Material BalancesMaterial BalancesMaterial BalancesMaterial BalancesMaterial BalancesMaterial BalancesMaterial BalancesMaterial BalancesNeraca MassaNeraca MassaNeraca MassaNeraca MassaNeraca MassaNeraca MassaNeraca MassaNeraca Massa

(Kuliah(Kuliah--3)3)--13/3/200413/3/2004

Eko AndrijantoEko Andrijanto

Neraca massa sangat diperlukan didalam proses kimia :

Digunakan untuk perhitungan kebutuhan bahan baku, merancang peralatan.

Digunakan untuk merancang peralatan unit operasi, contoh ; distilasi, reaktor, evaporasi,pengeringan

Digunakan untuk memperhitungkan efesiensi ataupun konversi suatu reaksi kimia.

A. Konsep Neraca MassaA. Konsep Neraca MassaA. Konsep Neraca MassaA. Konsep Neraca MassaA. Konsep Neraca MassaA. Konsep Neraca MassaA. Konsep Neraca MassaA. Konsep Neraca Massa

Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; Misalkan suatu sistem dimana terdapat sejumlah material misal ; X X X X X X X X adalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa materadalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa materadalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa materadalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa materadalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa materadalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa materadalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa materadalah material yang masuk ke suatu sistem, tapi juga bisa material yang ial yang ial yang ial yang ial yang ial yang ial yang ial yang keluar dari sistem. keluar dari sistem. keluar dari sistem. keluar dari sistem. keluar dari sistem. keluar dari sistem. keluar dari sistem. keluar dari sistem.

Dan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanaDan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanaDan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanaDan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanaDan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanaDan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanaDan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanaDan apabila mengacu pada suatu sistem kesetimbangan massa dimanasuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita aksuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita aksuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita aksuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita aksuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita aksuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita aksuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita aksuatu zat tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan maka kita akan an an an an an an an melihat bahwa :melihat bahwa :melihat bahwa :melihat bahwa :melihat bahwa :melihat bahwa :melihat bahwa :melihat bahwa :

Input X Input X Input X Input X Input X Input X Input X Input X -------- output X = Jumlah penambahan output X = Jumlah penambahan output X = Jumlah penambahan output X = Jumlah penambahan output X = Jumlah penambahan output X = Jumlah penambahan output X = Jumlah penambahan output X = Jumlah penambahan (pengurangan) dlm sistem(pengurangan) dlm sistem(pengurangan) dlm sistem(pengurangan) dlm sistem(pengurangan) dlm sistem(pengurangan) dlm sistem(pengurangan) dlm sistem(pengurangan) dlm sistem

Penambahan atau pengurangan jumlah dlm sistem biasa disebut dengan Akumulasi. Secara ringkas dapat ditulis dlm persamaan ;

Input - output = Akumulasi

Kita juga dapat memformulasikan neraca Kita juga dapat memformulasikan neraca Kita juga dapat memformulasikan neraca Kita juga dapat memformulasikan neraca Kita juga dapat memformulasikan neraca Kita juga dapat memformulasikan neraca Kita juga dapat memformulasikan neraca Kita juga dapat memformulasikan neraca kesetimbangan untuk atom, dimana ;kesetimbangan untuk atom, dimana ;kesetimbangan untuk atom, dimana ;kesetimbangan untuk atom, dimana ;kesetimbangan untuk atom, dimana ;kesetimbangan untuk atom, dimana ;kesetimbangan untuk atom, dimana ;kesetimbangan untuk atom, dimana ;

Input (atom C) - output (atom C) = Akumulasi (atom C)

Kesetimbangan ini juga berlaku pada suatu Kesetimbangan ini juga berlaku pada suatu sistem dimana terjasi reaksi kimia, karena sistem dimana terjasi reaksi kimia, karena pada dasarnya atom C tidak dapat diciptakan pada dasarnya atom C tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan.ataupun dimusnahkan.

B. Operasi Steady-State

Didalam kegiatan praktis di industri, kita sering jumpai operasi-operasi pabrik berjalan pada kondisi steady-state.

Kondisi steady state adalah kondisi dimana suatu proses atau sistem tidak mengalami perubahan dengan waktu, dari waktu

ke waktu konstan.

Apabila pada kondisi steady state dimana tidak terdapat akumulasi maka ;

Input =output

Didalam prakteknya aplikasi neraca massa, Didalam prakteknya aplikasi neraca massa, kuantitas sebaiknya dinyatakan dalam unit massa kuantitas sebaiknya dinyatakan dalam unit massa con; kg, lb. con; kg, lb.

Tapi apabila tidak terdapat reaksi kimia maka Tapi apabila tidak terdapat reaksi kimia maka satuan dalam bentuk molar dapat digunakan. satuan dalam bentuk molar dapat digunakan.

Jika kuantitas diberikan dalam volume maka Jika kuantitas diberikan dalam volume maka harus dikonversikan massa dengan mengalikan harus dikonversikan massa dengan mengalikan densitas. densitas.

Jika suatu campuran maka neraca massa nya adalah sebagai berikut ;

MiXi = MoXo + MaXa

dimana XI, Xo, Xa adalah fraksi masing-masing komponen.

I= input ; o = output ; a = akumulasi

C. Neraca Massa Tanpa Reaksi

(c.1) Pada Sistem Distilasi

Kondisi operasi ; steady state, kontinyu, tidak ada reaksi

Dimana :

F, D, W = laju alir umpan, produk atas, produk bawah

XFA, XDA, XWA = Fraksi A di umpan, produk atas, produk bawah

XFB, XDB, XWB = Fraksi B di umpan, produk atas, produk bawah

Apabila kita asumsikan umpan terdiri dari dua campuran komponen maka total neraca massa dalam kolum distilasi, pendingin, dan di reboiler adalah ;

F = D + W (1)

Apabila A diasumsikan sebagai komponen yang mudah menguap (more volatile component atau MVC) atau komponen dengan titik didik yang lebih rendah.

Neraca massa untuk komponen A adalah :

F . XFA, = D . XDA + W . XWA (2)

Neraca massa untuk komponen B adalah ;

F . XFB, = D . XDB + W . XWB .. (3)

Jadi :

XFA + XFB = 1 .. (4)

XDA + XDB = 1 .. (5)

XWA + XWB = 1 .. (6)

Menambahkan eq 2 & eq 3

F. (XFA + XFB) = D.(XDA + XDB) + W. (XWA + XWB) . (7)

Dalam perhitungan neraca massa sistem distilasi

biasanya ;

Diketahui : F, XFA, XDA, XWA

Dicari : D, W, XFB, XDB, XWB

Contoh Soal : Distilasi

3000 kg/jam suatu campuran mengandung 40 wt % benzena dan 60 wt % toluena diumpankan kedalam suatu kolom distilasi untuk dipisahkan. Dari hasil analisa diketahui bahwa kolom atas /produk atas mengandung 96 wt % benzena dan kolom bawah menghasilkan 98 wt % toluena. Hitung laju alir produk atas (D) dan produk bawah (W).

F = D + WF = D + W

3000 = D + WW = 3000 - D (1)FXZA = DXDA + WXWA benzena (2)FXZB = DXDB + WXWB toluena (3)

Gunakan persamaan (3)3000 x 0,6 = D x 0,04 + (3000-D) x 0,98

D = 1200 kg/jam

Kita sekarang memiliki harga D = 1200 kg/jamSehingga W = 3000-D = 3000-1200W = 1800 kg/jam

Jadi D= 1200 kg/jam & W = 1800 kg/jam