![1926S1TKCE30532018 - Azas Teknik Kimia I - Pertemuan 9 - Materi Tambahan [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/1926s1tkce30532018-azas-teknik-kimia-i-pertemuan-9-materi-tambahan.jpg)
4 0 310 KB
MATERI PERTEMUAN 9 MATA KULIAH: AZAS TEKNIK KIMIA 1 PEMBAHASAN UTS
Dosen: Ir. Herliati, M.T, Ph.D Copyright FTI-UJ
SOAL 1 Sebuah proses ingin memisahan senyawa CO2 dari Campuran gas Etilen (C2H4), H2, dan CO2 menggunakan alat Absorber. Umpan gas masuk dari dasar menara absorber terdiri dari 11% CO2 (% mol) yang merupakan senyawa yang akan diserap. Digunakan solven MEA untuk menyerap solut yang mengalir berlawanan arah dengan campuran gas, dimana hampir semua solut terlarutkan namun tidak sama sekali komponen lainnya. Perbandingan mol solven terhadap umpan gas adalah 1.5:1. Tidak ada MEA cair yang masuk ke kolom yang menguap dan meninggalkan puncak kolom. Gas yang meninggalkan kolom terdiri dari 2% CO2. Solven yang mengikat solute keluar dari dasar kolom Tentukan: a.Diagram proses untuk basis 100 kmol umpan gas. b.Buatkan tabel neraca jika ingin dihasilkan 1.210 kg/jam CO2 yang keluar dari bottom absorber yang terlarut dalam solven. (note: untuk alat tanpa reaksi kimia maka neraca mol = neraca massa)
Petunjuk!! 1. Gunakan Neraca Total 2. Gunakan neraca C2H4 +H2 3. Gunakan Neraca MEA
Basis 100 kmol umpan gas Maka: MEA umpan (M) = 150 mol
V2 kmol 0,02 CO2 0,98(C2H4+H2)
F2 =150 kmol M
Neraca Total: 100 + 150 = V 2 + L 1 250 = V 2 +L 1 (1) Neraca C2H4 +H2 : 0,89 x 100 = 0,98V 2 V 2 = 90,8163 Subtitusikan V 2 ke (1) → L 1 = 159,1837
Absorber
Neraca MEA: 150 = (1-x 1)L 1 (2) Subtitusikan nilai L 1 ke (2) x 1 = 0.05769
F1= 100 kmol CH 0.89 ቊ 2 4 H2 0,11 CO2
Menghitung Massa CO2: Massa CO2 pada outlet bottom kolom = x 1 .L 1 = 0,05769 x 159,1837 = 9,1833 kmol = 404,0652 kg CO2 yang dapat diabsorb Menghitung Mol CO2 di puncak kolom CO2 = 11 – 9,1833 = 1.8167 kmol
L 1 kmol (Solven + Solut) x1 CO2 (1-x1) M
Tabel Neraca Massa Dengan Basis Umpan Absorber 100 kmol Gas/jam Input
Senyawa
Output
F1
F2
V2
L1
kmol
kmol
kmol
kmol
C2H4 +H2
89
0
89
0
CO2
11
0
1,8167
9,1833
MEA
0
150
0
150
100
150
SUB TOTAL
TOTAL
F1+F2 = 250
90,8167 159,1833
V2+L1 = 250
Menentukan angka faktor pengali: Dengan basis 100 kmol umpan Gas dihasilkan 9,1833 kmol x 44 kmol/kg =404.0652 kg CO2 Kapasitas yang diinginkan = 1.210 kg/jam CO2 FP = 1.210 kg /404.0652 kg = 2,9946
Tabel Neraca Massa Dengan Kapasitas 1.210 kg CO2/jam Input Senyawa
C2H4 +H2 CO2 MEA SUB TOTAL TOTAL
Output
F1
F2
V2
L1
kmol
kmol
kmol
kmol
266,5194
0
266,5194
0
32,9406
0
5,4402898
27,5003
0
449,19
0
449,1900
299,46
449,19
271,95969
476,6903
F1+F2 =
748,65
V2+L1 =
748,65
SOAL 2 Syn gas (utamanya merupakan campuran CO dan H2) adalah diperoleh dengan reaksi katalitik gas metana dengan steam pada temperatur tinggi dan tekanan atmosfir dengan reaksi steam reforming sebagai berikut: CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g) (1) selain itu terjadi reaksi samping yang disebut dengan water-gas shift reaction sbb: CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2 (g) (2) Jika reaktan yang disuplay ke reaktor terdiri dari steam dan metana dengan perbandingan 2:1, dimana metana habis bereaksi dan selektivitas mol CO terhadap mol CO2 adalah 6,692. Tentukan: a. Komposisi produk keluar reaktor (% mol) dengan basis 100 kmol steam umpan reaktor. b. Tabel neraca massa untuk kapasitas produksi H2 1.200 kg/jam.
Reaksi: CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g) CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2 (g)
Basis perhitungan umpan : 100 kmol CH4 50 kmol H2O
Proses Diagram 50 kmol CH4 100 kmol H2O
(1) (2)
REAKTOR
Dari Informasi soal: Metana habis bereaksi Selectivity = CO/CO2 = 6,692
P1 kmol CH4 P2 kmol H2O P3 kmol H2 P4 kmol CO P5 kmol CO2
Susun persamaan aljabar untuk menentukan Mol masing-masing senyawa pada akhir reaksi sbb:
P1 = nCH4 = 50 – 1 (1) P2 = nH2O = 100 – 1 – 2 (2) P3 = nH2 = 3 1 + 2 (3) P4 = nCO = 1 - 2 (4) P5 = nCO2 = 2 (5) Gunakan informasi yang diketahui dari soal untuk menyederhanakan persamaan2 yang dibuat.
CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g) CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2 (g)
(1) (2)
Selesaikan persamaan2 yang dibentuk dengan metode eliminasi atau subtitusi.
Selanjutnya akan ditentukan nilai 1 dan 2 dengan menggunakan informasi konversi dan selectivity
Menentukan 1 : menggunakan informasi konversi CH4 sempurna, maka tidak ditemukan CH4 pada output dengan kata lain P1= 0 kmol CH4 ; subtitusikan P1 ke persamaan (1) 0 = 50 – 1 maka 1 = 50 Menentukan 2 Sesuaikan dengan persamaan aljabar di atas: selectivity = P4/P5 ; subtitusikan persamaan (4) dan (5) 6,692 = ( 1 - 2)/ 2 subtitusikan nilai 1 Maka: 6,692 = (50 - 2)/ 2 2 = 6,5003 Subtiitusikan nilai 1 dan 2 ke persamaan (1) sampai (5), akan diperoleh:
P1 = 50 – 50 = 0 kmol CH4 sisa P2 = 100 - 50 - 6,5003 = 43, 4997 kmol H2O sisa P3 = 3 x 50 + 6,5003 = 156,5003 kmol H2 hasil reaksi P4 = 50 - 6,5003 = 43,4997 kmol CO hasil reaksi P5 = 6,5003 kmol CO2 hasil reaksi
Menentukan angka faktor pengali: Dengan basis 100 kmol umpan H2O dihasilkan 156,5003 kmol H2 Kapasitas yang diinginkan = 1.200 kg/jam H2 = 600 kmol/jam FP = 600 kmol /156,5003 kmol = 3,8338
Reaksi: CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2(g) CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2 (g)
(1) (2)
Diagram Proses P1 = 0 kmol CH4 sisa P2 = 43,048 kmol H2O sisa P3 = 156,952 kmol H2 hasil reaksi P4 = 43,048 kmol CO hasil reaksi P5 = 6,952 kmol CO2 hasil reaksi
50 kmol CH4 100 kmol H2O
Tabel Neraca Massa Dengan Basis Umpan Reaktor 100 kmol Steam / jam Senyawa
BM
CH4
Input
Output
% mol
kmol
kg
kmol
kg
16
50
800
0
0
0
H2O
18
100
1800
43,4997
783
17,4 %
H2
2
0
156, 5003
313
62,6%
CO
28
0
43,4997
1218
17,4%
CO2
44
6,5003
286
2,6%
250
2600
100%
TOTAL
150
2600
Tabel Neraca Massa Dengan kapasitas produksi H2 1200 kg/jam
Input
Output
Senyawa
BM
CH4
16
191,5
30640
H2O
18
383
6894166,605
2998,95
17,4 %
H2
2
0
599,395
1198,79
62,6%
CO
28
0
166,605
4664,94
17,4%
CO2
44
24,895
1095,38
2,6%
9958
100%
TOTAL
kmol
574,5
Kg
9958
kmol
kg 0.000
957,5
% mol 0
