![S1TKCE30532018 - Azas Teknik Kimia I - Pertemuan 12 - Materi 1 [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/s1tkce30532018-azas-teknik-kimia-i-pertemuan-12-materi-1.jpg)
4 0 323 KB
MATERI PERTEMUAN 12 MATA KULIAH: AZAS TEKNIK KIMIA 1 NERACA MASSA TANPA REAKSI DENGAN SISTEM RECYCLE
Dosen: Ir. Herliati, M.T, Ph.D Copyright FTI-UJ
DEFINISI Sistem recycle adalah → sebuah sistem yang mempunyai satu atau lebih aliran yang kembali ke awal proses
Sistem recycle ini bertujuan untuk: Meningkatkan kemurnian produk Menekan biaya bahan baku (raw material cost)
Copyright FTI-UJ
Konsep Penyelesaian Neraca Massa F3 kg recycle
FF kg
F2 kg
Mixing point
Persamaan Neraca Massa di mixing point
F2 = FF + F3
Keterangan: F2 = Feed reactor yaitu umpan reactor yang merupakan gabungan dari aliran umpan segar dan aliran recycle FF = Fresh Feed yaitu umpan segar yang berasal dari reservoir/storage Copyright FTI-UJ
Evaporator-Kristalizer Dengan Recycle
Copyright FTI-UJ
Evaporator-Kristalizer F2 kg/jam H2O
FF kg/jam xFF solid (1- xFF) Liq
F1 EVAPORATOR x1 solid (1- x1) Liq F5 kg/jam x5 solid (1- x5) liq
FF = Fresh Feed FC = Filter Cake
F3 kg/jam x3 solid (1- x3) liq
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
F4 kg/jam x4 FC (1- x4 ) solution x 5 solid (1- x 5) liq
Note: di dalam solution terdapat padatan dan air
Copyright FTI-UJ
Contoh soal Pada Evaporator-Kristalizer Fresh Feed sebanyak 10.000 kg/jam dari 40% (w/w) larutan NaOH. Aliran FF bergabung dengan filtrat yang direcycle dari unit kristalizer, dan diumpankan ke evaporator dimana sebagian air dipisahkan sehingga larutan NaOH menjadi lebih pekat yaitu 50% yang kemudian diumpankan ke dalam unit kristalizer. Output kristalizer menghasilkan filter cake yang berupa 95% NaOH crystals dan 5% larutan yang terdiri dari 45% NaOH. Filtrat yang direcycle ke evaporator mengandung memiliki kandungan NaOH yang sama dengan yang terdapat di dalam larutan yang keluar dari kristalizer. a. Tentukan flow rate air yang diuapkan dari evaporator (kg/jam). b. Tentukan laju aliran recycle (kg/jam)
Copyright FTI-UJ
Basis: 1 jam operasi Maka: FF NaOH = 10.000 kg
F2 kg H2O FF, 10.000 kg F1 kg
EVAPORATOR
0,4 NaOH
F3 kg 0,5 NaOH
F5 kg Filtrat
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
F4 kg Produk 0,95 FC 0,05 solution (0,45 NaOH)
0,45 NaOH
Neraca massa Overall NaOH (0.4)(10,000) = [0.95 + (0.45) (O.O5)]F4 F4 = 4113 kg produk keluar dari kristalizer
Neraca massa Overall H2O (0.6)(10,000) = F2 + [ (0.55) (O.O5)]F4
(1)
subtitusikan nilai F4 ke pers (1); F2=5887 kg
Copyright FTI-UJ
Neraca Massa Pada Unit Kristalizer F3 kg 0,5 NaOH
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
F5 kg Filtrat
F4 kg Produk 0,95 FC 0,05 solution (0,45 NaOH)
0,45 NaOH
Komponen NaOH: 0,5 F3 = [0.95 + (0.45) (O.O5)]4113 + 0,45 F5 0,5 F3 = 4000 + 0,45 F5
(2)
Komponen H2O: 0,5F3 = (0,55)(0,05)F4 + 0,55 F5 ; subtitusikan nilai F4 = 4113 0,5F3 = 113 + 0,55 F5
(3)
Eliminasi persamaan (2) dan (3) di atas didapat; F5 = 38.870 kg aliran recycle ke evaporator
Copyright FTI-UJ
Contoh Soal 2 Fresh Feed nira 12 % bergabung dengan aliran filtrat recycle dipekatkan dalam evaporator sehingga dihasilkan larutan gula yang lebih pekat. Hasil evaporator ini diumpankan ke kristaliser, sehingga diperoleh produk dengan komposisi kristal gula 95% dan sisanya larutan yang masih mengandung padatan. Filtrat dengan komposisi yang sama dengan larutan yang keluar dari kristalizer direcycle ke evaporator. Jika output kristalizer sebanyak 12.000 kg/hari. Jika diketahui data kelarutan gula pada suhu 70 dan 25oC berturut-turut adalah 357 g/100 g H2O dan 91 g/100 g H2O. Tentukan: a. Gambar diagram proses b. Jumlah air yang menguap di evaporator (kg/jam) c. Jumlah umpan segar nira, FF (kg/jam) d. Jumlah aliran recycle (kg/jam) e. Tabel Neraca Massa
Copyright FTI-UJ
Penyelesaian FF, 100 kg F1 kg 0,12 G x1 G 0,88 H2O
F2 kg H2O
Basis = 100 kg umpan segar
F3 kg
EVAPORATOR
x3 G
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
F5 kg
x5 G Menentukan Konsentrasi x5 x5 = 91/(91+100) = 0,476
Menentukan Konsentrasi x3 x3 = 357/(357+100) = 0,781
Diperoleh diagram sbb:
FF, 100 kg F1 kg 0,12 G x1 G 0,88 H2O F5 kg
0,95 G 0,05 larutan (x5 G)
F2 kg H2O
F3 kg
EVAPORATOR
0,476 G 0,524 H2O
F4 kg
0,781 G 0,219 H2O
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
F4 kg 0,95 G 0,05 larutan 0,476 G 0,524 H2O
Copyright FTI-UJ
F2 kg H2O
FF, 100 kg F1 kg 0,12 G x1 G 0,88 H2O F5 kg
F3 kg
EVAPORATOR
0,476 G 0,524 H2O
Neraca Overall Neraca Gula 0,12 x 100 = (0,95 + 0,476 x 0,05) F4 F4 = 12/0,9738 = 12,323 (1)
0,781 G 0,219 H2O
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
F4 kg 0,95 G 0,05 larutan 0,476 G 0,524 H2O
Neraca air: 0,88 x 100 = F2 + 0,524 x 0.05 x F4 Subtitusikan nilai F4 ke persamaan (2) F2 = 88 – 0,524 x 0,05 x 12,323 F2 = 87,677 kg air yang menguap
(2)
Massa Gula di F4 = (0,95 + 0,476 x 0,05)F4 = 0,9738 x 12,323 = 12 kg Massa Air di F4 = 12,323 – 12 = 0,323 kg
Copyright FTI-UJ
Neraca Massa Pada Unit Kristalizer F3 kg F5 kg Filtrat
0,781 G 0,219 H2O
KRISTALIZER/ CENTRIFUGE
0,476 G 0,524 H2O
F4 kg Produk 0,95 FC 0,05 solution 0,476 G 0,524 H2O
Komponen Gula : 0,781 F3 = [0.95 + (0.476) (O.O5)]12,323 + 0,476 F5 0,781 F3 = 12 + 0,476 F5
(3)
Komponen H2O: 0,219 F3 = (0,524)(0,05)F4 + 0,524 F5 ; subtitusikan nilai F4 = 12,323 0,219F3 = 0,323 + 0,524 F5
(4)
Copyright FTI-UJ
Eliminasi pers. (3) dan (4) di atas; 0,781 F3 = 12 + 0,476 F5 0,219F3 = 0,323 + 0,524 F5
x 0,219 x 0,781
0,17104 F3 = 2,628 + 0,10424 F5 0,17104 F3 = 0,25223 + 0,40924 F5 0 = 2,37574 – 0,305 F5
F5 = 7,7893 kg massa aliran recycle F3 = 20,1123 Massa Gula di F3 = 0,781 x 20,1123 = 15,71 Massa Air di F3 = 20,1123 – 15,71 = 4,4023 Massa Gula di F5 = 0,476 x 7,7893 = 3,7077 Massa Air di F5 = 7,7893 – 3,7077 = 4,0816
Copyright FTI-UJ
Neraca Massa Pada Unit Evaporator F2 = 87,677 kg H2O yang menguap F3 kg
F1 kg x1 G (1-x1) H2O
Evaporator
Neraca Total: F1 = F2 + F3 F1 = 87,677 + 20,1123
0,781 G 0,219 H2O
F1 = 107, 7893 kg umpan evaporator
Massa Gula di F1 = massa gula di F3 = 15,71 kg Massa Air di F1 = 107,7893 – 15,71 = 92,0793 Fraksi gula di F1: x1 F1 = 0,781 F3 ; subtitusikan nilai F1 dan F3 x1 = (0,781)(20,1123)/(107,7893) x1 = 0,1457 Copyright FTI-UJ
Menentukan angka faktor pengali: Dengan basis 100 kg umpan segar Nira dihasilkan 12,323 kg produk keluar centrifuge Kapasitas yang diinginkan = 12.000 kg/hari (1 hari = 24 jam) = 50 kg/jam FP = 50 kg /12,323 kg = 4,05745
Copyright FTI-UJ
Tabel Neraca Massa Basis Fresh Feed 100 kg/jam EVAPORATOR Senyawa
Input
KRISTALIZER
Output
F1
F2
Input
F3
OVERALL
Output
F3
F4
Input
F5
Output
FF
F2
F4
Gula
15,7100
0
15,71
15,71
12
3,7077
12
0
12
H2O
92,0793
87,677
4,4023
4,4023
0,323
4,0816
88
87,677
0,323
Subtotal 107,789
87,677
20,112
20,112
12,323
7,7893
100
87,677
12,323
Total
107,789
107,789
20,112
20,1123
100
100
Tabel Neraca Massa dengan kapasitas 1.200 kg/hari produk EVAPORATOR Senyaw a
Input F1
KRISTALIZER
Output F2
Input
OVERALL
Output
Input
F3
F3
F4
F5
FF
Output F2
F4
Gula
63.743
0
63.743
63.743
48.689
15.044
48.689
0
48.689
H2O
373.607
355.745
17.862
17.862
1.311
16.561
357.056
355.745
1.311
Subtotal
437.350
355.745
81.605
81.605
50.000
31.605
405.745
355.745
50
Total
437.350
437.350
20.112
81.605
405.745
405.745
SOAL LATIHAN 4500 kg/jam larutan 33,3 % K2CrO4 (K) digabungkan dengan aliran recycle yang mengandung 36,36 % K2CrO4 kemudian campuran ini diumpankan ke evaporator. Konsentrasi meninggalkan evaporator adalah 49,4 % K2CrO4 , aliran ini lalu diumpankan ke kristalizer untuk dikristalkan kemudian dipisahkan dengan filter antara filtrat dan filter cake. Filter cake terdiri dari K2CrO4 kristal dan larutan yang juga mengandung 36,36 % K2CrO4 .jumlah kristal adalah 95 % dari filter cake. Filtrat yang juga mengandung 36,36 % K2CrO4 direcycle ke evaporator. Tentukan 1. Jumlah air yang menguap di evaporator 2. Jumlah output centrifuge (K2CrO4 tidak murni) 3. Jika produk yang diharapkan adalah 100 ton per hari tentukan Kebutuhan umpan kg/jam
Copyright FTI-UJ
THANK YOU
Copyright FTI-UJ
