bahan ajar neraca massa mtk ii

8/16/2019 Bahan Ajar Neraca Massa Mtk II

1/25

LAPORAN PELATIHAN

APPLIED APPROACH (AA)

BAGI DOSEN UNIVERSITAS DIPONEGORO

(Tanggal: 18-22 Me 2!1")

MATA #ULIAH : MATEMATI#A TE#NI# #IMIA II

Ole$

An%& Ca$' # * & + ST+ MT+ P$D

P& % , & .an: Sa&/ana Te0n 0 # * a,Te0n 0 # * a

LEMBAGA PENGEMBANGAN DAN PEN AMINAN MUTU PENDIDI#AN

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2!1"


2/25

POKOK BAHASAN: NERACA MASSA

I. SUB POKOK BAHASAN: NERACA MASSA PADA SISTEM BATCH

1. PENDAHULUAN

A. Deskripsi singkat

Sub Pokok Bahasan ini mencakup pembelajaran mengenai peneracaan

massa dan aliran massa total dan komponen yang terjadi di dalam

proses batch, baik yang hanya merupakan proses fisika maupun proses

yang disertai reaksi kimia.

B. Relevansi

Sub Pokok Bahasan ini berkaitan dengan pengalaman mahasis a

dalam kehidupan sehari!hari, baik sebagai individu maupun bagian dari

masyarakat. "akta bah a bahan bakar sepada motor dalam tangki

penyimpan akan habis setelah sepeda motor digunakan selama aktu

tertentu merupakan pengalaman harian yang selalu dijumpai. #imbulnya

timbunan sampah yang menggunung jika setiap keluarga menghasilkansampah tanpa ada yang membuang$memusnahkan merupakan

fenomena social yang rutin terjadi. Sub Pokok Bahasan ini sangat terkait

dengan mata kuliah lain yang memerlukan analisis neraca massa,

seperti perancangan reactor, fermentor, pengisian$pengosongan tangki,

distilasi dan absorpsi, dll. Di dunia kerja, Sub Pokok Bahasan ini sangat

berkaitan dengan peran sarjana teknik kimia dalam pembelian bahan

baku$penjualan produk %purchase$sales&, troubleshooting/problem

solving peralatan industry kimia, pengolahan limbah industry kimia sertaperancangan alat proses kimia.

'. (ompetensi

'.).Standar (ompetensi

*emahami konsep neraca massa dan menerapkannya dalam

pemecahan soal dan permasalahan di industri yang relevan.

'.+. (ompetensi Dasar

a. *emahami jenis sistem proses


3/25

b. *enyusun neraca massa total pada proses batchc. *enyusun neraca massa komponen pada proses batch tanpa

reaksi kimiad. *enyusun neraca massa komponen pada proses batch dengan

reaksi kimia

D. Petunjuk Belajar

Dalam perkuliahan ini, beberapa metode akan diterapkan yaitu

ceramah, pemutaran video, tanya ja ab, dan diskusi. *etode ceramah,

pemutaran video dan tanya ja ab akan digunakan dalam penyajian

materi. Sedangkan untuk meningkatkan pemahaman materi, mahasis a

dibagi menjadi beberapa kelompok untuk belajar dalam kelompoknya.

Selain mahasis a diberi soal!soal latihan untuk diselesaikan secara

individu, ada pula soal yang diberikan untuk dikerjakan dengan

berdiskusi bersama teman!teman dalam kelompoknya.

2. PENYAJIAN

A. raian -si dan 'ontoh Penerapannya

Pengertian a!!a "an #e#era$a i!ti%a& t'r'nann(a

*assa merupakan ukuran banyaknya materi yang dikandung oleh suatu

benda. Satuan massa adalah gram, mol, kilogram, kilomol dll.

(umpulan massa yang menempati ruang dengan volum tertentu disebut

sebagai konsentrasi. leh karena itu satuan konsentrasi adalah gram$/,

mol$ / atau molar, dll.

Densitas menunjukkan kerapatan massa suatu benda dalam volum

yang dimilikinya, sehingga satuan densitas adalah g$/, g$m/ dll.

Pemutaran Video: Mass, concentration and density

Pertanyaan: Apa perbedaan konsentrasi dan densitas?

Jeni! Si!te Pr)!e!

Dalam praktik, terdapat dua sistem proses yang mungkin terjadi, yaitu0


4/25

). Sistem #ertutup, didefinisikan sebagai suatu sistem yang mana tidak

terdapat massa yang mele ati$mengalir melalui sistem tersebut

selama analisis sistem dilakukan.+. Sistem #erbuka, didefinisikan sebagai suatu sistem yang mana

terdapat massa yang mele ati$mengalir melalui sistem tersebut

selama analisis sistem dilakukan.

Pemutaran Video: 'losed and pen Systems in 'hemical Processes

Pertanyaan: Bagaimana jika aliran massa hanya masuk saja menuju

system atau hanya keluar saja dari suatu sistem1

Nera*a Ma!!a

2eraca massa dilakukan dengan menerapkan 3ukum kekekalan *assa,

bah a 4*assa itu kekal, massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat

dimusnahkan4

Dalam teknik kimia, hukum kekekalan massa dapat dinyatakan dengan

persamaan yang lebih operasional. Pada suatu sistem yang tidak

melibatkan reaksi kimia, neraca massa dapat dituliskan sebagai0

-nput ! utput 5 Akumulasi %)&

6ika dinyatakan sebagai aliran massa per satuan aktu, maka

persamaan %)& dapat dituliskan sebagai0

/aju alir -nput 7 /aju alir utput 5 /aju Akumulasi %+&

2eraca massa dilakukan terhadap massa keseluruhan %total& dan massa

komponen tertentu di dalam sistem yang ditinjau. 6ika tidak ada

perubahan dari satu komponen menjadi komponen lain, maka massa

tiap komponen juga tetap0

Berapa jumlah neraca massa yang diperlukan?

Bila dalam suatu sistem terdapat 2 buah komponen, maka jumlah

neraca massa yang bisa dituliskan adalah0

) neraca massa total 8 %2!)& neraca massa komponen atau


5/25

2 neraca massa komponen

Si!te "engan rea+!i +i ia

Sebagai akibat dari terjadinya reaksi kimia, maka suatu komponen akan

berubah menjadi komponen lain selama analisis system dilakukan.

Dengan demikian, maka neraca massa komponen A harus dirumuskan

sebagai0

/aju alir -nput komponen A ! /aju alir utput (omponen A 8 laju

pembentukan komponen A ! laju konsumsi komponen A 5 /aju

Akumulasi komponen A %9&

Pada keadaan steady state %tunak&, maka nilai akumulasi 5 :.

Pe i%i&an !i!te

Sistem adalah suatu unit yang mana neraca massa, neraca panas atau

neraca momentum akan dilakukan padanya. Sistem dapat berupa suatu

alat atau suatu inkremen volum yang merupakan segmen atau bagian

kecil dari suatu alat. 2eraca massa dapat dilakukan pada keseluruhan

alat, jika konsentrasi dan$atau suhu pada seluruh bagian alat bersifat

seragam. Sebaliknya, jika suhu dan$atau konsentrasi bervariasi pada

satu bagian dengan bagian lain pada suatu alat, maka neraca massa

atau panas harus dikenakan dengan meninjau suatu elemen volum.

Pr)!e! Bat*&

Proses batch didefinisikan sebagai suatu proses yang tidak terdapat

aliran massa masuk dan aliran massa keluar. Bahan hanya dimasukkan

sekali saja pada a al proses, dan kemudian hasil proses dikeluarkan

setelah jangka aktu tertentu.

Diskusi kelompok: Carilah contoh proses yang ber alan secara batch!


6/25

V CA

Analisis "eraca Massa Pada Proses #anpa $eaksi %imia

Pemutaran Video: Sebuah alat pencampur pada industri minuman

Persamaan utama pada proses batch akan berubah menjadi0

dM dt

= d (V × ρ)dt

= 0

6ika sistem berlangsung isothermal, maka nilai ρ adalah selalu tetap.leh karena itu, persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi0

dV dt

= 0

%;&

"eraca massa komponen A

/aju alir -nput komponen A ! /aju alir utput (omponen A 5 /aju

Akumulasi komponen A

) 7 : 5d M A

dt

(arena massa komponen A merupakan hasil perkalian antara volum

dengan konsentrasi komponen A dalam campuran, maka persamaan di

atas dapat ditulis menjadi0

"eraca massa total

/aju alir -nput 7 /aju alir utput 5 /aju Akumulasi

0 7 : 5dM dt

dM dt 5 :

%


7/25

V

ka dalam suatu system terjadi reaksi kimia, misalnya isomerisasi senyawa A menjadi senyawa B, maka akan terjadi perubahan kons

d M A

dt =

d (V × C A )dt 5 :

Dari hasil analisis neraca massa total diperoleh kesimpulan bah adV dt

= 0 , oleh karena itu persamaan di atas dapat disederhanakan

menjadid C A

dt = 0 .

%=&

Pertanyaan: Apa maksud dari pernyataan bah ad C A

dt = 0 1

Analisis "eraca Massa Pada Proses Dengan $eaksi %imia

Pemutaran Video: Sebuah reactor untuk reaksi isomerisasi >ylene

a. 2eraca massa total %sama dengan proses tanpa reaksi kimia&b. 2eraca massa komponen A





8/25

: 7 : 7 : 7 k&C A&V 5d M A

dt

d M Adt = d (V ×C

A)dt 5 7 k&C A&V

Dari hasil analisis neraca massa total diperoleh kesimpulan bah a

dV dt


menjadid C A

dt =− k . C A

%?&

B. /atihan Dan #ugas

Agar mahasis a dapat lebih memahami konsep dan mampu

menerapkan neraca massa, maka latihan!latihan berikut diberikan di

dalam kelas0

). Susunlah neraca massa total untuk system yang berupapencampuran secara batch suatu larutan A yang mempunyai

densitas % ρ A, g$/& dan volum %@ A, /& dengan larutan B yang

mempunyai densitas % ρ ' , g$/& dan volum %@B, /&. Proses

pencampuran berlangsung pada suhu tetap %isothermal& dan system

bersifat ell!mi>ed %tercampur sempurna& sehingga sifat fisika dan

kimia bahan!bahan yang terlibat di dalamnya seragam di

keseluruhan system. %dilakukan secara individual selama ): menit

kemudian dibandingkan dengan hasil ja aban teman sebelahnya

dan didiskusikan selama ): menit&+. Sebanyak A liter senya a A yang mula!mula berjumlah ; mol

direaksikan dengan B liter senya a B yang mula!mula berjumlah )

mol dalam reactor berpengaduk isothermal yang bekerja secara

batch. (etika kedua senya a bercampur, volum totalnya adalah

liter. /aju reaksi antara senya a A dengan senya a B dapat

dinyatakan sebagai 7r A 5 k.' A.' B dengan tetapan laju reaksi adalah

k, %/iter +$mol.menit&. Susunlah neraca massa total, neraca massa


9/25

senya a A dan neraca massa senya a B jika persamaan reaksinya

adalah0 +A 8 B '. %dikerjakan secara berkelompok

beranggotakan

Sedangkan untuk melatih mahasis a bekerja secara #im %kelompok&

dengan lebih intensif dalam aktu yang cukup lama, maka diberikan

tugas/peker aan rumah secara berkelompok untuk menyelesaikan

permasalahan berikut0

Sebanyak liter larutan yang mula!mula mengandung ):: gram

glukosa difermentasi dengan + gram ragi (accharomices cereviceae

%S'& dalam fermentor isothermal yang bekerja secara batch. Ragi

dianggap dapat larut sempurna di dalam larutan glukosa. /aju reaksi

fermentasi glukosa oleh ragi dianggap mengikuti model *onod sebagai

− r G=− dC G

dt = k

C GC G+C CS dengan tetapan laju reaksi adalah k,

%mol$/.menit&. Susunlah neraca massa total, neraca massa glukosa dan

neraca massa etanol jika persamaan reaksinya adalah0

lukosa 8 S' Ctanol 8 Cnergi.

,. PENUTUP

A. Cvaluasi "ormatif

). *ahasis a diminta untuk mengerjakan uiE selama ): menit+. *ahasis a mengumpulkan ja aban mereka

B. mpan Balik

). *ahasis a diberi pertanyaan yang bertujuan untuk mengingatkembali materi perkuliahan yang baru saja diberikan dan

didiskusikan.+. *ahasis a diminta untuk mencoba mencari ja aban yang benar

dengan melakukan percobaan sederhana di rumah %petunjuk

percobaan diberikan&9. *ahasis a membuat kesimpulan atas informasi yang diperoleh

dari percobaan.

'. #indak /anjut


10/25

6ika ja aban %beberapa& mahasis a masih belum benar, maka perlu

diberi penjelasan lagi pada pertemuan berikutnya atau minta pendapat

dari mahasis a %lainnya& yang benar ja abannya.

D. (unci 6a aban #es "ormatif

olum tangki adalah tetap karena volum system batch tidak berubah

terhadap aktu

C. Rangkuman

Pada proses tertutup %salah satu contoh nyata dalam industri adalah

proses batch& tidak terjadi perubahan volum total. 6ika proses tersebut

tidak disertai reaksi kimia %hanya peristi a fisika&, maka massakomponen!komponen di dalamnya tetap. 2amun, jika proses tersebut

melibatkan reaksi kimia, maka massa komponen!komponen di

dalamnya mengalami perubahan.

DA-TAR PUSTAKA

). Sedia an, F. B. dan Prasetyo, A., )GG?. Pemodelan *atematis dan

Penyelesaian 2umeris dalam #eknik (imia dengan Pemrograman Bahasa

BAS-' dan " R#RA2. Andi, Hogyakarta.

+. *ickley, 3. S., Sher ood, #. (. and Reed, '.C., )G?;. Applied

*athematics in 'hemical Cngineering, +nd Cd., *c ra !3ill Book 'o.

-nc., 2e Hork.

9. 6enson, . . and. 6effreys, ., )G??, *athematical *ethod in 'hemical

Cngineering, +nd Cdition, Academic Press %/ondon&.

SENARAI

(ata$istilah berikut perlu mendapatkan perhatian dan pemahaman yangserius, diantaranya adalah0

massa komponen reaksi kimiahukum kekekalan massa batch initial conditionlaju alir massa aktu boundary condition

laju alir molar gradien trouble shooting


11/25

volum laju input Problem solvingdensitas laju output Fell!mi>edkonsentrasi laju akumulasi isothermal


12/25

II. SUB POKOK BAHASAN: NERACA MASSA PADA SISTEM KONTINYU

1. PENDAHULUAN

A. Deskripsi singkat

Sub Pokok Bahasan ini mencakup pembelajaran mengenai peneracaan

massa dan aliran massa total dan komponen yang terjadi di dalam

proses kontinyu dan semi!batch$semi!kontinyu, baik yang hanya

merupakan proses fisika maupun proses yang disertai reaksi kimia.

B. Relevansi

Sub Pokok Bahasan ini berkaitan dengan pengalaman mahasis adalam kehidupan sehari!hari, baik sebagai individu maupun bagian dari

masyarakat. Peristi a meluapnya bak kamar mandi yang semula

kosong ketika diisi air dari kran pipa PDA* selama aktu yang cukup

lama merupakan pengalaman harian yang selalu dijumpai. "akta bah a

volum air di dalam bak kamar mandi ternyata tidak berubah alaupun

kran pipa PDA* terus dibuka dan air terus mengalir. Akan tetapi, jika

bak kamar mandi bocor dan dibiarkan, ternyata air di dalam bak kamar

mandi lama kelamaan akan habis. Sub Pokok Bahasan ini sangat terkaitdengan mata kuliah lain yang memerlukan analisis neraca massa,

seperti perancangan reactor, fermentor, pengisian$pengosongan tangki,

distilasi dan absorpsi, dll. Di dunia kerja, Sub Pokok Bahasan ini sangat

berkaitan dengan peran sarjana teknik kimia dalam pembelian bahan

baku$penjualan produk, troubleshooting/problem solving peralatan

industri kimia, pengolahan limbah industri kimia serta perancangan alat

proses kimia.

'. (ompetensi

'.).Standar (ompetensi

*emahami konsep neraca massa dan menerapkannya dalam

pemecahan soal dan permasalahan di industri yang relevan.

'.+. (ompetensi Dasar

a. *enyusun neraca massa total pada proses kontinyu tanpa reaksi

kimia


13/25

b. *enyusun neraca massa total pada proses semi!batch$semi!

kontinyu tanpa reaksi kimiac. *enyusun neraca massa komponen pada proses kontinyu tanpa

reaksi kimiad. *enyusun neraca massa komponen pada proses kontinyu

dengan reaksi kimia

D. Petunjuk Belajar

Dalam perkuliahan ini, beberapa metode akan diterapkan yaitu

ceramah, pemutaran video, tanya ja ab, dan diskusi. *etode ceramah,

pemutaran video$simulasi dan tanya ja ab akan digunakan dalam

penyajian materi. Sedangkan untuk meningkatkan pemahaman materi,

mahasis a dibagi menjadi beberapa kelompok untuk belajar dalam

kelompoknya. Selain mahasis a diberi soal!soal latihan untuk

diselesaikan secara individu, ada pula soal yang diberikan untuk

dikerjakan dengan berdiskusi bersama teman!teman dalam

kelompoknya.

2. PENYAJIAN

A. raian isi dan contoh penerapannya

Pengertian a!!a "an #e#era$a i!ti%a& t'r'nann(a

*assa merupakan ukuran banyaknya materi yang dikandung oleh suatu

benda. Satuan massa adalah gram, mol, kilogram, kilomol dll.

(umpulan massa yang menempati ruang dengan volum tertentu disebut

sebagai konsentrasi. leh karena itu satuan konsentrasi adalah gram$/,

mol$ / atau molar, dll.

Densitas menunjukkan kerapatan massa suatu benda dalam volum

yang dimilikinya, sehingga satuan densitas adalah g$/, g$m/ dll.

Pertanyaan: Apa perbedaan konsentrasi dan densitas?

Nera*a Ma!!a


14/25

2eraca massa dilakukan dengan menerapkan 3ukum kekekalan *assa,

bah a 4*assa itu kekal, massa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat

dimusnahkan4

Dalam teknik kimia, hukum kekekalan massa dapat dinyatakan dengan

persamaan yang lebih operasional. Pada suatu sistem yang tidak

melibatkan reaksi kimia, neraca massa dapat dituliskan sebagai0

-nput ! utput 5 Akumulasi %)&

6ika dinyatakan sebagai aliran massa per satuan aktu, maka

persamaan %)& dapat dituliskan sebagai0

/aju alir -nput 7 /aju alir utput 5 /aju Akumulasi %+&

2eraca massa dilakukan terhadap massa keseluruhan %total& dan massa

komponen tertentu di dalam sistem yang ditinjau. 6ika tidak ada

perubahan dari satu komponen menjadi komponen lain, maka massa

tiap komponen juga tetap0

Berapa jumlah neraca massa yang diperlukan?

Bila dalam suatu sistem terdapat 2 buah komponen, maka jumlahneraca massa yang bisa dituliskan adalah0

) neraca massa total 8 %2!)& neraca massa komponen atau2 neraca massa komponen

Si!te "engan rea+!i +i ia

Sebagai akibat dari terjadinya reaksi kimia, maka suatu komponen dapat

berubah menjadi komponen lain. Dengan demikian, maka neraca massa

komponen A harus dirumuskan sebagai0



Akumulasi komponen A %9&

Pada keadaan steady state %tunak&, maka nilai akumulasi 5 :.

Pe i%i&an !i!te


15/25

V CA

CA

1

CA

CA1

2

Sistem adalah suatu unit yang mana neraca massa, neraca panas atau

neraca momentum akan dilakukan padanya. Sistem dapat berupa suatu

alat atau suatu inkremen volum yang merupakan segmen atau bagian

kecil dari suatu alat. 2eraca massa dapat dilakukan pada keseluruhanalat, jika konsentrasi dan$atau suhu pada seluruh bagian alat bersifat

seragam. Sebaliknya, jika suhu dan$atau konsentrasi bervariasi pada

satu bagian dengan bagian lain pada suatu alat, maka neraca massa

atau panas harus dikenakan dengan meninjau suatu elemen volum.

Pr)!e! K)ntin('

Proses kontinyu didefinisikan sebagai suatu proses yang di dalamnya

terdapat aliran massa masuk dan aliran massa keluar secara terus

menerus.

Pertanyaan: Carilah contoh proses yang berlangsung secara kontinyu di

dalam industri kimia!

Analisis 2eraca *assa Pada Proses #anpa Reaksi (imia

Pemutaran Video: Sebuah alat pencampur pada industri cat

"eraca mass a total



16/25

(Q1 # ρ $ (Q2 # ρ 7 (Q # ρ 5dM dt

dM dt 5 (Q1 $ Q2 % Q # ρ

%


17/25

V CA

CA

1

CA

1CB


dengan konsentrasi komponen A dalam campuran, maka persamaan di

atas dapat ditulis menjadi0

dM Adt

= d (V × C A)dt & (Q1 # C Ao $ (Q2 # C A1 7 (Q #

C A


dV dt

=(Q 1 +Q 2 − Q ) , oleh karena itu persamaan di atas dapat

disederhanakan menjadid C

Adt = [

Q 1 CAo +

Q2CA

1 −(Q

1 +Q

2 )C

A

]V %=&

Pertanyaan:

• Apa maksud dari pernyataan bah a

d C Adt

= [Q 1 CAo +Q 2 CA 1 −( Q 1 +Q 2 )C A ]

V 1

• Peubah apa saja yang mempengaruhi perubahan konsentrasisenya a A1

Analisis "eraca Massa Pada Proses Dengan $eaksi %imia

Pemutaran Video: Sebuah reactor kontinyu untuk reaksi isomerisasi

>ylene

6ika dalam suatu system terjadi

reaksi kimia, misalnya isomerisasi

senya a A menjadi senya a B,

maka akan terjadi perubahan

konsentrasi A seiring dengan

berjalannya aktu reaksi. 6ika

reaksi dianggap mengikuti order )


18/25

dengan tetapan laju reaksi adalah k %)$/.menit&, maka analisis neraca

massa system tersebut adalah sebagai berikut0

a. 2eraca massa total


(Q1 # ρ 7 (Q1 # ρ 5dM dt

dM dt 5 (Q1 ' Q1 # ρ 5 :

%?&

*assa total adalah hasil perkalian volum dan densitas total yangdimiliki oleh massa yang mengalir, sehingga * 5 I ρ

6ika sistem berlangsung isothermal, maka nilai ρ adalah selalu tetap.leh karena itu, persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi0

dV dt = 0

%K&

Pertanyaan: Apa peristi a fisik yang terjadi pada persamaan

dV dt

= 0 1

b. 2eraca massa komponen A




(Q1 # C Ao % (Q1# C A $ 0 7 k × C A× V ' 0 & dM

A

dt


19/25


dengan konsentrasi komponen A dalam campuran %* A 5 I C A&,

maka persamaan di atas dapat ditulis menjadi0

dM Adt

=d (V × C A)

dt &Q1 # ( C Ao- C A 7 k × C A× V


dV dt


menjadidC A

dt

=Q 1 (CA 0 − C A)− k C A V

V %G&

Pertanyaan:

• Apa maksud dari pernyataan bah a

dC Adt

=Q 1 (CA 0 − C A)− k C A V

V 1

• Peubah apa saja yang mempengaruhi perubahan konsentrasi

senya a A1

Proses (teady (tate

6ika proses kontinyu berlangsung secara terus!menerus dalam jangka

aktu yang cukup lama %biasanya dinyatakan sebagai aktu tak

terhingga&, maka pada suatu saat konsentrasi komponen!komponen

yang terlibat di dalamnya tidak lagi berubah terhadap aktu. (eadaan

ini disebut sebagai keadaan tunak % steady state &. Secara fisik, dapat

diamati bah a tidak ada lagi perubahan massa %aliran massa& total

%keseluruhan& dan komponen setiap satuan aktu. Secara matematik

dapat dituliskan bah adM

dt = dV

dt =

d C A

dt =

d C B

dt =

d C D

dt = … . = 0

%):&


20/25

V CA

CA1

A1

1

CA

CA2

A2

2

Perhitungan neraca massa pada setiap alat dalam rangka perancangan

pabrik kimia, biasanya dilakukan pada keadaan tunak sehingga

mencerminkan kapasitas pabrik yang sebenarnya. Perhitungan pada

keadaan tunak menjadi jauh lebih mudah daripada perhitungan padakeadaan transien %unsteady state& karena semua persamaan yang

dijumpai adalah persamaan aljabar sehingga perhitungan dilakukan

secara integral.

B. /atihan Dan #ugas

Peristi a yang melibatkan system kontinyu sangat beragam,

sehingga jika konsep dasar system kontinyu tidak dipahami dengan

benar dapat memicu kesalahan dalam melakukan analisis peristi anyata dalam industry kimia. Agar mahasis a dapat lebih memahami

konsep dan mampu menerapkan neraca massa, maka latihan!latihan

berikut diberikan di dalam kelas0

). Suatu system berupa proses pencampuran secara kontinyu suatu

larutan A yang mempunyai konsentrasi A %' A) , g$/&, densitas % ρ A) , g$/&

yang diumpankan ke dalam tangki pencampur dengan laju alir

volumetrik % A, /$men& dengan larutan A lainnya yang mempunyaikonsentrasi A %' A+, g$/&, densitas % ρ A+, g$/& dan diumpankan ke dalam

tangki pencampur dengan laju alir volumetrik % B, /$men&. /arutan A

yang keluar dari tangki mengalir dengan laju alir volumetrik % ,

/$men& dan densitasnya % ρ A, g$/&. 6ika mula!mula tangki berisi penuh

pelarut tanpa komponen A, susunlah neraca massa total dan neraca

massa komponen A untuk proses tersebut. Proses pencampuran

berlangsung pada suhu tetap %isothermal& dan system bersifat ell!

mi>ed %tercampur sempurna& sehingga sifat fisika dan kimia bahan!

bahan yang terlibat di dalamnya seragam di keseluruhan system.

%dilakukan secara individual selama ): menit kemudian dibandingkan

dengan hasil ja aban teman sebelahnya dan didiskusikan selama ):

menit&


21/25

V CA

CA

A

CA

CB

B

CB

+. Sebanyak A liter senya a A yang mula!mula berjumlah ; mol

direaksikan dengan B liter senya a B yang mula!mula berjumlah )

mol dalam reactor berpengaduk isothermal yang bekerja secara

kontinyu. (etika kedua senya a bercampur, volum totalnya adalah o

liter. Senya a A diumpankan dengan laju alir volumetric % A, /$men&,

konsentrasi A %' Ao , mol$/&, densitas % ρ A, g$/&. Sedangkan senya a B

diumpankan dengan laju alir volumetric % B, /$men&, konsentrasi B

%' Bo, mol$/&, densitas % ρ B, g$/&. Senya a A dan B dilaporkan

mempunyai densitas yang sama. Selain itu, ketika senya a A dan B

masuk ke reactor, ternyata sejumlah cairan juga mengalir keluar darireactor dengan laju alir volumetrik , /$men sedemikian sehingga

volum cairan di dalam reaktor tidak berubah. /aju reaksi antara

senya a A dengan senya a B dapat dinyatakan sebagai )r A 5

k&C A&C ' dengan tetapan laju reaksi adalah k, %/iter +$mol.menit&.

Susunlah neraca massa total, neraca massa senya a A dan neraca

massa senya a B jika persamaan reaksinya adalah0 +A 8 B '.

%dikerjakan secara berkelompok beranggotakan

menit&

− r A= k .C A C B


22/25

V CA

CG

G

1

Sedangkan untuk melatih mahasis a bekerja secara #im %kelompok&

dengan lebih intensif dalam aktu yang cukup lama, maka diberikan

tugas$pekerjaan rumah secara berkelompok untuk menyelesaikan

permasalahan berikut0

Sebanyak liter larutan yang mula!mula mengandung ):: gramglukosa difermentasi dengan + gram ragi (accharomices cereviceae

%S'& dalam fermentor isothermal yang bekerja secara semi!batch.

Substrat yang berupa larutan glukosa dengan konsentrasi %' o , mol$/&,

densitas % ρ , g$/& diumpankan ke dalam fermentor dengan laju alir

volumetric % ) , /$men& dan densitas campuran bahan di dalam

fermentor selama fermentasi dianggap tetap sebesar % ρ , g$/&. Ragi

dianggap dapat larut sempurna di dalam larutan glukosa. /aju reaksi

fermentasi glukosa oleh ragi dianggap mengikuti model *onod sebagai,

− r G=− dC G

dt = k

C GC G+C CS dengan tetapan laju reaksi adalah k,

%mol$/.menit&. Susunlah neraca massa total, neraca massa glukosa dan

neraca massa etanol jika persamaan reaksinya adalah0

lukosa 8 S' Ctanol 8 Cnergi.

Berapa konsentrasi glukosa dan etanol pada saat keadaan tunak

%steady state&1


23/25

V CA

CA CBCB

CC

CD

6ika suatu system yang disertai reaksi kimia dilakukan dalam suatu

reactor seperti pada gambar di ba ah ini. Susunlah neraca massa total,

neraca massa komponen A dan neraca massa komponen B. Reaktor

mula!mula penuh berisi cairan % o, /iter& dengan konsentrasi A adalah%' Ao , mol$/& dan konsentrasi B%' Bo, mol$/&, sedangkan densitas

campuran A dan B adalah % ρ , g$/&. 'airan keluar dari reactor

mengandung produk ' dan D serta sisa bahan baku A dan B dengan

laju alir volumetric % , /$men& mempunyai densitas % ρ , g$/&.

,. PENUTUP

A. Cvaluasi "ormatif

). *ahasis a diminta untuk mengerjakan uiE selama ): menit

CE


24/25

+. *ahasis a mengumpulkan ja aban mereka

B. mpan Balik

). *ahasis a diberi pertanyaan yang bertujuan untuk mengingatkembali materi perkuliahan yang baru saja diberikan dan

didiskusikan.+. *ahasis a diminta untuk mencoba mencari ja aban yang benar

dengan melakukan percobaan sederhana di rumah %petunjuk

percobaan diberikan&9. *ahasis a membuat kesimpulan atas informasi yang diperoleh

dari percobaan.

'. #indak /anjut

6ika ja aban %beberapa& mahasis a masih belum benar, maka perlu

diberi penjelasan lagi pada pertemuan berikutnya atau minta pendapat

dari mahasis a %lainnya& yang benar ja abannya.

D. (unci 6a aban #es "ormatif

Pada system kontinyu yang umum, volum tangki adalah tetap karena

laju alir bahan yang masuk ke dalam system sama dengan laju alir

bahan yang keluar dari sistem. Proses kontinyu dapat mencapai

keadaan steady state.

C. Rangkuman

Pada proses terbuka %salah satu contoh nyata dalam industri adalah

proses kontinyu& tidak terjadi perubahan volum total. 6ika proses

tersebut tidak disertai reaksi kimia %hanya peristi a fisika&, maka massa

komponen!komponen di dalamnya tetap. 2amun, jika proses tersebut

melibatkan reaksi kimia, maka massa komponen!komponen di

dalamnya mengalami perubahan. 6ika proses kontinyu sudah mencapai

keadaan tunak, maka volum total, konsentrasi %massa& komponen!

komponen dan sifat fisika bahan yang keluar dari system adalah tetap

%tidak berubah terhadap aktu&

Daftar Pustaka


25/25

). Sedia an, F. B. dan Prasetyo, A., )GG?. Pemodelan *atematis dan

Penyelesaian 2umeris dalam #eknik (imia dengan Pemrograman Bahasa

BAS-' dan " R#RA2. Andi, Hogyakarta.

+. *ickley, 3. S., Sher ood, #. (. and Reed, '. C., )G?;. Applied

*athematics in 'hemical Cngineering, +nd Cd., *c ra !3ill Book 'o. -nc.,

2e Hork.

9. 6enson, . . And. 6effreys, ., )G??, *athematical *ethod in 'hemical

Cngineering, +nd Cdition, Academic Press %/ondon&.

th Cdition, Prentice 3all -nc.,Cngle ood 'liffs, 2e 6ersey %pp +G !?:&

;. 3immeblau, D. *. and Riggs, 6. B., )GKG. Basic principles and 'alculations

in 'hemical Cngineering, "ifth Cdition. Prentice 3all -nc., Cngle ood

'liffs,2e 6ersey.%pp ):+!)G:& .-SB2 :!)9!:==;?+!L

SENARAI

(ata$istilah berikut perlu mendapatkan perhatian dan pemahaman yang

serius, diantaranya adalah0

massa batch boundary conditionhukum kekekalan massa aktu trouble shootinglaju alir massa gradien Problem solvinglaju alir molar laju input Fell!mi>edvolum laju output transiendensitas laju akumulasi isothermalkonsentrasi reaksi kimia nsteady statekomponen initial condition Steady state

bahan ajar neraca massa mtk ii

Documents