i Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia

ii Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia §

Komputasi Neraca Massa Teknik Kimia

Penulis: Zakijah Irfin Profiyanti Hermien Suharti Penerbit: Polinema Press

iii Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia

Komputasi Neraca Massa Teknik Kimia

Hak Cipta ©Zakijah Irfin Hak Cipta ©Profiyanti Hermien Suharti Hak Terbit pada POLINEMA PRESS

Penerbit POLINEMA PRESS, Politeknik Negeri Malang Jl. Soekarno-Hatta no.09 PO BOX 04 Malang 65141 Telp. (0341) 404424, 404425 Fax. (0341) 404420 UPT. Percetakan dan Penerbitan Gedung AU ground floor polinemapress@gmail.com www.polinemapress.org press.polinema.ac.id Anggota APPTI (Asosiasi Penerbit Perguruan Tinggi Indonesia) no. 207/KTA/2016 Anggota IKAPI (Ikatan Penerbit Indonesia) no. 177/JTI/2017

Cetakan Pertama, November 2018

ISBN : 978-602-5952-70-8 xii;86 hlm.; 15,5 x 23 cm Setting & Layout : Fanda Nuriansyah Cover Design : S. Hariyanto Hak cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak karya tulis ini dalam bentuk dan dengan cara apapun, termasuk fotokopi, tanpa izin tertulis dari penerbit. Pengutipan harap menyebutkan sumber.

iv Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia §

Sanksi Pelanggaran Pasal 113 Undang-Undang Nomor 28 Tahun 2014

Tentang Hak Cipta

1) Setiap Orang yang dengan tanpa hak melakukan pelanggaran hak ekonomi sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf i untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 1 (satu) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp100.000.000 (seratus juta rupiah).

2) Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin

Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf c, huruf d, huruf f, dan/atau huruf h untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 3 (tiga) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp500.000.000,00 (lima ratus juta rupiah).

3) Setiap Orang yang dengan tanpa hak dan/atau tanpa izin

Pencipta atau pemegang Hak Cipta melakukan pelanggaran hak ekonomi Pencipta sebagaimana dimaksud dalam Pasal 9 ayat (1) huruf a, huruf b, huruf e, dan/atau huruf g untuk Penggunaan Secara Komersial dipidana dengan pidana penjara paling lama 4 (empat) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp1.000.000.000,00 (satu miliar rupiah).

4) Setiap Orang yang memenuhi unsur sebagaimana dimaksud pada

ayat (3) yang dilakukan dalam bentuk pembajakan, dipidana dengan pidana penjara paling lama 10 (sepuluh) tahun dan/atau pidana denda paling banyak Rp4.000.000.000,00 (empat miliar rupiah).

v Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia

PRAKATA

Modul ajar ini digunakan sebagai modul pendamping dalam mata

kuliah Azas Teknik Kimia, yang diselenggarakan pada Semester 1. Modul

ajar ini disusun untuk membantu mahasiswa dalam proses pembelajaran

pada mata kuliah tersebut dengan menggunakan program komputasi.

Penyusunan modul ajar ini tidak terlepas dari peran banyak pihak

yang tidak dapat penulis sebutkan satu demi satu. Secara khusus

penghargaan dan ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada pihak-

pihak berikut ini.

1. Drs. Awan Setiawan, MMT, selaku Direktur Politeknik Negeri Malang,

2. Ir. Hardjono, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik

Negeri Malang,

3. Pihak – pihak lain yang telah membantu penulisan modul ajar ini.

Semoga tulisan ini dapat membawa manfaat yang besar bagi semua

pihak yang membutuhkannya.

Malang, Mei 2018 Penyusun

vi Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia §

vii Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia

DAFTAR ISI

Halaman Judul ..................................................................................... i Prakata ................................................................................................ v Daftar Isi ............................................................................................ vii Daftar Gambar.................................................................................... ix Daftar Tabel ....................................................................................... xii Bab I Spreadsheet dalam Teknik Kimia .............................................. 1 I.1. Capaian Pembelajaran ...................................................................... 2 I.2. Pendahuluan .................................................................................... 2 I.3. Prosedur Matematika yang umum digunakan dalam analisa masalah engineering: ..................................................................................... 2 I.4. Pendekatan Penyelesaian Masalah .................................................... 3 I.5. Microsoft Excel ............................................................................... 3 I.6. Tampilan Ms. Excel ......................................................................... 4 I.7. Fitur Ms. Excel ................................................................................ 4 I.8. Navigasi dalam Ms. Excel ................................................................ 5 I.9. Tipe data dalam Ms. Excel ............................................................... 5 I.10. Menyelipkan Kolom/Baris ............................................................. 5 I.11. Inserting Formula ........................................................................... 6 I.12. Membuat Grafik ............................................................................. 8 I.13. Konversi Satuan ............................................................................. 9 Bab II Persamaan Untuk Pengolahan Data Teknik.......................... 11 II.1. Capaian Pembelajaran................................................................... 12 II.2. Persamaan Linier .......................................................................... 12 II.3. Persamaan Logaritmik .................................................................. 14 II.4. Persamaan Eksponensial ............................................................... 16 II.5. Metode Interpolasi ........................................................................ 17 Bab III Neraca Massa Tanpa Reaksi Kimia ..................................... 19 III.1. Capian Pembelajaran ................................................................... 20 III.2. Penyusunan dan Penyelesaian Neraca Massa Tanpa Reaksi Kimia ... ............................................................................................................ 20 III.3. Soal Latihan Neraca Massa Tanpa Reaksi Kimia untuk Single Unit. ............................................................................................................ 23

viii Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia §

III.4. Contoh Soal Neraca Massa Tanpa Reaksi Kimia untuk Multiple Unit. ............................................................................................................ 27 III.5. Soal Latihan Neraca Massa Tanpa Reaksi Kimia untuk Multiple Unit. ............................................................................................................ 29 Bab IV Neraca Massa Dengan Reaksi Kimia .................................... 33 IV.1. Capaian Pembelajaran ................................................................. 34 IV.2. Penyusunan Neraca Massa dengan Reaksi Kimia......................... 34 IV.3. Soal Latihan Neraca Massa dengan Reaksi. ................................. 39 Bab V Penyelesaian Persamaan Linier Simultan .............................. 43 V.1. Capaian Pembelajaran .................................................................. 44 V.2. Operasi matriks ............................................................................ 44 V.3. Penyelesaian sistem linear dengan invers matriks. ......................... 45 V.4. Penyelesaian Persamaan Simultan menggunakan Ms. Excel. ......... 46 V.5. Neraca Massa Linier Rangkaian Proses. ........................................ 46 V.6. Contoh Soal .................................................................................. 48 Bab VI Solver Dalam Ms. Excel ........................................................ 51 VI.1. Capaian Pembelajaran ................................................................. 52 VI.2. Informasi tentang SOLVER........................................................ 52 VI.3. Aktifasi modul SOLVER............................................................ 52 VI.4. Memahami Parameter dalam Modul SOLVER ........................... 53 VI.5. Iterasi dengan Modul SOLVER .................................................. 54 VI.6. Algoritma Iterasi dengan Modul SOLVER. ................................ 56 VI.7. Pemanfaatan Iterasi SOLVER dalam Permasalahan Teknik Kimia .. ............................................................................................................ 58 Bab VII Aliran Recycle ...................................................................... 63 VII.1. Capaian Pembelajaran ................................................................ 64 VII.2. Aliran Recycle ........................................................................... 64 VII.3. Sequential Modular Approach .................................................... 65 VII.4. Equation Based Simulation ........................................................ 68 VII.5. Studi Kasus ................................................................................ 70 Daftar Pustaka ................................................................................... 79 Indeks ................................................................................................. 80 Glosarium ........................................................................................... 82

ix Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia

x Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia §

DAFTAR GAMBAR

Gambar I.1. Tampilan halaman awal Ms. Excel ...................................... 4 Gambar I.2. Fitur – fitur Ms. Excel......................................................... 4 Gambar I.3. Tombol navigasi dalam Ms. Excel ...................................... 5 Gambar I.4. Cara menyelipkan cells, kolom (columns) atau baris (rows) 6 Gambar I.5. Hasil menyelipkan kolom ................................................... 6 Gambar I.6. Hasil menyelipkan baris ...................................................... 6 Gambar I.7. Jenis operator aritmatika dalam Ms. Excel .......................... 7 Gambar I.8. Contoh hasil perhitungan berdasarkan urutan prioritas operator aritmatika di Ms. Excel.......................................... 7 Gambar I.9. Cara membuat grafik (charts) .............................................. 8 Gambar I.10. Cara menampilkan “CONVERT’ library function ............. 9 Gambar II.1. Bentuk grafik persamaan linier [a] dan hubungan dari variabel bebas (x) dan variabel terikat (y) [b] dalam persamaan linier .............................................................. 12 Gambar II.2. Kurva antara X dan Y dalam skala logaritmik .................. 14 Gambar II.3. Grafik logaritmik yang telah dilinierisasi ......................... 14 Gambar III.1. Sistem Neraca Input dan Output ..................................... 20 Gambar III.2. Skema diagram alir dari permasalahan di contoh no.2 ..... 22 Gambar III.3. Sketsa dari penyelesaian soal 4 ....................................... 24 Gambar III.4. Skema dari permasalahan soal no.6 ................................ 25 Gambar III.5. Skema proses kristalisasi ................................................ 26 Gambar III.6. Diagram Alir Proses Evaporator ..................................... 27 Gambar III.7. Analisis Neraca Massa Evaporator 1............................... 27 Gambar III.8. Analisis Neraca Massa Evaporator 2............................... 28 Gambar III.9. Neraca Massa Evaporator secara Keseluruhan ................ 29 Gambar III.10. Diagram Alir Alat Distilasi ........................................... 30 Gambar III.11. Diagram alir Proses ...................................................... 31 Gambar V.1. Penyelesaian Matriks Menggunakan Excel ...................... 46 Gambar V.2. Skema Proses .................................................................. 46 Gambar V.3. Gambar skema proses 3 menara distilasi .......................... 48 Gambar VI.1. Fitur Add-Ins ................................................................. 52 Gambar VI.2. Fitur SOLVER .............................................................. 53 Gambar VI.3. Tampilan Hasil Perhitungan di Excel ............................. 54 Gambar VI.4. Tampilan halaman ‘ SOLVER Options’ ......................... 56 Gambar VI.5. Jendela ‘Show Trial Solutions’ ....................................... 57 Gambar VI.6. Hasil Perhitungan dengan Iterasi SOLVER .................... 59

xi Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia

Gambar VII.1. Flowsheet dengan aliran recycle ................................... 65 Gambar VII.2. Perhitungan Recycle dengan Excel ............................... 71 Gambar VII.3. Hasil Perhitungan Menngunakan EES ........................... 74 Gambar VII.4. PFD yang melibatkan aliran recycle dengan menggunakan Hysys ........................................................................... 75

xii Komputasi Neraca Massa

§ Teknik Kimia §

DAFTAR TABEL

Tabel I.1. Satuan yang dikenal dalam ‘CONVERT’ library functions ... 10 Tabel I.2. Contoh penggunaan ‘CONVERT’ library functions .............. 10 Tabel II.1. Perhitungan untuk mendapatkan a0 dan a1 .......................... 13 Tabel II.2. Contoh rangkaian data yang dimiliki ................................... 18