kuantitatif   menunjukkan macam-macam bahan da kuantitasnya.


Jadi,  dala membuat     diagra alir  proses harus  mencantumkan   data kualitatif dan kuantitatif.

Suatu unit proses dapat digambarkan dalam sebuah kotak atau simbol alat, dagaris panas yang menunjukkan arah aliran bahan.
Arus dalam diagram alir harus diberi label yang menunjukkan: A.  variable prose yang diketahui dan
B permisala variabl yang akan dicari dengan sImbol variable.
Beberapa cara memberi label pada arus :
1.   Tulis nilai dan satuan semua   variabel yang diketahui di arus dalagambar.
Contoh :
Narasi: gas berisi 21% mol O2 dan 79% N pada suhu 320 oC dan 1,atm mengalir dengan kecepatan 400 gmol/jam.
Diagram alir :


F = 400 gmol/j

0,21 mol O2/ mol
0,79 mol N2 /mol

atau                    F = 400 gmol/j

21% O2
79 % N2

2.   Tandai dengan simbol untuk variabel yang akan dicari.
Contoh:

Q

 mol O2/ mol Y mol N2 /moT=320oC; P=1,4 atm

Diagra alir berfungs sebaga papa hitung untuk  menyelesaika masalah neraca, baik neraca massa maupun neraca panas.

Untuk dapat menggambarkan proses darsuatu narasi, seseorang harus mempunya pengetahua tentang  proses  dan       sifat-sifa baha(termodinamika).   Oleh karena itu mahasiswa dituntut sering membaca buku tentang proses dan laporan praktek kerja.

Beberapa  car member labe pada  arus  dapa dibac di  buku  Felde and
Rousseau

Sistem
Adala bagia atau keseluruha prose yang ditinjau,  yang biasanya  untuk
memisahkan antara sistem dengan bagian luar sistem.

Proses
Adalah suatu peristiwa dimana bahan mengalami perubahan fisis atau kimia
atau keduanya.
Perubahan fisis : tidak ada reaksi kimiaPerubahan kimia : mengalami reaksi-reaksi.

Peran proses pemisahan di industri kimia:


Bahan baku

separator              reaktor        separator           separator produk

recycle
By product                                               purging        produk



Ditinja secar makro,  proses-proses   yang  terjadi  secar alamia dapat diartikan   sebagai   proses   pencampuran   yang  terjadi   secara   spontan   dan merupaka prose yang tidak dapa balik.  Berart untuk  memisahka suatu konstitue dar campuranny diperluka suatu  usah yaitu  usaha termodinamik sehingg terjadi  prose berlawana terhada proses  alam. Maka dalam operasi pemisahan campuran perlu dimasukkan sejumlah “ separating agent  tertentu.

Separating agent yang biasa digunakan :
1.    tenaga  panas seperti  steam baha bakar Contoh  ala  distilasi, evaporasi, pengeringan, alat penukar panas dll.
2.   Sejumla mass bahan seperti  pelarut  ata penjerap.  Contoh  alat:
ekstraksi, absorbsi, adsorpsi, stipping dll.
3.   Tenaga   mekanik   (tekanan).   Contoh   alat   :   filtrasi,   sentrifugasi, sedimentasi dll.

Metod pemisaha konstitue dar campurannya dapa dibedaka menurut kategori :
1.   pemisahan menurut dasar operasi difusional. Pemisahan in dipilih jika umpannya homogen. Transfer massa dan pana konstituen berlangsung secara difusi antara 2 fase atau lebih.
Contoh : distilasi ( flash, kontinyu, batch), absorpsi, striping, ekstraksiadsorpsi, ion exchange dll.
2.   Pemisahan secara mekanik. Pemisahan ini dilakukan untuk campuraheterogen.
Contoh : decanter, sedimentasi, sentrifuge, filtrasi, screening,
dll.
3.   Pemisahan menggunakan reaksi kimia.

Di dalam proses dan peralata di industri,  rangkaia peralata menyangkut kedua jenis proses itu, yaitu :
1.   unit operation ( satuan operasi) : unit dengan perubahan fisis atau seringkali disebut Operasi Teknik Kimia.
2.   unit processes (satuan proses) : unit dengan reaksi kimia.

Unit operation meliputi :
a.   transportasi fluida (perpindahan pada proses alir),
b.   perpindahan panas dalam alat penukar panas ( heat exchanger)c.   separator,
padat-padat : screening.
Padat-cair : sedimentasi, filtrasi,
Cair  gas : absorpsi, stripper, distilasi, evaporasi. Cair-cair : ekstraksi cair-cair, dekantasi, dll.
d.   pencampuran

Unit Processes meliputi :
a.   pembakaran bahan bakar dalam burner, furnace. b.   Reaksi kimia dalam reaktor.
c.   Fermentasi.


Proses



Dengan reaksi kimia                           tanpa reaksi kimia

Steady state(SS)    Unsteady state(USS)                        SS                 USS

Unsteady State : proses tidak ajeg adalah proses dimana semua variable proses mengalami perubahan nilai terhadap waktu.
Steady State : proses dalam keadaan ajeg adalah proses dimana semua variable porses yang ditinjau tidak berubah terhadap waktu.

Penggolongan Proses :
1.   batch  tidak ada bahan masuk atau keluar. Jadi prosesnya USS.
2.   kontinyu : kecepatan arus masuk sama dengan kecepatan arus keluar, jadi prosesnya SS.
3.   Semi batch atau semi kontinyu, prosesnya USS.




Tidak ada komentar:

Posting Komentar