Neraca Massa dan Energi++

plus pengenalan konsep green engineering

Semester genap 2013-2014Dosen Pengajar: Lie Hwa, ST., MT.

Dr. rer. rat. Lanny Sapei, ST., MSc.

Asisten: Andree SundoroAndrew Riyadi

Become Green Industry in 5 levels

1. Neraca Massa2. Humidity3. Neraca Energi

Materi

Reduksi di sumber penghasil limbah/emisi

Eliminasi penggunaan bahan beracun & berbahaya

Reduksi penggunaan bahan baku & energi pada proses

Reuse & Recycle air dsb

Sistem Penilaian

Kategori Grade Minimum NM

Istimewa A 81

Sangat baik AB 73

Baik B 66

Cukup baik BC 60

Cukup C 55

Kurang D 40

Tidak lulus E 0

Bobot Nilai: NTS = 70% UTS + 20% quiz + 10% tugasNAS = 70% UAS + 20% quiz + 10% tugasNA = 60% NAS + 40% NTS

Buku rujukan Felder & Rousseau: “Elementary Principle

of Chemical Processess”, edisi ke-3 David Himmelblau: “Basic Principles &

Calculation in Chemical Engineering”, edisi ke-6

Reklaitis, G.V., “Introduction to Material and Energy Balances”, John Wiley & Sons.

Tips Calculator Practise Practise Practise

Minggu Topik Sub Topik

1 Neraca Massa 1. Definisi sistem, lingkungan dan klasifikasi proses2. Persamaan umum Neraca massa3. Neraca massa diferensial dan integral

2 1. Neraca massa pada unit tunggal2. Neraca massa pada proses kontinyu yang steady-state.3. Neraca massa integral untuk sistem batch, semibatch dan

kontinyu.4. Flowchart5. 5. Pemilihan basis perhitungan

3 Perhitungan neraca massa dan analisa derajad kebebasannya

4 1. Neraca Massa pada unit multipel tanpa reaksi Kimia2. Neraca massa yang melibatkan recycle, bypass dan purge

5 1. Istilah-istilah dalam proses dengan reaksi kimia: stoikiometri reaksi, limiting dan excess reactant, konversi, extent of reaction

2. Kesetimbangan reaksi kimia3. Reaksi Multipel, Yield dan Selektivitas4. Aplikasi neraca massa dengan reaksi kimia5. Neraca atom

6 Neraca massa untuk reaksi pembakaran dan istilah- Istilah yang digunakan: udara teoritis dan udara berlebih.

7 Penjenuhan dan Humidity Diagram tekanan (P) dan suhu (T) untuk air.Tekanan uap air.Penjenuhan dan humidity

8 Neraca Energi - Hukum termodinamika I- Energi kinetik dan potensial, neraca energi sistem

tertutup- Flow work- Shaft work- Property spesifik dan entalpi- Neraca energi sistem terbuka steady state

9 Neraca Energi - Kondisi reference- Property keadaan- Steam table

10 Neraca Energi - Prosedur perhitungan neraca energi- Neraca energi mekanik

11 Neraca Energi - Review kondisi reference- Process path- Perubahan tekanan pada suhu konstan- Perubahan suhu- Perubahan fase

12 Neraca Energi - Humidity charts- Pendinginan adiabatic- Panas larutan dan pencampuran- Diagram entalpi-konsentrasi

13 Neraca Energi - Panas reaksi- Pengukuran & perhitungan panas reaksi dari hukum

Hess- Panas reaksi pembentukan dan pembakaran

14 Neraca Energi - Perhitungan neraca energi dengan reaksi kimia- Bahan bakar & pembakaran

Minggu Topik Sub Topik

8 Neraca Energi - Hukum termodinamika I- Energi kinetik dan potensial, neraca energi sistem tertutup- Flow work- Shaft work- Property spesifik dan entalpi- Neraca energi sistem terbuka steady state

9 Neraca Energi - Kondisi reference- Property keadaan- Steam table

10 Neraca Energi - Prosedur perhitungan neraca energi- Neraca energi mekanik

11 Neraca Energi - Review kondisi reference- Process path- Perubahan tekanan pada suhu konstan- Perubahan suhu- Perubahan fase

12 Neraca Energi - Humidity charts- Pendinginan adiabatic- Panas larutan dan pencampuran- Diagram entalpi-konsentrasi

13 Neraca Energi - Panas reaksi- Pengukuran & perhitungan panas reaksi dari hukum Hess- Panas reaksi pembentukan dan pembakaran

14 Neraca Energi - Perhitungan neraca energi dengan reaksi kimia- Bahan bakar & pembakaran

Pengetahuan dan Ketrampilan

Domain KognitifDomain AfektifDomain Psikomotorik

Domain Kognitif Neraca Massa dan Energi ++

Lima wilayah utama kecerdasan emosi (Daniel Goleman)

1. Mengenali emosi diri 2. Mengelola dan

mengekspresikan emosi3. Memotivasi diri sendiri4. Mengenali emosi orang lain5. Membina hubungan dengan

orang lain dan bekerjasama

Domain afektif dalam teamwork

Pola Hidup SEHAT dan Hemat Energi

Domain afektif:

Flowchart

The San Destin Declaration (2003):  9 Principles of Green Engineering

1. Engineer processes and products holistically, use systems analysis, and integrate environmental impact assessment tools.

2. Conserve and improve natural ecosystems while protecting human health and well-being.

3. Use life-cycle thinking in all engineering activities.

4. Ensure that all material and energy inputs and outputs are as inherently safe and benign as possible.

5. Minimize depletion of natural resources.6. Strive to prevent waste.7. Develop and apply engineering solutions, while

being cognizant of local geography, aspirations, and cultures.

8. Create engineering solutions beyond current or dominant technologies; improve, innovate, and invent (technologies) to achieve sustainability.

9. Actively engage communities and stakeholders in development of engineering solutions

The San Destin Declaration (2003):  9 Principles of Green Engineering

Neraca Massa dan Energi Mengembangkan konsep dan metode

penyelesaian yang diperlukan untuk menentukan distribusi aliran massa dan energi di dalam proses-proses kimia.

Perhitungan neraca massa dan energi sebagai piranti (“tool”) sarjana TK yang didasarkan pada prinsip-prinsip konservasi massa dan energi (e.g. penentuan laju alir, komposisi, T semua aliran dalam diagram alir).

Hukum kekekalan massa & energi Massa/ energi alam semesta bersifat kekal,

tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. Suatu bentuk komponen dapat diubah

menjadi bentuk komponen lain, tetapi hakikat kuantitas massa atau energi sifatnya konstan/ tetap.

Neraca MassaTanpa Reaksi Kimia

Neraca Massa Tanpa Reaksi Kimia

m1 (g/dt)0,3 g A/g0,2 g B/g0,5 g C/g

m2 (g A/dt)

400 g/dtx (g A/g)0,1 g B/g(0,9-x) g C/g

Selesaikan soal berikut dengan membuat perhitungan neraca massanya.

Latihan-1

Sebuah fluidized bed dryer digunakan untuk mengeringkan 100 kg/j bahan pangan padat dengan udara yang mengalir. Perbandingan laju alir massa udara dengan bahan pangan adalah 1:2. Skemanya adalah sebagai berikut:

Udara panas masuk

Bahan panganpadat10% air90% padatan

Udara keluar:0,5% padatan

Padatan keluar3% air97% padatan

Hitunglah berapakah padatan keluar dari alat pengering tersebut!

Latihan-2

Steady-State dan Unsteady-state

Jika nilai dari variabel proses(suhu, tekanan, volume, laju air, dsb.) tidak berubah terhadap waktu, proses tersebut beroperasi pada keadaan steady-state/tunak

Jika variabel variabel proses berubah dengan waktu disebut proses yang beroprasi pada keadaan transient/ unsteady-state/ tidak tunak

Klasifikasi Proses Proses Batch:

Pada saat awal umpan masuk ke dalam bejana & pada akhir proses semua bahan dalam bejana dikeluarkan

Proses Kontinyu:

Aliran input & aliran output mengalir secara kontinyu selama proses berlangsung

Proses Semi Batch:

Proses yang tidak batch maupun tidak kontinyu

Test Yourself: Classify the following processes as batch, continuous or semibatch; transient or steady state

1. A balloon is filled with air at a steady rate of 2 g/min. 2. A bottle of milk is taken from the refrigerator and left

on the kitchen table.3. Water is boiled in an open flask. 4. Carbon monoxide and steam are fed into a tubular

reactor at a steady rate and react to form carbon dioxide and hydrogen. Products and unused reactants are withdrawn at the other end. The reactor contains air when the process is started up. The temperature of the reactor is constant, and the composition and flow rate of the entering reactant stream are also independent with time. Classify the process (a) initially and (b) after a long period of time has elapsed.

Sistem: adalah sesuatu yang akan ditinjau atau dipelajari dan memiliki batas-batas sistem.

Lingkungan: di luar sistem

Sistem dan Lingkungan

Latihan- 3

Persamaan Umum Neraca Massa

INPUT + GENERASI – OUTPUT – KONSUMSI = AKUMULASI(masuk melalui batas-batas sistem)

(Dalam sistem)

(keluar melalui batas-batas sistem)

(dalam sistem)

(dalam sistem)

Aliran INPUT 2

Batas sistem

SISTEMAliran INPUT 1

Aliran OUTPUTGenerasi

Akumulasi

Dua Jenis Neraca

1. Neraca Diferensial Neraca yang menunjukkan apa yang

terjadi dalam sistem pada waktu tertentu

Diterapkan pada sistem yang kontinyu Masing-masing suku dalam persamaan

neraca dinyatakandalam laju/kecepatan

LAJU LAJU LAJU LAJU LAJUINPUT + GENERASI – OUTPUT – KONSUMSI = AKUMULASI

2. Neraca Integral Neraca yang dapat menjelaskan apa yang

terjadi antara 2 waktu tertentu Diterapkan pada sistem batch, yang

menjelaskan apa yang terjadi mulai semua umpan masuk sampai semua produk dikeluarkan dari sistem

Masing-masing suku dinyatakan dalam banyaknya bahan

BANYAK BANYAK BANYAK BANYAK BANYAKINPUT + GENERASI – OUTPUT – KONSUMSI = AKUMULASI

Neraca untuk sistem kontinyu yang steady-state Suku akumulasi = 0 sehingga:

Persamaan di atas dapat ditulis sebagai:

LAJU LAJU LAJU LAJUINPUT + GENERASI – OUTPUT – KONSUMSI = 0

LAJU LAJU LAJU LAJUINPUT + GENERASI = OUTPUT + KONSUMSI

Contoh aplikasi lainnya di industri

Safety