KIMIA TEKNOLOGI - Bisakimia

KIMIA TEKNOLOGI - Bisakimia

KIMIA TEKNOLOGI SAP SATUAN ACARA PERKULIAHAN Mata Ajaran : Kimia Teknologi Kode mata ajaran : KIM 30361 Sifat : Wajib Semester/ SKS : ATA / 2 SKS Tujuan Instruksional Umum : 1. Memahami konsep dasar perhitungan neraca massa , neraca panas , neraca mekanik , serta prinsip prinsip termodinamika

2. Menerapkan dan mengaplikasikan konsep tersebut untuk memecahkan masalah berbagai proses dalam teknik kimia Isi Mata Ajaran Neraca massa , Neraca panas , Aliran fluida , Aliran panas , Evaporasi , Distilasi dan Ekstraksi . POKOK BAHASAN 1. Neraca panas : 1.1. Neraca massa tanpa reaksi kimia 1.2. Neraca massa dengan reaksi kimia 1.3. Perhitungan daur ulang , bypass dan pembersihan 2. Neraca panas 2.1. Kesetimbangan energi 2.2. Perhitungan neraca energi tanpa reaksi kimia 2.3. Perhitungan neraca energi dengan memperhitungkan reaksi kimia

3. 4. Aliran Fluida 3.1. Transportasi aliran fluida 3.2. Neraca panas dan neraca mekanik 3.3. Menghitung besar friksi pada sistem perpipaan 3.4. Menghitung daya pompa dan besarnya tenaga listrik yang digunakan untuk kerja pompa Aliran panas 4.1. Perpindahan kalor melalui konduksi di dalam zat padat 4.2. Prinsip prinsip perpindahan kalor dalam fluida 5. Proses Distilasi

6.1. Distilasi campuran biner 6.2. Distilasi kontinu dan batch 6.3. Penentuan plate ideal pada kolom distilasi 6. Proses Ekstraksi 7.1. Ekstraksi cair cair . PUSTAKA 1. David M. Himmelblau , Basic Principles and calculation in Chemical Engineering , Prentice Hall International Series , 1982 2. Reklaitis , G.V., Introduction to Material and Energy Balance , John Wiley & Sons 3. Warren , L, Mc Cabe , et all , Unit Operation of Chemical Engineering , Mc Graw Hill International Ed ,1993. Pendahuluan

Satuan dan Dimensi Satuan SI Panjang Massa Waktu Suhu Jumlah

Energi Gaya Daya Tekanan Percepatan Kecepatan Kapasitas panas meter kilogram sekon Kelvin mol Joule Newton watt N/m2 , Pa m/s2 m/s J/mol K

m kg s K mol J N W kgm2s-2 kgms-2 kgm2s-3

SATUAN AMERICAN ENGINEERING Panjang ft Massa lbm Gaya lbf Waktu s , hr oF Suhu Energi

Btu Daya Hp Berat jenis lbm/ft3 Kesepatan ft/s Percepatan ft/s2 Tekanan lb/in2 ( psia) Kapasitas panas Btu/lbm oF

1 ft = 12 in; 1in = 2,54 cm 1 mil = 5280 ft 1 lt = 3,53 x 10 - 2 ft 3 = 0,2642 gal 1 gal = 3,785 lt. ; 1 ft3 = 28,32 lt. 1 gr = 2,2 x 10 -3 lb 1 atm = 1,01325 x 10 5 Pa 1 lb/in 2 = 51,71 torr 1kkal = 4,184 x 10 3 J = 3,9657 Btu 1 Btu = 2,52 x 10 -1 kkal = 1,055x 103 J 1 ft lb/s = 1,356 x 10 -3 kW = 1,818 x 10-3 hp 1 kW = 1,341 hp 1 hp = 7,457 x 10 -1 kW = 550 ft lb/s

Persamaan Kimia dan Stokiometri Penggunaan persamaan kimia Contoh Dalam pembakaran heptana dihasilkan CO2 . Asumsikan bahwa ingin dihasilkan 500 kg es kering perjam dan bahwa 50% dari CO2 tersebut dapat diubah menjadi es kering , berapa banyak heptana yang dapat dibakar per jam produk lain CO2 gas (50%) C7H16

CO2 padat (50%) 500 kg C7H16 + 11 O2 --> 7 CO2 + 8 H2O Analisa batu kapur , CaCO3 92,89%, MgCO3 5,41% , Seny tak larut 1,70% dipanaskan menghasilkan CaO dan MgO CO2 Batu kapur a) b) a) kapur : CaO . MgO ,

senyawa tak larut Berapa lb kalsium oksida dapat dibuat dari 5 ton batu kapur Berapa lb CO2 dapat diperoleh perlb batukapur berapa lb batukapur dibutuhkan untuk membuat 1 ton kapur (Ar : Ca = 40, Mg = 24,32) Hal hal yang perlu diperhatikan REAKTAN PEMBATAS Reaktan yang terdapat dalam jumlah stoikiometri terkecil REAKTAN BERLEBIH Reaktan yang terdapat berlebih daripada reaktan pembatas % kelebihan :Kelebihan mol

x 100% mol yang dibutuhkan Udara berlebih ( excess air) Jumlah udara yang tersedia untuk bereakasi lebih dari udara yang dibutuhkan secara teoritis untuk membakar secara sempurna materi yang mudah terbakar KONVERSI fraksi dari masukan atau beberapa materi kunci dalam masukan yang berubah menjadi produk . SELEKTIVITAS Rasio dari mol produk yang diinginkan terhadap mol produk yang tidak diinginkan ( produk samping) YIELD Berat ( massa ) atau mol produk akhir dibagi mol reaktan Contoh : Antimon diperoleh dengan

memanaskan bubuk stibnit ( Sb2S3 ) dengan besi menghasilkan antimon cair : Sb2S3 + 3 Fe --> 2 Sb + 3 FeS Asumsikan bahwa 0,6 kg stibnit dan 0,25 kg biji besi dipanaskan bersama menghasikan 0,2 kg logam Sb ,maka tentukan : A) rektan pembatas B ) % kelebihan (mol) C) Persen konversi D) Yield MATERIAL BALANCE KESETIMBANGAN MATERI Akumulasi didalam sistem = (masukan melalui batas sistem) (keluaran melalui batas sistem )+ (pembentukan dalam sistem )(pemakaian dalam sistem) 1C

1CO2 1O2 C+O2 --> CO2 Akumulasi O2 0 masuk = 1 keluar

generasi konsumsi - 0 + 0 - 1 1 2

- 1 2 + + 0 0 - 0 0 1 1 -

1 1 + + 0 0 - 0 0 CO2 dalam bentuk senyawa C 0 = O

0 = Dapat pula ditulis C 0 = O2 0 = - KESETIMBANGAN MATERI YANG TIDAK MELIBATKAN REAKSI KIMIA Distilasi kontinu Contoh : Hitung komposisi bagian dasar dan massa alkohol yang hilang pada bagian dasar uap

kondensor 1000kg feed 10%EtOH Kolom Disti lasi P , 60% EtOH refluks Wt = 1/10 feed B EtOH ? , H2 O ? Kristalisasi

Sebuah tangki berisi 10.000 kg larutan jenuh Na2CO3 pada suhu 30oC . Diinginkan mengkristalkan dari larutan ini 3000 kg Na2CO3 10 H2O tanpa air yang menyertainya . Sampai suhu berapa larutan ini harus didinginkan Data kelarutan : Suhu(oC) Kelarutan (g Na2CO3/100 g H2O) 0 7 10 12,5 20 21,5 30 38,8 10000 kg Na2CO3 ? Lar jenuh Na2CO3 30oC

Na2CO3 10 H2O 3000 kg H2O ? T ? Kesetimbangan materi yang melibatkan reaksi kimia Proses Pembakaran Istilah istilah 1. flue gas atau stack gas : semua gas yang dihasilkan dari sebuah proses pembakaran termasuk uap air, basis basah.

2. Orsat analysis / dry basis : Hasil pembakaran tanpa uap air . 3. Kelebihan udara ( kelebihan oksigen) excess air Contoh : Dalam sebuah tes uji pembakaran 20 kg C3H8 dibakar menggunakan 400 kg udara menghasilkan 44 kg CO2 dan 12 kg CO . Berapa % kelebihan udara yang digunakan . Pembakaran dari gas metana seperti pada gambar berikut , berapa banyaknya P dan komposisi dari flue gas. ( % mol) Excess air: Kelebihan udara dari yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna

% kel udara = 100 x kelebihan udara kebutuhan udara = 100 kelebihan O2/0,21 kebutuhan O2 / 0,21 % kel udara = 100 x O2 memasuki proses O2 yang dibutuhkan O2 yang dibutuhkan % kel udara = kelebihan O2 x 100 % O2 yang dibutuhkan CONTOH Sebanyak 20 kg C3H8 dibakar menggunakan 400 kg udara menghasilkan 44 kg CO2 dan 12 kg CO . Berapa % kelebihan udara . Dari reaksi pembakaran metana seperti gambar berikut CH4 100% P= kgmol Co2 ;N2; O2,H2O

F=16 Kg A=300kg Udara kering Campuran gas yang terdiri 97% mol CH4 dan 3% mol N2 dibakar menggunakan 200 % excess udara . Sebanyak 85% dari metana akan berubah menjadi CO2 , 10% CO dan 5% tidak terbakar . Tentukan komposisi dari stack gas Natural gas terdiri dari 85%mol CH4 , 5% C2H6 dan 10% N2 dibakar menggunakan udara berlebih . Sebagian besar CO2 diabsorbsi dan dikeluarkan dari flue gas untuk diubah menjadi dry ice. Hasil analisa gas setelah dipisahkan CO2 yang akan digunakan sebagai dry ice diperoleh data komposisi sebagai berikut CO2 1,1 % mol , O2 4,6 % dan N2 94,3% . Hitunglah :

A) % komposisi CO2 yang diabsorbsi B) % excess udara yang digunakan DAUR ULANG Daur ulang R Fresh feed Mixing produk Proses kotor Separator Produk bersih Daur ulang tanpa reaksi kimia

Sebuah kolom distilasi digunakan untuk memisahkan 10.000 kg/jam campuran dari 50% benzena dan 50% toluena . Produk D yang diperoleh dari kondensor pada bagian atas kolom mengandung 95% benzena dan bagian bawah kolom mengandung 96% toluena . Aliran uap V yang memasuki kondensor adalah 8000 kg/jam . Sebagian produk dikembalikan ke kolom sebagai aliran balik. Carilah rasio dari jumlah yang dialirkan kembali ( R) terhadap produk yang dikeluarkan DAUR ULANG DENGAN REAKSI KIMIA Konversi fraksi keseluruhan : massa ( mol ) reaktan dalam fresh feed dikurangi massa (mol) produk bersih dibagi massa (mol ) reaktan dalam fresh feed. Single pass conversion ( konversi jalan tunggal : massa (mol ) reaktan yang masuk reaktor dikurangi massa (mol ) reaktan yang terdapat

dalam produk kotor dibagi massa reaktan yang masuk ke reaktor Fresh feed F H G Reaktor A B 100% A XA P

Produk 100% B R Recycle 100% A Bila f = 100 lbmol Mixing point F ( 1,0 ) + R . (1,0 )= (1,0) G ; 100 + R = G Separator H XA = (0 )P + (1,0) R Reactor, bila 30% dari senyawa A diubah menjadi B pada konversi sekali lewat (1,0 ) G - H Xa (0,30) G = 0 (1,0 ) G - H Xa (0,30) G = 0 100 + R - R 0,3 ( 100 + R) = 0 R = 233 lbmol . SOAL :

Glukosa isomerase yang diimobilisasai digunakan sebagai katalis untuk memproduksi fruktosa dari glukosa dalam sebuah reaktor seperti gambar berikut , tentukan berapa % konversi dari glukosa yang dihasilkan pada sekali lewat melalui reaktor ketika rasio aliran keluar terhadap aliran daur ulang dalam satuan massa adalah 8,33 Recycle Glukosa 40% dalam air Produk Fruktosa 4 % BYPASS Melangkahi satu atau lebih tahap dari proses

dan menuju tahap hilir lainnya secara langsung Bypass Produk Reaktor Masukan Separator Mixing Soal Dalam bagian pembuatan feedstock dari pabrik yang membuat bensin alam , isopentana dihilangkan dari bensin bebas butana . Asumsikan bahwa proses seperti pada gambar . Berapa besar X, Y dan Z ,P

i-C5H12 100% Z X Feed bebas butana n-C5H12 80% i-C5H12 20% Y n-C5H12100% P N-C5H12 90% i-C5H12 10% UNIT GANDA Carbon dioksida dapat dipishkan dari campuran gas dengan cara absorbsi menggunakan larutan monoetanolamin (MEA) dengan cara contak langsung

secara berlawanan arah pada kolom absorber. Larutan MEA diregenerasi dengan cara pemanasan menggunakan kolom stripping. Gambar pilot plant sbb : Berapa laju alir kg/jam dari CO2 produk dan MEA hasil regenerasi H2 Lar MEA Produk CO2 98,5%. MEA : 1% 100 kg/j Ab sor ber

H2 = 0,5% Kolom Stripping MEA = 97% , CO2 3% berat F Gas 10kg/j H2 = 20% berat , CO2 = 80% NERACA ENERGI Jenis Energi 1. Kerja (W) W = F ds = p V 2. Kalor : Q = U A T 3. Energi Kinetik

Ek = m V2 4. Energi potensial Ep = mgh 4. Internal Energi U = m Cvm d T 5. Entalpi H H = m Cpm dT KESETIMBANGAN ENERGI Konsep dasar : Akumulasi energi dalam sistem = 0 = perpindahan energi ke dalam sistem melalui batasan sistem perpindahan energi ke luar dari sistem melalui batasan sistem + generasi energi dalam sistem konsumsi energi dalam sistem Atau : Akumulasi energi dalam sistem = energi

input energi output TOTAL ENERGI BALANGE : mgx1 + mV12 + mP1V1 + mU1 +Q = mgx2 + mV22 + mP2V2 + mU2 + W H = U + PV mgx1 + mV21 + m H1 + Q = m gx2 + mV22 + mH2 + W Biasanya dalam sistem kontinu perbedaan antara energi kinetik , potensial dalam aliran masuk dan aliran keluar kecil sehingga : Q W = m H2 - m H1 W A B C

Q D Q-w = ( mc Hc + mD HD) (mA HA +mB HB ) Bila sistem tidak melakukan kerja : Q = m H2 m H1 Proses Khusus yang berhubungan dengan kesetimbangan energi : Isotermal : proses pada suhu konstan Isobarik : proses pada tekanan konstan Isokorik : Proses pada volume konstan Adiabatik : tidak ada pertukaran kalor

Q =0 1. 2. 3. 4. Kesetimbangan energi yang memperhitungkan reaksi kimia 1. 2. HoAt = Hfo A + CpA dT Hocamp = ni Hofi + ni Cpm dT SOAL : Hitunglah HO reaksi berikut : 4 NH3(g) + 5O2 (g) --> 4 NO(g) +6H2O (g)

Suatu biji besi pyrit yang mengandung 85% FeS2 dan 15% inert dibakar menggunakan 100% udara berlebih untuk menghasilkan SO2 . Reaksi yang terjadi : 4 FeS2 + 11 O2 -->2 Fe2O3 + 8 SO2 Produk buangan padat meliputi Fe2O3 , senyawa inert dan 4% FeS yang tak bereaksi , Tentukan perpindahan kalor per kilogram bijih pyrit untuk menjaga suhu produk pada 25o C jika feed masuk pada suhu 25oC SUHU REAKSI ADIABATIK

Suhu yang diperoleh di dalam proses ketika : A) reaksi dilakukan dibawah kondisi adiabatik B) tidak ada efek lain , seperti efek elektris dll. Produk keluar pada suhu reaksi . ContoH Hitunglah suhu adiabatis untuk pembakaran gas CO yang dibakar pada tekanan konstan dengan menggunakan 100% kelebihan udara . Reaktan masuk pada suhu 100oC 1. 2. 3. 4. PERHITUNGAN SECARA SIMULTAN MATERIAL DAN ENERGI BALANCE

Dari kolom distilasi seperti gambar berikut digunakan unt memisahkan 100 kg/ hr campuran 40% methilcycloheksana (MCH) dan 60% toluena yang masuk pada suhu 25oC . Produk liquid mengandung 99,5% berat MCH dan bagian bawah kolom mengandung 1% MCH . Kondensor mengunakan air yang masuk pada suhu 15oC dan keluar pada suhu 35oC . Saturated steam masuk pada suhu 138oC . Reflux ratio R/P =10/1.Temperatur produk keluar dari kondensor pada suhu 50oC sedang produk bagian bawah keluar reboiler pada suhu 108oC . Fraksi dari MCH dalam bentuk uap dari reboiler mengandung 4% berat MCH . Tentukan : Berapa kg/hr produk atas dihasilkan Berapa kg yang direfluks per jam Berapa kg liquid masuk reboiler dan yang uap keluar reboiler Berapa kg steam dan berapa liter air pendingin yang digunakan per jam nya OV Air 15oC

Qc 35oC kondensor F : 100 kg/hr 25oC ; 0,4 MCH, 0,6 Toluena Kolom Distila si P : 0,995 MCH ; 0,005 Toluena ; 50oC R BV 108oC

Reboiler RV 103 C o Qs ; 138 C Saturated steam o B : 0,99 Tol ; 0,01 MCH ; 108oC Data Yang digunakan : MCH : Bp = 101,1 oC , Mr = 98,1 , Cpm=49,08 kal/mol oC ;H vap = 7,58 kkal / mol = 77,3 kkal/kg. Toluena : Bp = 110,8oC , Mr = 92,1 ; Cpm = 39,43 kal/moloC ; H vap = 8 kkal/mol =

86,9 kkal /kg Dari steam table : H vap pada 138oC = 512,9 kkal /kg HEAT TRANSFER Mekanisme dari Transfer panas KONDUKSI : Transfer panas yang lewat fixed material Contoh pada dinding furnace homogen PERS FOURIERS dQ /dt = k A ( - dT/dx) Btu/hr Dinding Cold face Hot face - dT/dx dQ/dt = rate dari aliran panas

X= panjang bagian yang dialiri A = area dari permukaan yang dilewati K= konstanta dQ / dt = konstan = Q/t = km A T X Contoh : Lapisan fiber glass ( 3 lb/ft3 ) setebal 3 in digunakan sebagai insulasi termal pada dinding oven pengering . Temp permukaan bagian cold side = 100oF sedang bagiang warm side 200oF . Total area dinding Oven 24 ft2 . Berapa laju aliran panas yang melewati dinding oven dalam satuan Btu /hr. Harga km = 0,020 Btu / hr. ft.oF Aliran panas pada dinding yang terbuat dari lapisan yang disusun seri . Pada keadaan steady flow Q/t pada

masing masing material sama Secara matematik dinyatakan sebagai : ( Q/t)t = ( Q/t) 1 = (Q/t)2 = ( Q./t)3 (Q/t)1 = ( km A T ) 1 = ( km A T )2 dst x x T total = T1 +T2 + T3 T total = (Q/t) 1 + (Q/t )2 + ( Q/t) 3 (kmA/x)1 ( kmA/x)2 (kmA/x)3 (Q/t)total = T total (1/(kmA/x)1+(1/(kmA/x)2 +( 1/(kmA/x)3 (Q/t) total = T total ; R = x/kmA ( R1 + R2 +R3 )

BILA TRANSFER PANAS MELEWATI VESSEL BERBENTUK CYLINDRIC Q/t - - km ( 2

Recently Viewed Presentations

  • Albert Fish - Seneca Valley School District

    Albert Fish - Seneca Valley School District

    Albert Fish follows the Differential-Association Theory of Deviance. This Theory states that people's behavior is largely determined by the company they keep. This means that the illegal behavior they are practicing was learned from interaction with others. Although Albert Fish...
  • Allusion a Day

    Allusion a Day

    Fifteen Minutes of Fame Today, when someone receives a great deal of media attention for something fairly trivial, he or she is said to be experiencing his/her "fifteen minutes
  • The Second Red Scare and McCarthyism Mini-Lesson Cold

    The Second Red Scare and McCarthyism Mini-Lesson Cold

    The First Red Scare occurred after World War I (1919-1920) as a result of the Russian Revolution as well as the publicly stated goal of a worldwide communist revolution. The First and Second Red Scare * * * *
  • C I M O N EC O S

    C I M O N EC O S

    From the Greek word oikonomos, meaning "one who manages a household," Economy is the organized system of human activity involved in the production, consumption, exchange, and distribution of goods and services. Economy also refers to the way in which resources,...
  • Lesson 3.3 - Financial Structure of Entertainment

    Lesson 3.3 - Financial Structure of Entertainment

    Lesson 3.3 - The Financial Structure of Entertainment Business
  • CLASSIFICATION

    CLASSIFICATION

    Why do we classify? There are presently 1.5 million species identified and named so far and an estimated 2-100 million that have not been discovered.
  • LGBT Pioneers in STEM The lesbian, gay, bisexual

    LGBT Pioneers in STEM The lesbian, gay, bisexual

    LGBT Pioneers in STEM The lesbian, gay, bisexual and trans people who impacted on science, technology, maths and science and who helped change the world
  • Development of a Proper Orthogonal Decomposition Based ...

    Development of a Proper Orthogonal Decomposition Based ...

    Spectrum relation for the beam (An aluminum beam of 0.8 m length and cross sectional area 10 mm x 10 mm ) using Timoshenko beam theory and approximate model Comparison of transverse velocity history at the cantilever tip due to...