unsur (1)
DESCRIPTION
testTRANSCRIPT
![Page 1: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/1.jpg)
Neraca UnsurNeraca Unsur Merupakan satu-satunya piranti yang masih bisa
dipakai jika informasi yang tersedia mengenai komponen-komponen sistem hanya berupa analisis unsur.
Umumnya berguna jika stoikiometri reaksi-reaksi yang terjadi tidak diketahui atau sangat rumit.
LandasanDalam setiap proses yang tidak melibatkan reaksi
nuklir, banyaknya atom sembarang unsur harus kekal.
Unsur = Elemen
Persamaan Neraca UnsurPada tiap sistem pemroses yang tidak melibatkan
reaksi nuklir dan berada dalam keadaan tunak:
[Laju masuk Elemen E ke dalam sistem] = [Laju keluar elemen E dari dalam sistem]
![Page 2: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/2.jpg)
…. Neraca Unsur
Contoh 1: Dehidrogenasi propana
Reaksi Utama: C3H8 C3H6 + H2
Reaksi samping:C3H8 (C2H6, C2H4, C, H2)
N1 = 58,2 kmol/hari
N3 = ?
Mengendap di dasar
reaktor
![Page 3: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/3.jpg)
… Neraca Unsur
Sistem hanya melibatkan dua unsur: C dan H
Neraca H
)06,0(6)2,0(6)45,0(8)2,58(8 222 NNN
)25,0(2)03,0(4)01,0(4 222 NNN
Masukan, ada 8 atom H
dalam setiap 1 molekul C3H8
Keluaran
282,5)2,58(8 N
kmol/hari 802 N
![Page 4: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/4.jpg)
… Neraca Unsur
Neraca C)06,0(2)2,0(3)45,0(3)2,58(3 2223 NNNN
)25,0(0)03,0(1)01,0(2 222 NNN
Masukan, ada 3 atom C
dalam setiap 1 molekul C3H8
Keluaran
23 12,2)2,58(3 NN
kmol/hari 0,53 N
)80(12,2)2,58(3 3 NLaju pengendapan C di dalam reaktor
![Page 5: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/5.jpg)
… Neraca Unsur
Matriks Atom dan Persamaan Umum Matriks Atom dan Persamaan Umum Neraca UnsurNeraca Unsur
Definisi simbol-simbolDefinisi simbol-simbol
1.Untuk sistem yang memiliki I buah alur masukan dan J buah alur keluaran
2.Untuk sistem yang secara keseluruhan melibatkan E buah elemen dalam bentuk S buah zat:
ESEE
S
S
21
22221
11211
esatom Matriks
es Koefisien atomik banyak atom e di dalam satu molekul zat S
![Page 6: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/6.jpg)
… Neraca Unsur
SesN Laju molar netto pengeluaran elemen e oleh/dalam zat s
Karena unsur-unsur bersifat kekal, maka laju molar netto pengeluaran elemen e oleh semua zat adalah nol. Sehingga bentuk umum dari persamaan neraca unsur untuk sistem yang melibatkan S zat dan E elemen adalah:
Jika Ae berat atom elemen e, maka persamaan molar di atas dapat dinyatakan dalam satuan massa
Penjumlahan persamaan-persamaan neraca massa elemen di atas:
![Page 7: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/7.jpg)
… Neraca Unsur
Perhatikan !!!Perhatikan !!!
Berat molekul dari spesies s adalah
011
21
1
S
sSesE
S
sSes
S
sSes NANANA
S
s
S
sSesESes
S
sSes NANANA
1 12
11 0
01 1
S
sS
E
eese NA
Sehingga:
atau
![Page 8: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/8.jpg)
… Neraca Unsur
Jadi, jumlah dari semua neraca unsur adalah neraca massa total paling banyak E buah dari (E + 1) persamaan akan TTSL.
Persamaan neraca unsur juga bersifat homogen terhadap laju alir, karena jika adalah suatu penyelesaian neraca unsur, maka untuk tiap ≠ 0 :
Sehingga, juga memenuhi persamaan neraca unsur.
Jika tidak ada satu pun nilai laju alir yang diketahui, maka kita bisa memilih basis perhitungan.
![Page 9: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/9.jpg)
Contoh 2. Sintesis FormaldehidaContoh 2. Sintesis Formaldehida
… Neraca Unsur
Reaktor berkatalis
UdaraN2/O2 = 79/21
Konversi CH3OH = 55%
Tentukan komposisi alur 2 dan alur 3….!!!
![Page 10: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/10.jpg)
… Neraca UnsurMatriks Atom:
Basis perhitungan: 1000 mol/hari umpanmol/hari 10001 N
mol/hari 40010004,01OH3CH N
mol/hari 474)4001000(7921
791N2
N
mol/hari 126 47440010001O2
N
![Page 11: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/11.jpg)
Karena derajat konversi CH3OH = 55%
Laju netto pengeluaran zat-zat:
… Neraca Unsur
mol/hari
mol/hari
![Page 12: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/12.jpg)
… Neraca Unsur
Neraca-neraca unsurNeraca-neraca unsur
Neraca oksigen:
Neraca hidrogen:
Neraca karbon:
Neraca nitrogen:
![Page 13: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/13.jpg)
… Neraca Unsur
Dari neraca nitrogen
Dari neraca-neraca unsur lainnya:
atau
O:
H:
C:
![Page 14: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/14.jpg)
… Neraca Unsur
Untuk menghilangkan NH2O, subtitusi Pers. 4.2 ke 4.5 dan Pers. 4.3 ke pers. 4.4.
Penyelesaian dua pers. di atas menghasilkan:
mol/hari
mol/ hari
Subtitusi nilai-nilai di atas ke pers. 4.5, diperoleh:
mol/ hari
![Page 15: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/15.jpg)
… Neraca Unsur
Subtitusikan nilai-nilai tsb ke Pers. 4.1 dan 4.4 diperoleh:
Penyelesaian adalah:
Laju2 pada alur 2 dan fraksi mol–nya, selengkapnya adalah:
mol/ hari
Untuk aliran 3
mol/ hari
![Page 16: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/16.jpg)
… Neraca Unsur
Aljabar neraca unsur lebih rumit daripada aljabar neraca komponen !!!!
Neraca unsur cenderung melibatkan lebih banyak unknowns Tiap neraca unsur menyangkut laju netto pengeluaran semua komponen
Contoh 3. Absorpsi SO3 dalam pembuatan asam sulfat
Disederhanakan:
Ada 3 unsur (S, O, H) dan tiga zat (H2O, H2SO4, SO3) terlibat.
![Page 17: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/17.jpg)
… Neraca Unsur
3 x neraca S, kemudian dikurangi dengan neraca O
Neraca H adalah:x 2
Artinya: ketiga persamaan adalah TSL (dikali 2)
H2SO4 H2O.SO3
![Page 18: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/18.jpg)
Aljabar Neraca UnsurAljabar Neraca Unsur
Sistem pers. neraca unsur:
atau
Cara menentukan banyaknya pers. neraca unsur TTSL:Lakukan proses eliminasi Gauss terhadap matriks atomJika setelah proses eliminasi, ada baris yg elemennya
nol semua maka Pers yang TTSL = Jumlah baris MA – Jumlah baris yg nol semua elemennya
0
0
0
0
2
1
21
22221
11211
sES�EE
S
S
N
N
N
![Page 19: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/19.jpg)
Aljabar Neraca …Aljabar Neraca …
Contoh 4:Contoh 4: matrik atom contoh 3 adalah:
220
110
101
3 – [(3/1)*1]
1 – [(3/1)*0]
4 – [(3/1)*1]
000
110
101
2 – [(2/1)*1]
2 – [(2/1)*1]
Hanya dua yang TTSL
![Page 20: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/20.jpg)
Aljabar Neraca …Aljabar Neraca …
Contoh 5:Contoh 5: Sintesis Ureaurea
Amunium karbonat
![Page 21: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/21.jpg)
Aljabar Neraca …Aljabar Neraca …
2 – [(2/1)*1]
1 – [(2/1)*0]
0 – [(2/1)*0]
1 – [(2/1)*1]
2 – [(2/1)*1]
![Page 22: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/22.jpg)
Contoh 6:Contoh 6: Hidrogenasi Olefin
Jelas menunjukkan neraca C dan H adalah TTSLHanya dua variabel yang tak diketahui 2 pers.
TTSL sudah cukup
Aljabar Neraca …Aljabar Neraca …
?1HC 84
N?2
HC 42N
![Page 23: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/23.jpg)
Neraca H:
Neraca C:
Disederhanakan menjadi:
Perhatikan bahwa vektor C2H4 dan C4H8 adalah TSL. Padahal laju alir kedua zat ini yang mau dihitung….!!!!
Aljabar Neraca …Aljabar Neraca …
0)03(10)5(8)04(6)10(4)70(2 1HC
2HC 8442
NN
0)03(4)5(4)04(2)10(2)70(0 1HC
2HC 8442
NN
2024
40482
HC1
HC
2HC
1HC
4284
4284
NN
NN2 x
dan
![Page 24: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/24.jpg)
Untuk sistem yang melibatkan E neraca unsur TTSL, spesifikasi dinyatakan TTSL jika kolom-kolom daripada matriks atom yang berhubungan dengan E zat yang laju netto pengeluarannya tak diketahui adalah TTSL.
Catatan: Spesifikasi yang tepat/layak mengenai suatu sistem yang melibatkan E buah persamaan neraca unsur TTSL adalah spesifikasi yang memenuhi syarat berikut:• Banyaknya tepat• Bersifat TTSL• Mengakibatkan banyaknya laju netto
pengeluaran yang tak diketahui persis E buah.
Aljabar Neraca …Aljabar Neraca …
![Page 25: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/25.jpg)
Analisa Derajat KebebasanAnalisa Derajat Kebebasan1. Tentukan banyaknya pers. neraca unsur TTSL pada tiap unit.2. Tentukan elemen-elemen (unsur-unsur) yang akan
dineracakan (pada tiap unit).3. Jika derajat kebebasan nol, periksa ke-TTSL-an spesifikasi.
Contoh 7. Produksi SNG (Synthetic/subtitute Natural Gas)
Steam
Oxygen
Coal 1
Ash
Ash
GasifierShift
converter
Acid gas removal
Methanator
![Page 26: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/26.jpg)
Matriks atom zat-zat yang terlibat dalam gasifier, CO2 Shift converter, dan acid gas removal adalah:
Matriks atom zat-zat yang terlibat dalam methanator:
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
1 1 0 0
0 1 1 0
2 0 4 2
O
C
H
OHCOCHH 242
![Page 27: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/27.jpg)
Number of variablesNumber of variablesNumber of balancesNumber of balances
Ash
Number of specifiedNumber of specified compositionNumber of relationsNumber of relations
Steam ratioCOCO22 conversion conversion
HH2 2 : (CO + CH: (CO + CH44))
ratioratioefficiencyefficiency
Degree of freedomDegree of freedom
BasisBasis
GasifierGasifierShift Shift
ReaktorReaktorAcid Gas Acid Gas RemovalRemoval MethanatorMethanator ProsessProsess
Overall Overall BalancesBalances
Tabel: Derajat Kebebasan… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
![Page 28: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/28.jpg)
Sistem Overall
Basis F1 = 10.000 lb/h
Rasio (steam : coal) = (0,8 : 1) F2 = 8.000 lb/h
Efisiensi karbon = 25%
[(0,001 + 0,949)N7] x 12 = 0,25x(0,66 x 10.000)
N7 = 144,74 lbmol/h
•Neraca Abu
F4 = 0.18 x 10.000 = 1.800 lb/h
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
25% karbon yang berasal dari umpan muncul di produk (alur 7)
)66,0%(25 17CH
7CO 4
NNN
![Page 29: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/29.jpg)
Neraca unsur
Neraca karbon dan sulfur dapat diselesaikan dan
menghasilkan
Dari neraca hidrogen dan oksigen
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
Karena laju alir alur 6 dan 7 telah ditentukan maka DK Methanator dan Gasifier menjadi nol.
batubara
![Page 30: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/30.jpg)
Neraca Gasifier
Hubungan pembantu
definisi
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
batubara
![Page 31: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/31.jpg)
Gunakan rasio H2 : CO, maka neraca C, H, dan O
Bersama dengan definisi alur 8 diperoleh:
Manipulasi keempat pers. di atas hingga menjadi
dua pers., yakni:
Jika diselesaikan maka diperoleh:
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
![Page 32: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/32.jpg)
Dari pers. kedua dan pertama (pers. asli)
Sehingga;
Alur 8 diketahui sehingga derajat kebebasan Shift
converter menjadi nol
Neraca unsur Shift Converter
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
![Page 33: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/33.jpg)
Konversi CO pada shift converter
Dari neraca sulfur
Gunakan neraca C untuk mengeliminasi CH4 dan gunakan neraca O untuk mengeliminasi H2O, sehingga neraca H disederhanakan menjadi:
atau
Dari definisi N9;
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
![Page 34: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/34.jpg)
Dengan cara subtitusi yang sama, diperoleh
Eliminasi N9CO2 kita peroleh:
dan
Akhirnya, subtitusikan nilai-nilai di atas ke neraca C
dan O, diperoleh:
Sehingga alur 9 menjadi:
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
&&
![Page 35: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/35.jpg)
Neraca Unsur Unit Acid Gas Removal
Hubungan pembantu
Gunakan hubungan pembantu, neraca O dan C
untuk mengeliminasi N10H2, NH20, dan N10
CO sehingga
neraca H menjadi
atau
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
![Page 36: Unsur (1)](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022062722/563db7f2550346aa9a8f71a0/html5/thumbnails/36.jpg)
Subtitusi nilai-nilai yang didapat ke belakang
diperoleh:
Tabel Alur
… … Derajat KebebasanDerajat Kebebasan
Flow total (lbmol/day) x 10-4Composition (mol fraction)
Stream NumberStream Number