Tugas Neraca Massa [PDF]

Citation preview

1. Konversikan: a) 42 ft2/jam ke cm3/s



42



[



ft 3 jam



0,028317 m 3 1 ft



3



][



= 330,365 cm3/s b) 25 Psig ke Psia 1 atm 14,7 Psia 25 psig 0 Psig 1atm



[



][



c) 100 btu ke hp/jam 1 hp . h 100 btu 2544,5 btu



[



]



][



1000 L 1000 cm 3 1L 1m



]



3



] [



1 jam 3600 detiki



]



= 1189314 cm3/jam



= ~ psia



= 0,039 hp.h



2. Konversikan R : 1,987



cal 1 Btu = gmol . K 251,996 cal



(



gram 274,4 K Btu =981,41 )( 453,59 ) ( ) 1lbm 1 R lbm . mol R o



o



3. Calsium Carbonat (CaCO3) digunakan untuk membuat semen, hitung jumlah lb mol carbonat dalam: a. 50 gr mol CaCO3 b. 150 kg CaCO3 c. 100 lb CaCO3 Penyelesaian : a. 50 gr [



1lbm ¿ = 0,11 lbm 453,59 gr



1lbm b. 150 kg [ 0,45359 kg ] = 330,695 lbm c. 100 lb=100lbm



4. Konversikan berapa banyak kg AgNO3 di dalam : a. 13 lbmol AgNO3 b. 55 gmol AgNO3 Penyelesaian : Senyawa Ag N O



BM 107,8 14 16



Jadi, BM AgNO3 = 169,8 lbmol/lb M =n x BM = 13 lbmol x 169,8 lb / lbmol=2207,4 lb



Jadi, 2207,4 lb = [0,45359 kg/ 1 lb] = 1001,2 kg a.



M =n x BM = 55 gmol x 169,8 g/mol ¿ 9339 gram 1 kg 9339 gram=[ ] Jadi, 1000 gram =9,339 kg



g



Tugas No.5 SYEVIA MARETHA PUTRI 1015041067 Asam posferit digunakan untuk membuat pupuk, dan juga digunakan untuk bahan pembuat rasa minuman dalam 10% asam berat. As PO5 s.g= 1,10 tentukan: a. Fraksi mol dari campuran b. Volume dalam galon dari cairan tersebut yang mengandung 1 grmol H3PO4. Hitung volume dalam galon dan cairan tersebut Penyelesaian: Basis : 100kg H3PO4 : 10% Water : 90% H3PO4 : 10% x 100 kg = 10 kg BM H3PO4 : H =1 P=30,97 O=16 Maka BM H3PO4 : 97,97 Asumsi ada 100 kg larutan campuran untuk membuat pupuk, maka ada 10 kg H3PO4 dan ada 90 kg air. Untuk mendapatkan fraksi mol dalam massa per volume (densitas) maka menggunakan informasi s.g (spesifik gravity) larutan tersebut. ϸ larutan = s.g larutan x ϸ air = 1,10 x 1,0 g/ cm3 = 1,10 g larutan/ cm3 = maka untuk mendapatkan konsentrasi H3PO4 larutan =



10 kg H 3 PO 4 1000 kg larutan



x



1,10 g larutan x cm3



1 kg 1000 g x



1000 cm 1 liter



= 0,01 x 1,10 x 1.10-5 x 1000 = 0.011



kg H 3 PO 4 Liter larutan



Massa = 0,011 kg H3PO4 n=



gr BM 97,97



n=



kg mol



¿ 0,011 kg/liter larutan ¿



n= 1,12 x 10-4 mol/liter larutan



penyelesaian B ϸ=



1,10



m v gr larutan x cm3



1 kg 1000 g



x



1000 cm 3 1 liter



= 1,1 kg/ liter = 0,011 kg/ v V= 0,011 kg/ 1,1 kg per liter = 9,975 x 10-3 liter



x



0,011 kg/larutan v



6. Densitas dari sebuah cairan pada 20oC adalah 1500 Kg/m3. a). Berapa s.g. dari material tersebut pada 20oC/4oC. b). Berapa volume dalam ft3 dari material tersebut yang punya massa 140 lbm pada 20oC. Penyelesain : a).



ρcairan yang diketa h ui pada 20 C =1500 o



ρair pada4 C =1000 o



kg m3



kg m3



20 o C s.g cairan yang dicari = 0,73 4 o C kg m3 kg 1000 3 m 1500 = 0,73



= 1,095 b). Massa = 140 lbm = 63,5026 kg V=



m 63,5026 Kg = =0,0423 m3 =1,4805 ft 3 ρ 1500 Kg/m3



7. Dalam pembuatan alkohol yang dilakukan oleh mikroorganisme. Konsentrasi dari gula sampai terbentuk alkohol dan juga s.g. disesuaikan untuk mendapatkan kualitas produk yang diinginkan. Larutan awal s.g.nya 1,075 dan 12,7% berat gula. Jika seluruh dari gula diasumsikan terdiri dari C12H22O11. Tentukan a. kg gula / kg H2O b. lb larutan / ft3 larutan c. gr gula / l larutan Penyelesaian



Reaksi C12H22O11 + H2O



4 C2H6O + 4 CO2



a. asumsi massa masuk 1000 kg massa gula = 0,127 x 1000 kg = 127 kg Massa air = 127 =0,37 n gula = 342 n air =



1 0,37=0,37 1



massa = 0,37 x 18 = 6,66 kg massa gula/massa air = 6,66 kg / 127 kg = 0,052 kg b.



ρ larutan=sg larutan x ρ air



ρ larutan=1,75 x 62,4



lb ft 3



lb ft 3



ρ larutan=109,2



c.



(



127 kg gula 1,75 g 1000 kg cm3



)(



)(



1000 gr 1 kg



)(



1000 cm3 gr =222250 1L L



)



8. Campuran n-butana, n-heksana, n-pentana terdiri dari komposisinya: n-C4H10



50%



n-C5H12



30%



n-C6H14



20%



Hitung fraksi berat, fraksi mol, dan % mol masing-masing komponen dan juga hitung BM ratarata dari campuran ! Misalkan basis 100 kmol Komponen n-C4H10 n-C5H12 n-C6H14 Total 



Massa n-C4H10



% mol 50 30 20



Mol (kmol) 50 30 20 100



BM (kg/kmol) 58 72 86



= mol n-C4H10 x BM n-C4H10 = 50 kmol x 58 kg/kmol



Massa (kg) 2900 2160 1720 6780



= 2900 kg 



Massa n-C5H12



= mol n-C5H12 x BM n-C5H12 = 30 kmol x 72 kg/kmol = 2160 kg











Massa n-C6H14



= mol n-C6H14 x BM n-C6H14 = 20 kmol x 86 kg/kmol = 1720 kg



Fraksi Mol n-C4H10 =







mol n−C 4 H 10 × 100 mol total =



massa n−C 4 H 10 ×100 massa total



50 ×100 100



=







n-C5H12 =



30 ×100 100



=







n-C6H14 =



n-C6H14 = massa n−C 6 H 14 ×100 massa total



mol n−C 6 H 14 ×100 mol total =



2160 ×100 6780



= 31,9%



= 30% 



n-C5H12 = massa n−C 5 H 12 ×100 massa total



mol n−C 5 H 12 ×100 mol total =



2900 ×100 6780



= 42,8%



= 50% 



Fraksi Berat n-C4H10 =



20 ×100 100



=



1720 ×100 6780



= 25,3%



= 20%



BM rata-rata campuran gas =



=



total berat campuran gas total mol campuran gas 6780 kg 100 kmol



= 67,8 kg/kmol



9. Kapasitas panas spesifik dengan persamaan Cp= 20,869+5,293x10-2T, dimana Cp dalam Btu/lbmol 0F. konversikan kapasitas panas spesifik tersebut menjadi cal/gmol.k dengan T= 320C. Dik : T=320C T= [(1,8x320C)+32]0F T= 89,60F Cp= 20,869+5,293x10-2T Cp= 20,869+5,293x10-2(89,60F) Cp= 25,61 btu/lbmol. 0F Cp= 25,61 cal/gmol. 0C 25,61 cal Cp=[ gmol . 0C



10 C ] [ 10 C+ 273 K ¿



= 0,0934 cal/gmol.K



10. Tangki penyimpanan pelarut memiliki tinggi 15 meter yang menyimpan cairan stirena dengan spesifik gravity 0,909. Tekanan gauge fix pada bawah tangki untuk menunjukkan tingkat stirena. a) Tentukan tekanan gauge jika tangki penuh b) Jika tangki digunakan untuk menyimpan cairan heksana dengan spesifik gravity 0,659. Apakah tekanan gauge yang sama dapat dipakai? Apa resikonya jika menggunakan kalibrasi yang sama c) Tekanan akan menjadi berapa pada heksana jika tangki penuh? Penyelesaian : a) ρ = s.g. x ρ air = 0,909 x 1 = 0,909 g/cm3 P (gauge)



=ρxgxh = 0,909 g/cm3 x 980 cm/s2 x 1500 cm [ 2



= 133,623 g/cm.s x



= 19,38 Psia



b) ρ = s.g.(heksana) x ρ air = 0,659 x 1 = 0,659 g/cm3



P (gauge)



=ρxgxh



[



1 psia g 6,894 x 10 cm. s 2



]



4



]



6,89476 x 103 Pa =133620,44 Pa 1 psia



133.620 = 0,659 g/cm3 x 980 cm/s2 x h = 20,63 m Tekanan gauge yang sama tidak dapat dipakai, karena spesifik gravity nya berbeda sehingga densitasnya pun berbeda didapat tekanan yang berbeda pula. Resikonya adalah tangki mudah bocor. c) Untuk menyimpan heksana di dalam tangki, maka : ρ = s.g. x ρ air = 0,659 x 1 = 0,659 g/cm3 P (gauge) = ρ x g x h = 0,659 g/cm3 x 980 cm/s2 x 1500 cm = 96,873 g/cm.s2 =



96,873 g/cm . s 2 6,89476 x 104 g/cm . s 2



= 140.502, 35 psia x 6,89476 x 103 = 96872,998 Pa



11. Gypsum (CaSO4 2H2O) dihasilkan dengan reaksi dari kalsium karbonat (CaCO3) dengan asam sulfat (H2SO4). Dengan analisa batu kapur memiliki komposisi sebagai berikut : CaCO3 = 96.89% MgSO4 = 1.41% Inert = 1.70% Untuk 5 ton batu kapur yang direaksikan, tentukan : a. Banyaknya anhidros gypsum yang diperoleh jika reaksi sempurna! b. Banyaknya cairan asam sulfat (H2SO4) dalam 98% berat yang dibutuhkan! c. Banyaknya karbondioksida (CO2) dalam massa (Kg) yang dihasilkan! BM masing-masing komponen : CaCO3 = 100.1



MgCO3 = 84.32



H2SO4 = 98



CaSO4 =136



MgSO4 = 120



H2O = 18



CO2 = 44



Reaksi 1.



CaCO3 + H2SO4







CaSO4 + H2O + CO2



Reaksi 2.



MgSO4 + H2SO4







MgSO4 + H2O + CO2



Penyelesaian. Diketahui :



Massa kapur



Reaksi 1.



CaCO3 + H2SO4







CaSO4 + H2O + CO2



Reaksi 2.



MgSO4 + H2SO4







MgSO4 + H2O + CO2



= 5ton



= 5000Kg Komposisi : CaCO3



= 96.89%



Massa CaCO3



= 5000Kg x 96.89% = 4844.5 Kg



Mol CaCO3



= Massa CaCO3 / Mr CaCO3 = 4844.5 Kg/100.1 =48.3966 Kmol



MgSO4 = 1.41% Massa MgSO4



= 5000Kg x 1.41% = 70.5 Kg



Mol MgSO4



= Massa MgSO4 / Mr MgSO4 = 70.5 Kg / 120 = 0.5875 Kmol



Inert



= 1.70%



Massa Inert



= 5000Kg x 1.70%



Ditanya : a. Banyaknya anhidros gypsum yang diperoleh jika reaksi sempurna! b. Banyaknya cairan asam sulfat (H2SO4) dalam 98% berat yang dibutuhkan! c. Banyaknya karbondioksida (CO2) dalam massa (Kg) yang dihasilkan! Jawaban : a. Banyaknya anhidros gypsum (CaSO4) yang diperoleh jika reaksi sempurna Reaksi : CaCO3



+ H2SO4







M



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







R



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







48.3966Kmol



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







48.3966 Kmol



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol



S



-



-



Jadi, banyaknya CaSO4 yang terbentuk adalah :



CaSO4 -



+ H2O -



+ CO2 -



Mol CaSO4 yang terbentuk x BM CaSO4 = 48.3966 Kmol x 136 = 6581.9376 Kg b. Banyaknya cairan asam sulfat (H2SO4) dalam 98% berat yang dibutuhkan! Reaksi : CaCO3



+ H2SO4







M



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







R



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







48.3966Kmol



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







48.3966 Kmol



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol



S



-



-



CaSO4 -



+ H2O -



+ CO2 -



Asam Sulfat (H2SO4) yang dibutuhkan adalah =Mol H2SO4 x BM H2SO4 = 48.3966 Kmol x 98 = 4742.8668 Kg c. Banyaknya karbondioksida (CO2) dalam massa (Kg) yang dihasilkan! Reaksi 1 : CaCO3



+ H2SO4







M



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







R



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol







48.3966Kmol



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol



S



-







48.3966 Kmol



48.3966 Kmol



48.3966 Kmol



+ H2O



+ CO2



-



CaSO4 -



+ H2O -



+ CO2 -



H2O yang terbentuk dari reaksi 1 adalah sebesar 48.3966 Kmol Massa H2O



= 48.3966 Kmol x 44 = 2129.45 Kg



Reaksi 2 : MgCO3



+ H2SO4







M



0.5875 Kmol



0.5875 Kmol







R



0.5875 Kmol



0.5875 Kmol







0.5875 Kmol



0.5875 Kmol



0.5875 Kmol







0.5875 Kmol



0.5875 Kmol



0.5875 Kmol



S



-



-



MgSO4 -



-



-



H2O yang terbentuk dari reaksi 2 adalah sebesar 0.5875Kmol Massa H2O



= 0.5875Kmol x 44 = 25.85 Kg



Jadi, Massa H2O total adalah : = 2129.45 Kg + 25.85 Kg = 2155.3 Kg



12. Sintesa amonia dari reaksi berikut



N 2+ 3 H 2 →2 NH 3 jika 4202 lb N , 1046 lb H sebaagai 2 2



umpan reaktor/jam. Amoniak yang dihasilkan dari reaksi tersebut 3060 lb/jam. Hitung: a. Reaktan pembatas b. % reaktan sisa c. % konversi berdasarkan reaktan pembatas Penyelesaian: =



4202 =150,07 28



=



1046 =523 2



mol NH3 =



3060 =180 17



mol N2 mol H2



N 2+ 3 H 2 →2 NH 3



M



150,07



523



-



B



90



450



180



S



60,07



73



180



a. Reaktan pembatas adalah N2 b. % reaksi sisa: 73 x 100 =16,2 450,21



c. % konversi reaktan pembatas



=



=



jumlah mol yang bereaksi jumlah mol yang masuk



x 100%



90 x 100 150,7



= 59,97 %



TUGAS NO. 13 5 lb bismut (Bi) BM 209 dipanaskan dengan 1 lb Sulfur untuk membentuk Bi2S3 dengan BM 514. Pada akhir reaksi massa reaksi 2 Bi + 3 S → Bi2S3 Tentukan : a. Reaktan pembatas b. % Reaktan sisa c. % konversi dari sulfur menjadi Bi2S3 Jawab a. 2 Bi + Mula-mula 0,024 Reaksi 0,024 %) 0,020



3 S → Bi2S3 0,031 0,036



(Stoikiometri 1 dgn konversi 100



0,031 0,010 (Stoikiometri 2 dgn konversi 100 %)



Maka reaksi pembatas adalah sulfur dan yang berlebih bismut



2 Bi + 0,024 2/3.0,031x



Mula-mula Reaksi Sisa b.



0,031 –



3 S → Bi2S3 0,031 0,031x 0,05(0,031x)



0,031 x 0,031 0,031



= 0,05 (0,031 x) = 0,00155 x + 0,031 x = 0,03255 x



X



=



0,031 0,03255



= 0,95 = 95% 2 Bi + 0,024 0,019 0,005



Mula-mula Reaksi Sisa



% Reaktan sisa



= =



3S 95% 0,031 0,02945 0,00155



Bi2S3 0,0098 0,0098



ƩReaktan Sisa ƩReaktan Pembatas



0,00155+ 0,005 0,031



= 0,211 x 100 % = 21,1 % c. Konversi sulfur menjadi Bi2S3



1 3



.



0,02945 =31,67 0,031



TUGAS NO. 12 Sintesa Amonia dari reaksi berikut N2 + 3H2 → 2NH3 Jika 4202 lb N2 sebagai umpan reaktor/jam. Produksi amonia yang dihasilkan 3060 lb/jam. a. Hitung reaktan pembatas b. Hitung % reaktan sisa c. Hitung % reaksi berdasarkan reaksi pembatas Jawab n N2



=



4202lb =150,07lbmol 28 lb/lbmol



n H2



=



1046 lb =523 lbmol 2 lb/lbmol



n NH3



=



3060 lb =180lbmol 17 lb/lbmol



a. N2 Mula-mula Reaksi



+



150,07



150,07



3H2 →



2NH3 523



(Data reaktan mula-mula)



450,21



(Stoikimetri 1 dengan konversi 100



%) 174,33



523



(Stoikimetri 2 dengan konversi 100 %)



Yang dijadikan reaktan pembatas adalah N2 dan yang berlebih adalah H2. b. . % Reaktan sisa



=



523−450,21 x 100 450,21



= 16,17 % c. 180 NH3 membutuhkan



1 x 180=90 N 2 2



Jadi % konversi N2 → 2NH3



=



90 x 100 150,7



= 59,97 %