LAPORAN ATK

AZAS TEKNIK KIMIA

Neraca Bahan Sistem Tanpa Reaksi

Kelompok 6

Evert (110405046)

Alfarodo (110405061)

Resi Levi Permadani (110405072)

Budi Warman (110405074)

Yosef Carol (110405081)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

MEDAN

2012

Neraca Bahan Sistem Tanpa Reaksi

2.1. Perumusan Masalah Neraca Massa

Pada suatu sistem tunak terbuka tidak ada akumulasi massa terhadap waktu, dengan kata

lain laju masuk dan laju keluar sistem adalah sama. Dalam suatu industri yang terdiri dari

beberapa reactor dan unit operasi, dapat digambarkan sebagai kotak yang dihubungkan dengan

garis sebagai menggambarkan arah aliran massa. Setiap suapan dan keluaran dari unit operasi

pada umumnya mengandung campuran senyawa kimia dan harus dicirikan.

2.1.1 Variabel-Variabel Neraca Bahan

Tahap pertama dalam mendefinisikan persoalan neraca bahan adalah memilih batasan

sistem, mencirikan semua aliran suapan dan keluaran, dan mencirikan semua materi kimia dalam

masing-masing aliran. Tahap berikutnya adalah menghitung secara teliti semua bahan yang

masuk dan keluar sistem, sehingga akan diketahui laju alir setiap senyawa kimia yang ada dalam

setiap aliran. Ada beberapa cara untuk menampilkan informasi tersebut. Pertama, zat kimia j

dalam aliran, laju alir zat Nj(mol j per satuan waktu) atau Fj (massa j per satuan waktu). Total

laju alir alur adalah:

N= 𝑁𝑗 j

F= 𝐹𝑗 j

Bila laju alir zat diketahui , total laju alir adalah variabel tak bebas.

Bila berat molekul, Mj diketahui untuk setiap zat S dalam alur, maka:

N = ( 𝑊𝑓𝐹

𝑀𝑗

𝑆

𝑗=1 = F (

𝑊𝑓

𝑀𝑗)

2.1.2 Persamaan-persamaan Neraca Massa dan Sifat-sifatnya

Dalam sistem tanpa reaksi berlaku:

„‟ Total massa atau molekul setiap zat kimia yang masuk sama dengan yang keluar ”

Dari prinsip kekekalan ini dapat dibentuk persamaan-persamaan yang menghubungkan alur

masuk dan keluar. Himpunan persamaan itu menghubungkan variabel-variabel yang terlibat

dalam setiap alur proses. Dari himpunan persamaan tersebut dapat diselesaikan untuk

memperoleh variabel yang tak diketahui, berasaskan pada sebahagian variabel yang telah

diketahui.

2.1.3 Informas I Neraca Bahan

Informasi yang harus ada dalam perumusan neraca bahan yaitu:

a. Sistem yang ditinjau berdasarkan alur-alur masuk dan keluar

b. Variabel-variabel alur alir seperti laju alir dan komposisi alur

𝑁1=1000 mol/jam 𝑋1

1=0,2 𝑋2

1=0,3 𝑋3

1=0,2 𝑋4

1=0,3

𝑁1

c. Himpunan persamaan neraca massa, dengan s buah diantaranya TTSL pada

komponen/zat

d. Pemilihan basis untuk perhitungan

Dalam perumusan masalah peneracaan, harus diperhatikan juga beberapa informasi yang dapat

mengurangi variabel aliran yang tidak diketahui. Informasi dapat berupa:

a. Fraksi-fraksi perolehan

b. Hubungan-hubungan komposisi

c. Perbandingan-perbandingan aliran

Contoh:

Suatu persediaan umpan pada laju 1000 mol/jam yang mempunyai komposisi (%mol) 20%

propane, 30% isobutana, 20% isopentana, dan 30% n-pentana, akan dipisahkan menjadi 2 fraksi

oleh kolom destilasi. Uap (destilat) mengandung semua propane yang ada pada umpan, dan 80%

isopentana yang ada pada umpan dan 40% isobutana. Alur bawah mengandung semua normal

pentane yang masuk ke unit. Hitung komposisi pada destilat dan alur bawah.

Penyelesaian:

Uap

2

1

Umpan

3

𝑁11

𝑁2

𝑁2=? 𝑋1

2=? 𝑋2

2=0,4 𝑋3

2=? 𝑋4

2=0

𝑁3= ? 𝑋1

3=0 𝑋2

3=? 𝑋3

3=? =?

Indeks: 1=propane

2=isobutana 3=isopentana 4=n-pentana

Variabel:

Ada 3 jalur, diasumsikan setiap jalur mengandung 4 zat, sehingga total variabel adalah 3x4=12

buah. Pada sistem mengandung 4 zat yang berbeda, sehingga memungkinkan untuk menulis 4

persamaan neraca massa TTSL

1. Neraca Massa total 𝑁1 = 𝑁2 + 𝑁3

2. Neraca C3 0,2 𝑁1 = 𝑁2 + 𝑋12

3. Neraca i-C 0,3 𝑁1 = 𝑁3𝑋23 + 0,4 𝑁2

4. Neraca i-C5 0,2 𝑁1 = 𝑁2 (1-0,4-𝑋12) + 𝑁3 (1-𝑋2

3-𝑋43)

5. Neraca C5 0.3 𝑁1 = 𝑁3𝑋43

Informasi tambahan yaitu sebanyak 80% perolehan i-C5 dalam destilat, kondisi ini dapat

digambarkan dalam persamaan:

0,8(0,2𝑁1) = 𝑁2(1-0,4-𝑋12)

Laju alir umpan 𝑁1 = 1000 mol/jam, sehingga persamaan diatas dapat ditulis menjadi:

160=𝑁2(1-0,4-𝑋12)

160=0,6 𝑁2 - 𝑁2𝑋12

Dari neraca C3 : 200=𝑁2𝑋12, sehingga diperoleh

𝑁2=600 mol/jam dan 𝑋12 = 0,333

𝑋32=1-(0,33+0,4+0) = 0,267

Neraca Total : 1000=600+𝑁3

𝑁3=400 mol/jam

Neraca i-C4 : 300=240+400𝑋23

𝑋23=0,15

Neraca C5 : 300 = 400 𝑋43

𝑋43=0,75

𝑋33=1-(0+0,15+0,75) =0,1

Jadi hanya ada 4 persamaan neraca yang TTSL dan diperlukan dalam penyelesaian.

2.2 Analisa Persoalan Neraca Bahan

2.2.1 Derajat Kebebasan

Untuk menentukan apakah model aljabar yang dibangun akan menghasilkan penyelesaian

yang realistis pada umumnya sukar. Meskipun demikian ada satu indeks yang sederhana yang

dapat memberikan pertanda apakah persoalan neraca bahan dapat diselesaikan. Indeks tersebut

disebut Derajat Kebebasan dari suatu persoalan.

Derajat kebebasan adalah mekanisme yang sistematik untuk menghitung semua variabel,

persamaan-persamaan neraca dan hubungan yang terlibat dalam persoalan.

Derajat Kebebasan (DK) didefinisikan sebagai berikut :

(banyaknya variabel-variabel bebas semua aliran-aliran)

(banyaknya persamaan neraca TTSL)

(banyaknya variabel alur yang niainya telah ditentukan)

(banyaknya hubungan pembantu)

Bila DK positif (DK>0), maka perlu dikurangkan jumlah salah satu dari antara neraca TTSL,

komposisi alur yang spesifik, ataupun hubungan pembantu. Bila DK negative (DK<0),

sebaliknya maka perlu ditambahkan jumlah salah satu dari neraca TTSL, komposisi alur yang

spesifik, ataupun hubungan pembantu. DK = 0 spesifikasi sudah tepat.

Contoh :

TiO2 diproduksi dengan cara mencuci pigmen mentah sehingga dihasilkan pigmen bersih

sebanyak 4000 lb/jam kering dan mengandung garam sebanyak 100 ppm. Garam disisihkan

bersamaan dengan air pencuci. Bila pigmen mentah mengandung 40% TiO2, 20% garam dan

sisanya air dan bila pigmen bersih mengandung 50% TiO2, hitung komposisi alur air buangan.

Penyelesaian :

2

Pigmen mentah

TiO2 = 40% 4 Air buangan

Garam = 20% 1 Garam

H2O H2O

3

Pigmen bersih

TiO2 = 50%

Garam

H2O

Unit Pencuci

Jumlah :

Variabel 9

Neraca TTSL 3

Komposisi alur yang spesisfik 3

Hubungan pembantu 2

-8

Derajat Kebebasan 1

Dapat disimpulkan bahwa persoalan tak dapat diselesaikan untuk semua variabel-variabel alur

yang tak diketahui. Walaupun demikian, akan dicoba untuk menyelesaikannya.

Neraca TTSL

Neraca massa total F1 + F

2 = F

3 + F

4

Neraca TiO2 0,4F1 = 0,5F

3

Neraca garam 0,2F1 = W

3garam + W

4garam F4

Neraca TTSL adalah untuk air

Informasi hubungan pembantu :

a) Kandungan garam di alur produk

𝑙𝑏 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚

𝑙𝑏 𝑕𝑎𝑠𝑖𝑙 𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔 =

𝑊3𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚 𝐹3

𝐹3 0,5+𝑊3𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚 =

𝑊3 𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚

0,5 + 𝑊3𝑔𝑎𝑟𝑎𝑚 = 10

-4

Sehingga diperoleh : W3garam = 5,0005 x 10

-5

b) Laju alir produk pada basis kering 4000 lb/jam

F3 (0,5 + W

3garam) = 4000 lb/jam

Gantikan harga W3garam ke persamaan ini sehingga diperoleh :

F3 = 7999,2 lb/jam

Dari neraca TiO2 diperoleh : F1

= 9999 lb/jam

Dari neraca garam dapat disederhanakan menjadi :

1999,8 = 0,4 + W4

garam F4

dan dari neraca total diperoleh :

9999 + F2 = 7999,2 + F

4

Jadi diperoleh ada dua persamaan dengan tiga variabel yang tak diketahui F2, F

4, dan W

4garam,

sehingga kedua persamaan tersebut tak dapat diselesaikan. Agar problem dapat diselesaikan,

maka perlu informasi berupa penambahan satu variabel.

Menurut kajian ditentukan bahwa air yang digunakan 6 lb H20/lb. Umpan penambahan satu

spesifikasi baru ini mengakibatkan derajat kebebasan menjadi nol, sehingga soal dapat

diselesaikan.

F2/F

1 = 6

F2 = 6(9999) = 59.994 lb/jam

Dari neraca total diperoleh :

F4 = 61.993,8 lb/jam

Dan dari neraca garam diperoleh :

W4

garam = 1999,4/F4 = 0,0323

2.2.2 Strategi penyelesaian

Dasar penyelesaian harus :

a. Memiliki persamaan dari (s-1) persamaan neraca yang bisa dituliskan

b. Memiliki variabel yang akan di jadikan basis perhitungan

c. Mengurutkan perhitungan sehinnga penyelesaian himpunan s persamaan neraca dapat

berlangsung secara berurutan (tidak perlu serempak)

HEURISTIK 1

Pilih himpunan persamaan yang tiap persamaannya melibatkan sedikit mungkin variabel

HEURISTIK 2

Jaadikan persamaan neraca total sebagai salah satu anggota himpunan persamaan yang

dipilih (sekalipun melibatkan semua alur ,tdak pernah melibatkan komposisi )

HEURISTIK 3

Jika perlu (pilih ulang) basis perhitungan supaya penyelesaian serempak dapat dihindari

2.3 Sistem Yang Melibatkan Unit – Unit Ganda

Untuk dapat merancang sistem unit ganda yang terintegrasi, Insinyur kimia harus mampu

:

a. Menentukan semua alur umpan dan keluar dari seluruh sistem.

b. Menentukan semua laju dan komposisi alur yang menghubungkan antar unit – unit.

2.3.1 Himpunan TTSL Persamaan – Persamaan Neraca

Neraca yang melibatkan keseluruhan proses disebut sebagai neraca – neraca keseluruhan,

sedangkan neraca yang melibatkan setiap unit disebut neraca – neraca unit. Untuk lebih jelasnya

mengenai himpunan TTSL dalam unit ganda, perhatikan contoh berikut :

Contoh 2.1

Untuk memisahkan benzene, toluene dan xylem diperlukan dua tahap kolom destilasi menurt

gambar berikut.

Laju umpan 1000 mol/jam mengandung 20% benzene, 30% toluene dan sisanya xylem (semua

% mol), produk bagian bawah kolom I mengandung 2,5% benzene dan 35% toluene. Produk

puncak kolom II mengandung 8% benzene dan 75% toluene. Tentukan laju alir dan komposisi

setiap alur.

Penyelesaian :

Fraksi Ringan Benzen Toluene

I II

Benzene Toluene Xylene

Produk antara Benzene, Toluene, Xylene

Fraksi sedang Benzene, Toluene, Xylene

Fraksi berat Toluene Xylene

2 4

1

5

3

Jumlah maksimum neraca TTSL adalah 6, 3 untuk masing – masing unit. Unit I terdiri dari X1

1,

X1

2, dan X13 sedangkan unit II terdiri dari X

31, X

32, X

33.

2.3.2 Analisa Derajat Kebebasan

Prosedur analisa derajat kebebasan unit ganda sama dengan prosedur unit tunggal.

Perhatikan kembali contoh 2.1

Jumlah variabel alur 13 terdiri dari 3 untuk masing – masing alur 1,3, dan 4 dan 2 untuk alur 2

dan 5. Neraca TTSL 6, 3 untuk masing – masing unit. Komposisi spesifik ada 6 dan laju alir 1.

Tidak ada hubungan pembantu.

I II N1 = 1000 lb/jam X1

1 = 0,2 X1

2 = 0,3 X1

3 = 0,5

Produk antara N3 X3

1 = 0,025 X3

2 = 0,35 X3

3 = 0,625

Fraksi berat N5 X5

2 = 1 – X53

X53

1 = Benzen

2 = Toluene

3 = Xylene

Fraksi Ringan

N2 X2

1 X2

2 = 1 – X21

Fraksi sedang

N4 X4

1 = 0,08 X4

2 = 0,72 X4

3 = 0,20

Tabel Derajat Kebebasan

Variabel Alur 13

Neraca TTSL 6

Spesifikasi : komposisi 6

Laju alir 1

-13

Derajat Kebebasan 0 (Spesifikasi tepat)

Himpunan neraca pada unit I

Benzen : 200 = X2

1 N2 + 0,025 N

3

Toluene : 300 = (1-X2

1) N2 =n0,35 N

3

Xylene : 500 = 0,625 N3

Ada 3 variabel anu X2

1, N2

dan N3

Dari neraca xylen diperoleh N3 = 500/0,625 = 800 mol/jam

Neraca toluene + benzene : 500= N2 + 0,375 N

3

Masukkan nilai N3 maka diperoleh N

2 = 200 mol/jam

Neraca benzene diperoleh : 200 = X2

1 (200) + 0,025 (800) maka X2

1 = 0,9

Himpunan neraca pada unit II

Benzen : 0,025 N3

= 0,08 N4

Toluene : 0,35 N3 = 0,72 N

4 + (1-X

53) N

5

Xylen : 0,625 N3 = 0,20 N

4 + X

53 N

5

Ada 4 variabel anu X5

3, N3, N

4, dan N

5

Neraca benzene diperoleh N4 = 250 mol/jam

Neraca total unit II : N3 = N

4 + N

5 maka N

5 = 550 mol/jam

Dari neraca toluene diperoleh : X5

3 = 0,82

Pada unit ganda, perlu dilakukan analisa derajat kebebasan setiap unit untuk memastikan

dari mana memulai perhitungan.

2.3.3 Konfigurasi khusus multi unit

Konfigurasi yang sering dijumpai dalam sistem teknik kimia adalah proses yang mempunyai

daur ulang (recycle stream) maupun dan daur pintas (bypass stream).

Alur daur ulang

Sistem daur ulang digambarkan sebagai berikut :

i

k

Pencampur Pembagi

Penulisan neraca ditulis pada setiap unit dan seluruh proses, akan tetapi hanya ada 3 dari 4

himpunan neraca yang TTSL. Unit pembagi merupakan kunci perhitungan yang melibatkan daur

ulang. Pembagi aliran adalah alat pembagi alur menjadi dua atau lebih alur yang lebih kecil,

sedangkan komposisi tetap.

Zat j pada cabang pembagian i dan k mempunyai komposisi yang sama :

xji = xj

k dimana j = 1, 2, ....., s-1

Jumlah fraksi komposisi dalam alur terbagi sama dengan 1.

Pada alur ulang i xji

S

j=1= 1

Dan pada alur keluar k xjk

S

j=1= 1 , maka

Syarat : xji = xj

k dimana j = 1, 2, ....., s-1 berarti juga

Kendala pembagi : jika sebuah alur dibagi menjadi N buah alur aliran cabang, maka diantara

alur-alir cabang tersebut ada (N-1)(s-1) hubungan komposisi.

Contoh :

Suatu aliran yang mengandung 20% gula, 10% kopi dan sisanya air dibagi menjadi tiga vabang

alur. Laju alir pada cabang adalah F2 = 2 F

3 dan F

3 = F

4/3. Bila F

1 1000 lb/jam, hitung laju alir

setiap alur cabang.

Penyelesaian : 2

F1 = 1000 lb/jam

Gula 20% 1 3

Kopi 10%

Air 70% 4

Unit

Analisa derajat kebebasan :

Ada 12 variabel alur dengan 3 neraca bahan TTSL, ada 2 komposisi, laju alir terspesifikasi dan

hub pembagi. Selanjutnya ada kendala pembagi yaitu :

(N-1)(s-1) = (3-1)(3-1) = 4

Tabel Analisa Derajat kebebasan

Variabel Alur 12

Pers. Neraca TTSL 3

spesifikasi komposisi 2

Laju alir 1

Hubungan pembantu

Nisbah aliran 2

Kendala pembagi 4

-12

Derajat kebebasan 0

Neraca total : 1000 = F2 + F

3 + F

4

Nisbah aliran : F2 = 2 F

3 dan F

3 = F

4/3

Ganti F2 dan F

4, sehingga diperoleh :

1000 = 2 F2 + F

3 + 3F

3

F3 = 1000/6 lb/jam

F2 = 1000/3 lb/jam dan F

4 = 1000/2 lb/jam

Komposisi alur cabang sama dengan alur utama (logika).

Sistem beralur pintas (Bypass stream)

Analisa proses yang melibatkan alur pintas adalah sama dengan alur ulang. Penyelesaian neraca

massa untuk proses yang beralur pintas biasanya lebih mudah dari proses yang melibatkan daur

ulang. Sketsa proses yang beralur pintas dapat digambarkan seperti gambar di bawah ini.

Pembagi pencampur

Contoh sistem beralur pintas

Unit

Contoh :

Jus segar mengandung 12% ( massa) padatan terlarut, sebagian besar gula dalam air. Untuk

mengurangi biaya pengapalan, maka jus dipekatkan sebelum dikapalkan dan ditambahkan lagi

air setelah sampai pada tujuan. Pemekatan dilaksanakan dalam kondisi khusus, waktu tinggal

yang pendek di evaporator pada suhu di bawah atmosfer dengan tujuan untuk mengurangi

kehilangan penguapan selain air dan panas sengat peka terhadap komponen rasa dan aroma jus.

Komponen rasa ini tak sepenuhnya dapat dipertahankan sewaktu penguapan, oleh sebab itu jus

segar perlu dialirkan melalui alur pintas, untuk mmulihkan bau dan rasa jus. Ada 10% umpan

yang digunakan di alur pintas dan evaporator dioperasikan untuk menghasilkan 80% padatan

terlarut. Bila laju umpan proses 10.000 kg/jam jus segar, hitung laju air yang harus diuapkan dan

komposisi akhir produk.

Penyelesaian :

Uap air

4 F4

sari buah encer evaporator sari buah pekat

1 2 5 6 F6

F1 F

2 F

5 𝑤16

𝑤11 = 0,12 𝑤1

5 = 0,8

3

„Cutback‟ F

3

𝑤13 F3

/F1 = 0,1

Dianggap bahwa kehilangan komponen massa untuk rasa dan aroma pada evaporator diabaikan.

Ada 1 kendala pada pembagi, ada 2 cabang yang melibatkan 2 zat. Analisa lengkap dapat dilihat

pada tabel derajat kebebasan.

Tabel derajat kebebasan

pembagi evaporator pencampuran proses keseluruhan

Var alur 6 5 6 11 5

Neraca TTSL 2 2 2 6 2

Terspesifikasi

>Komposisi 1 1 1 2 1

>Laju alir 1 0 0 1 1

Hub.

1 = zat terlarut 2 = air

Pembantu

>Nisbah alir 1 0 0 1 0

>Kendala

pembagi

1 0 0 1 0

-6 -3 -3 -11 -4

Der.

kebebasaan

0 2 3 0 1

Penyelesaian harus berawal dari pembagi aliran

Nisbah aliran pintas : F3 = 0,1 F1 = 0,1 (10000)

F3 = 1000 lb/jam

Neraca total : 10000 = 1000 + F2

F2 = 9000 lb/jam

Neraca zat-zat terlarut : 0,12 (10000) = 𝑤12 9000 + 𝑤1

3 1000

Kendala pembagi : 𝑤12 = 𝑤1

3

𝑤12 = 𝑤1

3 = 0,12

𝑤22 = 𝑤2

3 = 0,88

Evaporator

Neraca zat terlarut : 0,12 (9000) = 0,8 F5

F5 = 1350 lb/jam

Neraca air : 0,88 (9000) = F4 + 0,2 F

5

F4 = 7650 lb/jam

Pencampur :

Neraca total : F5 + F

3 = F

6

1350 + 1000 = F6

F6 = 2350 lb/jam

Neraca zat terlarut : 0,8 (1350) + 0,12 (1000) = 𝑤16 2350

𝑤12 =

1060+120

2350 = 0,51

2.3.4 Strategi penyelesaian

Strategi dasar tetap : urutkan perhitungan sehingga, jika mungkin, tidak dibutuhkan penyelesaian

serempak dari sekelompok persamaan.

Untuk sistem multi unit, banyak persamaan maupun variabel atau umumnya tidak sedikit.

Karena itu, strategi pengurutan perlu dilaksanakan pada dua tahap :

1. Pilih himpunan-himpunan persamaan neraca yang akan diselesaikan

2. Gunakan heuristik-heuristik (1, 2, dan 3) yang telah dipelajari untuk mengurutkan

penyelesaian masing-masing himpunan persamaan neraca.

Heuristik 4

Lakukan selalu penentuan derajat kebebasan neraca keseluruhan sistem. Jika derajat

kebebasannya nol, neraca keseluruhan seringkali bermanfaat untuk mengawali penyelesaian.

Heuristik 5

Jika proses berderajat kebebasan nol, tetapi derajat kebebasan neraca keseluruhan maupun unit-

unit > 0, cari himpunan persamaan neraca berderajat kebebasan satu dan tempatkan basis pada

himpunan persamaan itu.

Heuristik 6

Jika terdapat lebih dari satu unit kandidat lokasi basis, pilihlah unit yang terlibat dalam rangkaian

lingkar (loop) alur-alur alir dan tetapkan variabel basis sedemikian rupa sehingga penetapan nilai

basis seolah-olah menggunting rangkaian lingkar menjadi terbuka.

SOAL PEMICU : G.V.Reklaitis (no. 2.27 hal 98)

Kopi instant diproduksi dengan proses pada flowsheet dibawah. Bubuk kopi dimasak dengan

cara dialiri dengan air panas pada percolator yang besar dimana material yang terlarut dalam air

akan diekstrak. Ekstrak di keringkan pada spray drier untuk mendapatkan produk dan padatan

kopi yang basah dikeringkan sebelum dibuang atau dibakar (Insinerasi). Umpan kopi

diasumsikan terdiri dari bagian terlarut, tidak larut, dan tidak ada air. Dan perbandingan masukan

yaitu 1.2lb air per 1lb kopi. Dengan perkiraan, bisa diasumsikan rasio bagian terlarut (soluble)-

dan-air dalam dua alur yang meninggalkan percolator adalah sama untuk separator dan press,

tapi tidak untuk drier.

a) Informasi yang diberikan dan komposisi yang diketahui di atas, apakah permasalahan

sudah lengkap terperinci?

b) Anggap kita tidak memerlukan alur 3, 4 dan 5 maka percolator, separator, dan mixer

dapat digabungkan menjadi sebuah “black box”. Hitunglah rasio dari bagian terlarut yang

didapat dan yang terbuang pada alur buangan.

Penyelesaian : (a).

1. Notasikan semua alur yang berhubungan dengan alat dan buat notasi setiap komponen dari

masing-masing unit.

Hubungan Pembantu :

F2 = 1,2F1 ……. (1)

Percolator Mixer SD CS Press Drier Proses Overall

- Jumlah Variable

- Neraca TTSL

- Hub spesifikasi :

*Komposisi

*Lajualir

- HubunganPembantu

8

3

0

0

2

6

2

1

0

0

4

2

1

0

0

8

3

1

0

1

8

3

2

0

2

7

3

2

0

0

26

16

4

0

5

11

3

1

0

1

DK 3 3 1 3 1 2 1 6

Maka untuk melengkapi sebagian data, di pilih unit dengan derajat kebebasan paling kecil

yaitu :

SD

- Jumlah Variable

- Neraca TTSL

- Hub spesifikasi :

*Komposisi

*Lajualir

-

HubunganPembantu

4

2

1

0

0

DK 1

Neraca massa total untuk SD:

F6 = F7 + F8 asumsi basis : F8 = 100lb

F6 = F7 + 100 ………(2)

Air : F6A = F7A + F8A

W6A.F6 = F7 + 0

F7 = W6A.F6 ………(3)

sub pers 3 ke 2

F6 = 0,65F6 + 100

0,35. F6 = 100

F6 = 285,7142lb/jam

F7 = 0,65 . 285,7142

= 185,7142lb/jam

(b). Anggap alur 3, 4 dan 5 dijadikan “black box” maka :

Derajat kebebasan untuk 3 unit (“black box”)

Black

Box

- Jumlah Variable

- Neraca TTSL

- Hub spesifikasi :

*Komposisi

*Lajualir

-

HubunganPembantu

8

3

2

1

2

DK 0

Tinjau alur F9

0,65

0,35

F6

F6

W9

W9

A

S

A

S

AS W9

0,65

0,35W9 ………(4)

W9IS + W9S + W9A = 1 Substitusikan pers (4)

0,2 + AW9

0,65

0,35 + W9A = 1

W9A = 0,52lb

W9IS + W9S + W9A = 1

0,2 + W9S + 0,52 = 1

W9S = 0,28lb

Tinjau neraca keseluruhan, masing-masing komponen TTSL

Soluble F1S= F6S + F9S

F1S= 0,35F6 + W9S . F9

F1S= 0,35 . 285,7142 + 0,28 . F9

F1S= 100 + 0,28F9 ………..(5)

Insoluble F1IS = F6IS+ F9IS

F1IS = 0 + 0,2 F9

F1IS = 0,2 F9 ………..(6)

Air F2 = F6A + F9A

F2 = W6A . F6 + W9A . F9

F2 = 0,65 . 285,7142 + 0,52 . F9

F2 = 185,714 + 0,52 . F9 ………..(7)

Neraca F1 F1 = F1S + F1IS substitusikan pers (5) dan(6)

F1 = (100 + 0,28F9) + ( 0,2F9)

F1 = 100 + 0,48.F9 …………(8)

Dari persamaan 1 diketahui :

F2 = 1,2 F1 Substitusikan pers (7) dan (8)

185,7142 + 0,52F9 = 1,2 (100 + 0,48F9)

185,7142 - 120 = 0,576F9 - 0,52F9

65,7142 = 0,056F9

F9 = 1173,4678lb

Selanjutnya ditinjau Unit Press Filter

Press

Filter

- Jumlah Variable

- Neraca TTSL

- Hub spesifikasi :

*Komposisi

*Lajualir

-

HubunganPembantu

8

3

2

1

2

DK 0

Maka neraca untuk unit ini :

F9 = F10 + F11

1173,4678 = F10 + F11

Tinjau neraca keseluruhan, masing-masing komponen TTSL

Soluble F9S = F10S + F11S

0,28 . (1173,4678) = F10S + F11S

Insoluble F9IS = F10IS+ F11IS

0,2 . (1173,4678) = 0 + 0,5F11

F11 = 469,3871

Air F9A = F10A + F11A

0,52 . (1173,4678) = F10S + F11S

Maka : F10 = F9 - F11

F10 = 1173,4678 - 463,9871

F10 = 709,4807

Maka untuk Neraca pada F10

0,052

0,28

W9

W9

W10

W10

A

S

A

S

AS W10

0,52

0,28W10

W10S + W10A = 1

AW10

0,52

0,28+ W10A = 1

1,5384615 W10A = 1

W10A = 0,65 (terbukti) maka

W10S = 0,35

Maka untuk Neraca pada F11

0,052

0,28

W9

W9

W11

W11

A

S

A

S

AS W11

0,52

0,28W11

W11A + W11IS + W11S = 1

AW10

0,52

0,28 + 0,5 + W11S = 1

W11S = 0,175

Perbandingan rasio Soluble yang di dapat dan yang terbuang pada alur buangan adalah

3

1

709,4807 . 0,35

469,9871 . 0,175

.F10W10

.F11W11

F10

F11

S

S

S

S

Kom

pone

n

Alu

r 1

Alu

r 2

Al

ur

3

Al

ur

4

Alur

5

Alur

6

Alur

7

Alur

8

Alur

9

Alur

10

Alur

11

Alur

12

Alur

13

Solu

ble

431

,12

- 328,

56

99,9

9

- 100 328,

57

248,

32

82,1

4

- 81,6

3

Insol

uble

232

,14

- - - - - 234,

69

- 234,

69

- 234,

69

Air - 795

,91

844,

89

185,

71

185,

71

- 610,

20

461,

16

152,

55

129,

25

23,8

1

T

ot

al

6

6

3

,

7

9

5

,

1

1

7

3,

2

8

5,

7

1

8

5,

7

1

0

0

1

1

7

3,

7

0

9,

4

4

6

9,

3

1

2

9,

2

34

0,

13

2

6

9

1

4

5

1 4

6

8 8 5