41. Saturated Steam pada suhu 200oC dipakai untuk mendidihkan toluena dalam heat

exchanger. Toluena dimasukkan pada suhu 50oC, 1 bar dan sisanya sebagai uap pada

ekanan 1 bar. Yang menyisakan kondensat uap jenuh air pada suhu 200oC.

a. Jika uap dimasukkan pada 1000kg/jam dan gas toluena dipanaskan menjadi 170oC,

hitung laju alir toluena yang dapat dihasilkan.

b. Jika uap dimasukkan pada 1000kg/jam dan laju alir toluena diseusaikan menjadi

4500kg/jam, hitung temperatur keluar toluena.

Pada kasus lain, asumsikan panas dapat diabaikan. Gunakan data toluena yang diberikan

pada tabel Appendix.

Penyelesaian :

Panas yang harus dipindahkan untuk mendinginkan campuran pada kondisi dew point ke

buble poin.

T1 P = 403,53 K

T2 P = 399,3 K

Maka, ∆H =

∫399,3

403,53

(31,82-1,61654.10-2 T+1,44465. 10-3 T2- 2,28948.10-6 T3 + 1,13573.10-4 T4 ) d T

= 590,14 J/mol ∆H =

∫399,3

403,53

(55,958- 4,58883 .10-2 T+1, 83228 .10 -3 T2 - 2,91974 . 10-6 T3+ 1,46346 . 10-4 T4 ) d T

= 723,17 J/mol

Panas yang dibutuhkan = 2017,93 J/mol campuranToluena 50oC, 1 bar

Saturated steam Saturated water 1000 kg/jam 200oC 200oC

Toluena Vapor 170oC, 1 bar

Neraca energi :

∑ masuk = ∑ keluar

HeatExchanger

Fs Hs (200oC, sat) + FT HT (50oC, 1 bar) = Fw Hw (200cC, sat) + FTHT (170 oC, 1 bar)

Neraca massa :

Fs = Fw

Fw [Hs (200oC, sat) – Hw(200oC, sat)] = FT [ HT (170oC, 1 bar) – HT (50oC, 1 bar)]

F total = Hs (200oC, sat) = 2675,4 kJ/kg, 1 bar

Hw (200oC, sat) = 417,5 kJ/kg, 1 bar

(110oC, 1 bar) – HT (50oC, 1 bar) = ∫383,486

443

Cp v dT - ∆HvL (T) + ∫323

383,786

CpLdT

Appendix : T6 toluena = 593,961 oK

To (TON) = 383,786 oK = 110,786 oC

∆HvL (To) = 33460,6 kJ/kgmol

= 1,80826 + 0,812223 T – 1,51267.10-3 T2 + 1,63001.10-6 T3

= 31,82 – 1,61654.10-2T + 1,44465.10-3T2 – 2,28948.10-6 T3 + 1,13573.10-4 T4

Vf tekanan uap benzena :

ln P = 14,2515 – 3242,38T-47,1805

dimana [P] = kPa dan [T] = K

jadi, P = 1 bar = 100kPa → T = 303,31 K

penguapan pada kondisi ini :

∆HvL (T) = ∆HvL (To) (Tc - TTc - To )

n

∆HVL (303,31oK) = 33460,6 (593,961-383,31593,961-383,786 )

0,38

∆Hv (383,31oK) = 33489,38 kJ/kgmol

= 364,015 kJ/kg

∫383,706

443

Cpc dT = 8490 kJ/kgmol = 108,85 kJ/kg

∫323

303,786

CpLdT = 10.491,3 kJ/kgmol = 134 kJ/kg

a. HT (110oC, 1 bar) – HT (50oC, 1 bar) = 100,05 + 364,02 + 134 = 606,07 kJ/kg

Maka : 1000 kg/jam (2675,4 – 417,5) kJ/kg = FT (606,87) kJ/kg

FT = 3720,57 kg/jam

b.

Toluena 4500 kg/jam 50oC, 1 bar

HL

Saturated steam 1000 Satureated water 200oC kg/jam 200oC

Toluena vapor 1 bar, T = ....?

Hitung temperatur toluena yang keluar !

Jawab : Fw [Hs, 200oC, sat) – HW (200oC, sat) = 1000 kg/jam (2675,4 – 417,5) kJ/kg

= 2257900 kJ/jam FT [HT (T, 1 bar) – HT (50oC, 1 bar)] = 2257900 kJ/jam

4500 [ ∫383,786

T

Cpv dT + 364,02 + 134] = 2257900 kJ/jam

∫383,786

T

Cpv dT = 3,7356

Mencari T dan metode Wegstein

3,7356 = ∫303,786

T

Cpv dT

3,7356 =

∫303,786

T

(31,82−1,616. 10−2 T+1,44465. 10−3 T2−2,28948.10−6T 3+1,1357.10−8 T4 ) dT

3,7356 = 31,82 (T-383,786)-8,0827.10−3 ( T2 -383,7862 ) + 4,81515. 10-4 ( T3 - 383,7863 ) - 5,7237. 10-7 (T4 - 383,7864 )+ 2,2715.10-4 ( T5 -303,7865)

T = 3,7356 = 131,82

[1354 + 0,0824.10−3(T2 – 383,7862) – 1,8151.10-4(T3 –

3383,7863) + 5,7237.10-7(T4 – 303,7864) – 2,2715.10-10(T5 – 383,7865)] Cp Cv = 133

To = 383,786 + 3,7356133

= 383,814 oK

To = g(To) = 383,8138 oK g(To) ≈ To :: maka temperatur toluena yang keluar adalah 383,814oK