Pembahasan Soal Azas Teknik Kimia

Oleh Tubagus Rayyan Fitra

342,1 KB 7 tayangan 0 unduhan
 
Bagikan artikel

Transkrip Pembahasan Soal Azas Teknik Kimia

PEMBAHASAN SOAL AZAS TEKNIK KIMIA Dosen pembimbing : Erni Misran, ST., MT., Ph.D Nama/NIM Mahasiswa : 1. Hafsyah 170405104 2. Tubagus Rayyan Fitra 170405106 3. Ari Kurniawan Nasution 170405107 4. Rachmad Fadly 170405140 5. Arie Joko Soesanto 170405137 6. Marisa Pancar Kuswara 170405148 DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA T.A 2017/2018 4.27 In the recycle process, reactant HD3A4B is reacted with AD to produce primary product A2B and A3D3 via the reaction. HD3A4B + AD = A2B +A3D3 +HD two side reaction also take place HD3A4B + 2AD = HAD2 HD + AD = HAD2 Which produce undesirable product HAD2 (figure p4.27) it is desirable to limit HAD2 in the A3D3 product stream to 25% on a molar basis and HD to 12.5 %. The stream leaving the reactor contains 20% A3D3 on a molar basis, and the process feed rate of AD is 750 mol/h. a) determine whether the problem should be solved using either element or species balance. b) construct a degree of freedom table, assuming element balances will be used for balances involving reaction. c) solve the problem using element balances d) solve the problem using species balances. Compare the result of (c) and (d) and explain what has occured. Terjemahan : 4.27 Dalam proses daur ulang, reaktan HD3A4B direaksikan dengan AD untuk menghasilkan produk utama A2B dan A3D3 melalui reaksi. HD3A4B + AD = A2B + A3D3 + HD dua reaksi samping juga terjadi HD3A4B + 2AD = HAD2 HD + AD = HAD2 yang menghasilkan produk HAD2 yang tidak diinginkan (gambar p4.27), diharapkan membatasi HAD2 dalam aliran produk A3D3 sampai 25% secara molar dan HD hingga 12,5%. Aliran yang meninggalkan reaktor mengandung A3D3 20% pada basis molar, dan laju umpan proses AD adalah 750 mol / jam. a) tentukan apakah masalah harus diselesaikan dengan menggunakan salah satu neraca unsur atau neraca zat. b) rancang tabel derajat kebebasan, dengan mengasumsikan neraca unsur akan digunakan untuk neraca yang melibatkan reaksi. c) selesaikan masalah menggunakan neraca unsur d) selesaikan masalah dengan menggunakan neraca zat. Bandingkan hasil dari (c) dan (d) dan jelaskan apa yang telah terjadi. Jawab : a) karena reaksinya jelas maka dapat diselesaikan dengan neraca zat saja atau sebelum mengetahuinya kita buat terlebih dahulu, dimana yang banyak maksimum reaksi TTSL dengan persamaan ρ(σ) ≤ S - ρ(α) , ρ(σ) º banyaknya reaksi TTSL, S º banyaknya zat, ρ(α) º banyaknya neraca unsur TTSL (dimisalkan persamaan ini dibuat pada analisis di reactor, karena pada mixer dan separator melibatkan system tanpa reaksi yang wajib menggunakan persamaan neraca zat) Tinjau pada reactor : 3 5 4 AD HD3A4B HAD A2B A3D3 HD = 750 mol/jam =? = 25 % =? = 20 % = 12,5% ρ(σ) = 3 Mencari persamaan neraca unsur TTSL : Buat dahulu matriks atom (HD) (AD)(A3D3) (HD3A4B) (A2B) H D A B ( 1 1 0 0 0 1 1 0 0 3 3 0 1 3 4 1 0 0 2 1 ) ( 1 1 0 0 0 1 1 0 0 3 3 0 1 3 4 1 0 0 2 1 ) selesaikan dengan eliminasi Gauss atau reduksi Ray (Setelah disusun sedemikian rupa tidak ada yang membuat segitiga dibawah diagonal kuning berupa angka 0 semua) Tahap 1 : bagi dengan patokan pada kolom 1 baris 1 ( 1 1 0 0 0 1 1 0 0 3 3 0 1 3 4 1 ) 0 0  karena angka 1 maka tetap, 2 1 Tahap 2 : cari nilai α  α. 1+1= 0  maka nilai α = -1 Perubahan: Untuk kolom 2 = α.0 + 1 = 1 Untuk kolom 3 = α.0 + 3 = 3 Untuk kolom 4 = α.1 + 3 = 2 Untuk kolom 5 = α.0 + 0 = 0 ( 1 0 Menjadi 0 0 ( 1 0 0 0 0 1 1 0 0 3 3 0 0 1 1 0 1 2 4 1 0 3 3 0 1 2 4 1 ) 0 0 ulangi terus langkah dari tahap awal 2 1 )( 0 1 0 0 0 1  2 0 0 1 0 0 0 3 0 0 1 2 2 1 )( 0 1 0 0 0 1  2 0 0 1 0 0 0 3 0 0 1 2 2 1 ) 0 0 2 1 Dan dibawah sudah 0 didapat persamaan TTSL neraca unsur = 4 Subtitusikan ke, ρ(σ) ≤ S - ρ(α) ρ(σ) ≤ S - ρ(α) 3 ≤ 5 – 4  3 ≤ 1  hanya boleh menggunakan neraca zat b) Tabel DK neraca unsure untuk persamaan neraca dengan reaksi Tabel DK Jlh. Variabel Alur Bebas Jlh. Pers Neraca Unsur TTSL Komposisi Laju Alir Hubungan pembantu DK Mixer 3 4 0 -1 Reaktor 7 4 3 1 -1 Separator 10 4 3 3 Proses 13 12 3 1 -3 Keseluruhan 6 5 2 -1 c) Tidak bisa diselesaikan karena DK setiap alur tidak ada yang 0 d) Buat terlebih dahulu Tabel DK neraca zat Tabel DK Jlh. Variabel Alur Bebas Jlh. Pers Neraca TTSL Komposisi Laju Alir Hubungan pembantu DK Mixer 4 1 3 Reaktor 7+3 6 3 1 0 Separator 10 5 3 2 Proses 13+3 12 3 1 0 Keseluruhan 6+3 5 2 2 Setelah dibuat tabel DK-nya ternyata pada alur reactor DK = 0 jadi persamaan bisa diselesaikan, Dimulai terlebih dahulu dari alur reactor, dengan persamaan dibawah ini : HD3A4B + AD = A2B + A3D3 + HD HD3A4B + 2AD = HAD2 HD + AD = HAD2 3 5 4 AD HD3A4B HAD2 A2B A3D3 HD = 750 mol/jam =? = 25 % =? = 20 % = 12,5% Persamaan neraca setiap zat HD3A4B HAD2 A2B A3D3 HD AD  N15  N25  N35  N45  N55  N65 = N3(X13) + Σσr  N15 = N3(X23) + Σσr  0,25N5 = N3(X33) + Σσr  N35 = N3(X43) + Σσr  0,2N5 = N3(X53) + Σσr  0,125N5 = N4(X64) + Σσr  0 = N3(X13) – r1 – r2 = 0 + r 2 + r3 = 0 + r1 = 0 + r1 = 0 + r 1 – r3 = 750 – r1 – r2 – r3 1. Menggunakan neraca A2B dan A3D3 = r1 = N35 dan r1 = 0,2N5 , dengan mensubtitusikan nilai r1 diperoleh  N35 = 0,2N5  X35 = 0,2 2. Menggunakan neraca AD = 750 = r1 + r2 + r3 3. Menggunakan neraca AD, HAD2, dan A3D3 = 750 = 0,2N5 + 0,25N5 750 = 0,45N5  N5 = 1666,667 mol/jam Didapat r1, r1 = 0,2N5  r1 = 0,2 (1666,667) = 333,333 mol/jam 4. Menggunakan neraca HAD2 = r2 + r3 = 0,25N5  r2 + r3 = 0,25 (1666,667) = 416,667 mol/jam 5. Menggunakan neraca HD r1 – r3 = 0,125N5  r1 – r3 = 0,125 (1666,667) = 208,333 mol/jam Didapat r3 = 333,333 - 208,333 = 125 mol/jam Didapat seluruh persamaan, r1 = 333,333 mol/jam X15 = 22,5% r2 = 261,667 mol/jam X25 = 25% r3 = 125 mol/jam X35 = 20% N5 = 1666,667 mol/jam X45 = 20% N3 = 2261,667 mol/jam X55 = 12,5% HD3A4B HAD2 A2B A3D3 HD  N15  N25  N35  N45  N55 = N3(X13) + Σσr  N15 = N3(X23) + Σσr  0,25N5 = N3(X33) + Σσr  N35 = N3(X43) + Σσr  0,2N5 = N3(X53) + Σσr  0,125N5 = N3(X13) – r1 – r2 = 0 + r 2 + r3 = 0 + r1 = 0 + r1 = 0 + r 1 – r3 = 375 = 416,667 = 333,333 = 333,333 = 208,333 Lanjut ke alur separator, HD3A4B =? 2 HD3A4B = 22,5 % Berlaku HAD2 = 25hukum % A2B 1666,667 == 20 N2 % + N6 A3D3 = 20 % neraca HD Berlaku juga = 12,5% 5 kekekalan N5 = N2 + N6 + N7 7 + N7 komponen. 6 HD  N15 3A4B N5 = 1666,667 mol/jam N12 HAD2  N25 = N27  416,667 A2B  N35 = N36 333,333 A3D3  N45 = N47 333,333 HD  N55 = N57 208,333 = N12 375 = N27 = N36 = N47 = N57 N12 375 = N2 (X12), dimana X12 = 100%, maka N2 = 375 mol/jam N36  333,333 = N6 (X36), dimana X36 = 100%, maka N6 = 333,333 mol/jam N7 = N27 + N47 + N57 = 416,667 + 333,333 + 208,333 = 958,333 mol/jam Diperoleh komposisi untuk alur 7 adalah sebagai berikut : X27 = 43,48% = X57 = 34,78% X57 = 21,74% Lanjut ke alur Mixer, N1 HD3A4B N2 HD3A4B = 375 mol/jam = ? mol/jam N3 HD3A4B = 2261,667 mol/jam Berlaku hukum kekekalan N1 + N2 = N3 N1 = N3 – N2 = 2261,667 – 375 = 1886,667 mol/jam 5.10 A solid ore containing 82 wt% FeS2 and 18 wt% inert is fed to a furnace. Dry air is fed in 40% excess of the amount theoretically required to oxidize all of the sulfur in the ore to SO3. A pyrite conversion of 85% is obtained, with 40% of FeS 2 converted to form sulfur dioxide and the rest forming sulfur trioxide. Two streams leave the roaster: a gas stream containing SO3, SO2, O2, and N2, and a solid stream containing unconverted pyrite, ferric oxide (Fe2O3), and inert. Using 100 kg/min of ore as a basis, calculate the rate of Fe 2O3 production (kg/min) in the outlet solid stream, and the total molar flow and composition of the outlet gas stream. The following reactions take place in the furnace: (46.5 kg) FeS2 (s) + 15/2 O2 (g)  Fe2O3 (s) + 4SO3 (g) 2FeS2 (s) + 11/2 O2 (g)  Fe2O3 (s) + 4SO2 (g) Transliterasi : 5.10 Bijih padat yang mengandung 82% berat FeS2 dan 18% berat inert diumpankan ke tungku. Udara kering diberi 40% kelebihan dari jumlah yang secara teoritis diperlukan untuk mengoksidasi semua sulfur dalam bijih menjadi SO 3. Konversi pirit 85% diperoleh, dengan 40% FeS2 dikonversi menjadi sulfur dioksida dan sisanya membentuk sulfur trioksida. Dua aliran meninggalkan roaster: aliran gas yang mengandung SO3, SO2, O2, dan N2, dan aliran padat mengandung pirit yang tidak berubah, oksida besi (Fe2O3), dan inert. Menggunakan 100 kg / menit bijih sebagai dasar, hitung tingkat produksi Fe2O3 (kg / mnt) di aliran padat outlet, .Reaksi berikut terjadi di tungku: (46,5 kg) FeS2 (s) + 15/2 O2 (g)  Fe2O3 (s) + 4SO3 (g) 2FeS2 (s) + 11/2 O2 (g)  Fe2O3 (s) + 4SO2 (g) Jawab : O2 N2 2 = 21% Udara Lebih 40% = 79% 1 3 Reaktor F1 = 100kg/menit FeS2 Inert = 82% = 18% Fe2O3 O2 N2 SO3 SO2 FeS2 Inert X SO2 = 40% X FeS2 = 85% Matriks atom, =? =? =? =? =? =? =? (N2) (O2)(SO3) (FeS2) (FeSO3) (SO2) N O S Fe [ 2 0 0 0 0 2 0 0 0 3 1 0 0 0 2 1 0 3 0 1 0 2 1 0 ] Matriks diatas sudah menunjukkan bahwa ke-4 unsur adalah TTSL. N1FeS2 =82% .100 kg/120 = 0,683 kmol/menit = 68,3 mol/menit a) Tabel DK neraca unsur untuk persamaan neraca dengan reaksi Tabel DK Reaktor Proses Jlh. Variabel Alur Bebas 11 11 Jlh. Pers Neraca Unsur TTSL 4 4 4 Komposisi 2 2 2 Laju Alir 1 1 1 Hubungan pembantu 4 4 4 DK 0 0 Soal ini dapat diselesaikan dengan neraca unsur  Karena derajat konversi FeS2 = 85% ¿ x= out N s−N s N ¿s Keseluruhan 11 0 out 68,3−N s 0,85= 68,3 out 58,055=68,3−N s N out s =10,245 mol /menit N3FeS2 = 10,245 mol/menit Persamaan Neraca Unsur 1. Neraca Fe 1 (10,245-68,3) + 1 (N3FeSO3) = 0 2. Neraca S 1 (N3SO3) +2 (-58.055) +1 (N3FeSO3) + 1 (N3SO2) = 0 3. Neraca O 2 (N3O2)+ 3 (N3SO3) + 3 (N3FeSO3)+ 2 (N3SO2) = 0 4. Neraca N 2 (N3N2) = 0 p 1. Dari Neraca Fe di peroleh = N3FeSO3 = 58.055 kmol/menit % kelebihan udara = 100 (nyata/teori -1) 40 = 100 nyata/teori – 100 140 teori = 100 nyata Nyata = 1,4 teori Kebutuhan O2 teoritik = 15/2 . 58,055 + 2 . 11/2 .58,055 = 435,4125 + 638,605 = 1074,0175 kmol/menit. Udara nyata diumpankan = 1,4 [(1074,0175) (100/21)] = 5114,3690 kmol/menit N3O2 = 1074.0175 kmol/menit N3N2 = 4040,3515 kmol/menit 2. Dari Neraca S diperoleh 1 (N3SO3) +2 (-58.055) +1 (58.055) + 1 (N3SO2) = 0 1 (N3SO3) +1 (N3SO2) = 58.055 Dari data konversi SO2 = 40% dari 85% konversi FeS2 58.055 (40%) = 23,222 kmol terkonversi FeS2 menjadi SO2 Sisanya SO3 = 34,833 kmol. 3. Dari Neraca O diperoleh 2 (N3O2)+ 3 (N3SO3) + 3 (N3FeSO3)+ 2 (N3SO2) = 0 2 (N3O2)+ 3 (-34,833) + 3 (-58.055)+ 2 (-23,222) = 0 2 (N3O2) = 104,499 + 174,165 + 46,444 = 325,108 kmol/menit (N3O2) = 162,554 kmol/menit 4. Dari Neraca N diperoleh 2 (N3N2) = 0 3 N N2 = 4040,3515 kmol/menit Dari data diatas di peroleh 2 1 Reaktor F1 = 100kg/menit FeS2 Inert = 68,3 kmol/menit = 18% O2 N2 X SO2 = 40% X FeS2 = 85% = 21% Udara Lebih 40% = 79% N2 O2 N2 = 5114,3690 kmol/menit = 1074,0175 kmol/menit = 4040,3515 kmol/menit 3 Fe2O3 O2 N2 SO3 SO2 FeS2 Inert = 58.055 kmol/menit = 162,554 kmol/menit = 4040,3515 kmol/menit = 34,833 kmol/menit = 23,222 kmol/menit = 58.055 kmol/menit =? Alur 2 O2 = 1074,0175 kmol/menit = 32. 1074,0175 = 34368,56 kg/menit N2 = 4040,3515 kmol/menit = 28. 4040,3515 = 113129,842 kg/menit Alur 3 Fe2O3 O2 N2 SO3 SO2 FeS2 Inert = 58.055 kmol/menit = 162,554 kmol/menit = 4040,3515 kmol/menit = 34,833 kmol/menit = 23,222 kmol/menit = 58.055 kmol/menit = 18 kg/menit = 160. 58.055 = 9288,8 kg/menit = 32. 162,554 = 5201,728 kg/menit = 28. 4040,3515 = 113129,842 kg/menit = 80. 34,833 = 2786,64 kg/menit = 64. 23,222 = 1468,208 kg/menit = 120. 58.055 = 6966,6 kg/menit

Judul: Pembahasan Soal Azas Teknik Kimia

Oleh: Tubagus Rayyan Fitra


Ikuti kami