NERACA MASSA(mass balance)Tanpa Reaksi KimiaOleh Amir Husin - Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik USUDisertai Reaksi Kimia

Neraca Massa/ Bahan : Adalah suatu perhitungan dari semua bahan/ material di dalam proses berdasarkan hukum konservasi (kekekalan) massa PendahuluanHukum kekekalan massa / Konservasi MassaMassa tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkanatauMassa itu kekal

PendahuluanDua tugas utama insinyur kimia : Mengembangkan dan merancang2. Mengoperasikan dan memperbaikiProses kimiaGunaPeneracaan/ perhitungan MassaUntuk menentukan laju alir, komposisi, temperatur dan tekanan dari seluruh alur alir pada suatu peta aliran proses (flowsheet)Menyidik dan mengoreksi ketidak beresan proses/ pemrosesMenyusun prosedur & jadwal operasi yang lebih baikMeningkatkan keselamatan & kehandalan prosesMenentukan kondisi operasi baru (jika ada perubahan umpan, produk, karakter peralatan)

Jadi, Peneracaan Mutlak harus dikuasai oleh semua insinyur kimia bila ingin berhasil melaksanakan tugas utama profesinya : - pengembangan - perencanaan, dan - rekayasa proses

Perumusan Masalah Neraca Massa Pengungkapan SistemEfek 3 Efek 2 Efek 1 Efek 4 SteamBrine outWater outAir lautAir laut masukcondenser

Dalam Bentuk Sederhana :Air Laut/ asin Garam AirMasukan(input)PabrikProduk Air murniAir Garam pekat Garam AirKeluaran(output)

Dengan menggunakan simbol :PabrikAir LautProduk/Air Garam pekatMasukan(input)123F(1) F(2) Keluaran(output)F(3) W = fraksi massa

Perumusan Masalah Neraca Massa(a). Secara keseluruhan, massa itu adalah kekalPersamaan neraca massa komponenPersamaan neraca massa total(b). Suatu bentuk komponen massa dapat diubah keseluruhan, menjadi bentuk komponen lain, tetapi secara keseluruhan kekal/tetap

Neraca Massaatau :Satuan massa :kg ; gr ; ton ; lb( kgmol ; gmol ; lbmol)senyawa atau atomDalam bentuk operasional/ untuk teknik kimia :. dalam (satuan massa)(akumulasi). dalam (satuan massa/ waktu)(laju akumulasi)

atau, 5.1. Neraca Massa bila tidak ada reaksi kimiaPersamaan (1) menjadi :Neraca Massa Total :(2)Bila tidak ada reaksi kimia : (Generation) = 0 (Konsumsi ) = 0

Keadaan sistem (proses) : Steady State / tunak : Unsteady State / tidak tunak/ transient :

2. Neraca Massa Komponen/ senyawa/ Spesies atom :Untuk sistem yang tdd sejumlah komponen (kimia/ fasa / ukuran/ dll) dapat disusun :Alat/ ProsesINPUTOUTPUTKomponen : A B CKomponen : A B CNeraca massa total : mtotal = mA + mB + mCb. Neraca Massa komponen Ad. Neraca massa komponen C (tidak perlu, karena : mC = mtotal - mA - mBc. Neraca massa komponen B

Formulasi Neraca Massa Pabrik desalinasiINPUTOUTPUTAir murni : (tidak mengandung garam)F(2) =..... (kg/jam)Q(2) =Garam, 1(1) = 0,035 air , 2(1) = 0,965 = 1,000 Air garam pekat :Garam, 1(2) = 0 air , 2(2) = 1,000 Air laut :F(1) = ..... (kg/jam)Q(1) = 100 m3/jamF(3) = ..... (kg/jam)Garam, max = 7% beratGaram, 1(3) = 0,07 air , 2(3) = 0,930 123Tanpa Reaksi KimiaContoh Soal :

Keterangan : = fraksi massa ; campuran = 1000 kg/m3 = konstanQ = 100 m3/jam = konstan ; F = laju alir massa total (kg/jam) Penyelesaian : (1). Neraca Massa Total :.. dalam satuan (kg total)Turunkanlah Persamaan Neraca Massa TotalTurunkanlah Persamaan Neraca Massa GaramTentukan laju massa Produk air murniSistem tanpa reaksi kimia

(Massa Total dibawa aliran) INPUT/OUTPUT(kg total)kg (garam + air)campuranMaka :

(akumulasi massa total)sistem(kg total)kg (garam + air)campuranm3Subtitusi Pers. (b), (c), (d) dan (e) ke Pers. (a)

(akumulasi massa)sistemSubtitusi Pers. (b), (c), (d) dan (e) ke Pers. (a)dibagi dengan t dan set : limit t -- 0Subtitusi : F = Q. camp , maka :akumulasi

Bila sistem steady state, maka (akumulasi ) = 0, Pers (g) menjadi :Aliran masuk totalAliran keluar total Neraca Massa Garam (Komponen)Neraca massa garam :.. dalam satuan (massa garam)

(Massa garam dibawa aliran) INPUT/OUTPUT(kg garam)campuranQt

(akumulasi massa garam)sistem(kg garam)campuranm3Subtitusi Pers. (j), (k), (l) dan (m) ke Pers. (i)

dibagi dengan t dan set : limit t -- 0Subtitusi Pers. (j), (k), (l) dan (m) ke Pers. (i)inputoutputoutputacc

atau :ACC garamBila sistem steady state, maka (akumulasi ) = 0, Pers (n) menjadi :aliran garammasukaliran garamkeluar

Untuk soal halaman (slide-13) :Neraca massa (steady state) : Persamaan (h dan o) :Total :Garam :

Garam :

Bentuk Umum Persamaan Neraca Independent :12i12iinputoutput

Bila aliran input/ output terdiri dari sejumlah aliran, dan tiap aliran terdiri dari sejumlah komponen, maka secara umum neraca massa (steady state) dapat ditulis :Total :Komponen :dimana : j = komponen ke-j (j = 1, 2, 3, .. )F = laju alir massa, = fraksi massa, i = alur alir (i = 1, 2, 3, .. )

Hubungan laju alir massa (F) dengan laju alir molar (N)sistem1243F(1)F(2)F(4)F(3)

Catatan :atau :dimana : Fj = massa atau laju alir massa komponen ke-j, Nj = mol atau laju alir molar komponen ke-j, Mj = Berat molekul komponen ke-j, j = 1, 2, .., s. (6)Persamaan (6) :... (7)Laju alir total : (8)

Komposisi Alur : Fraksi massa komponen-A : mA = massa komponen A mtotal = mA + mB + .... (9) Fj = laju alir massa komponen ke-j F = laju alir massa total atau untuk komponen ke-j :

Komposisi Alur : Fraksi mol komponen-A :.. (10) atau untuk komponen ke-j :karena :

Subitusi Pers (7) & (8) ke (10) :.. (11)Catatan : Jumlah total fraksi mol :