Soal Haris Ujian

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SOAL UJIAN HARIAN PRAKTIKUM SISTEM PERSAMAAN LINEAR Soal Ujian Harian SPS Minggu I Suatu kolom distillasi digunakan untuk memisahkan 10,000 kg campuran benzene-toluene (50%50%). Produk atas mempunyai komposisi 95% benzene dan 5% Toluene. Produk bawah mempunyai komposisi 4% benzene dan 96% Toluene. Uap masuk kondenser hasil atas dengan kecepatan 8000kg/jam, sebagian dari produk dikembalikan lagi kedalam kolom sebagai refluks (R). Tentukan laju alir distilat (D), laju alir residu (W), serta jumlah produk yang di refluks (R). Penyelesaian: Neraca Massa Total: F=D+W 10,000 = D + W

(1)

Neraca Massa Benzene: F. XF = D.XDb + W.XWb 5,000 = 0.95 D + 0.04 W

(2)

Neraca Massa Sekitar Condenser: 8000 = D + R

(3)

Persamaan-persamaan diatas ditulis kembali dalam bentuk matriks: 1 [0.95 1 Scipad :

1 0 𝐷 10,000 ] 𝑥 [ ] = [ 0.04 0 𝑊 5000 ] 0 1 𝑅 8000 Console :

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

Soal Ujian Harian SPS Minggu II Aliran suatu fluida cair pada pipa memberikan beberapa data dari persamaan D’Arcy sebagai berikut: f L (ft) f^0.35 L^4 f^0.49 L^5 f^0.54 L^9 Dengan persamaan D’Arcy:

D (ft) D^0.15 D^0.25 D^0.35 𝐹=

V (ft/s) 50 55 65

𝑓. 𝐿. 𝑣 2 𝐷

Tentukan f, L, dan D! Algoritma: 𝑓. 𝐿. 𝑣 2 𝐷 log 𝐹 = log 𝑓 + log 𝐿 + log 𝑣 2 − log 𝐷 𝐹=

log 𝐹 − log 𝑣 2 = log 𝑓 + log 𝐿 − log 𝐷 log Scipad

𝐹 = log 𝑓 + log 𝐿 − log 𝐷 𝑣2

F 2120 3120 4120

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

Hasil running program

Soal Ujian Harian SPS Minggu III Pada perancangan Packed Tower, evaluasi tinggi transfer unit dapat diperkirakan berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan oleh Sherwood dan Halloway pada proses absorbsi dan desorbsi ditinjau dari fasa liquid, yang memberikan korelasi empiris sebagai berikut: HL = β . (L/μL)n . (NSc)m Sedangkan harga HL , L/μL dan NSc untuk distilasi pada berbagai ukuran packing diketahui: Ukuran 1 1.5 2 HL 0.34 0.47 0.58 L 56.98 26.56 75.53 μL 0.77 0.83 0.91 NSc 0.6 0.7 1.8 Berapakah nilai konstanta-konstanta dari persamaan di atas? Algoritma: Log (HL) = Log (β . (L/μL)n . (NSc)m) Log (HL) = Log (β) + n Log (L/μL) + m Log (NSc) Scipad:

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

Hasil Running Program:

Soal Ujian Harian SPS Minggu IV Reaksi dehidrogenasi etanol dilakukan dengan memasukan umpan ke reaktor pada 300 oC. Umpan dengan komposisi 90% mol etanol dan acetaldehyde masuk reaktor dengan laju alir 150 mol/detik. Untuk menjaga temperatur dan laju kecepatan reaksi , sejumlah panas ditambahkan ke reaktor, laju penambahan panas 2440 kW dan temperature keluaran (outlet) 253 oC. Reaksi : C2H5OH

CH3CHO + H2

Hitung n1, n2, n3 dan berapa konversi di reaktor Substance C2H5OH CH3CHO H2

H input (kJ/mol) -212,19 -147,07 -

Algoritma Q = 2440 kW = 2440 kJ/s

Reaktor

H output (kJ/mol) -216,81 -150,90 6,595

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 150 mol/s 0,9 mol C2H5OH(v)/mol

n1 (mol C2H5OH/s )

0,1 mol CH3CHO(v)/mol

n2 (mol CH3CHO/s ) n3 (mol H2/s )

Neraca komponen atom C Input = output CC2H5OH + CCH3CHO = CC2H5OH + CCH3CHO + CH2 (0,9*150*2) + (0,1*150*2) = (2*n1) + (2*n2) + 0 270 +30 = (2*n1) + (2*n2) 300 = (2*n1) + (2*n2) .........................................................................(1) Neraca komponen atom H Input = output CC2H5OH + CCH3CHO = CC2H5OH + CCH3CHO + CH2 (0,9*150*6) + (0,1*150*4) = (6* n1) + (4* n2) + (2*n3) 810 + 60 = (6* n1) + (4* n2) + (2*n3) 870 = (6* n1) + (4* n2) + (2*n3) ...........................................................(2) Neraca Panas 𝑄 = ∆𝐻 = ∑(𝑛𝑜𝑢𝑡 × 𝐻𝑜𝑢𝑡 ) − ∑(𝑛𝑖𝑛 × 𝐻𝑖𝑛 ) 2440 = [(-216,81* n1) + (-150,90*n2) + (6,595*n3)] – [(-212,19*135) + (-147,07*15)] 2440 = [(-216,81* n1) + (-150,90*n2) + (6,595*n3)] – (-28645,65 – 2206,05) 2440 = [(-216,81* n1) + (-150,90*n2) + (6,595*n3)] + 30851,7 (216,81* n1) + (150,90*n2) - (6,595*n3) = 28411,7 ...........................(3) 𝑛1 2 2 0 300 4 2 ⟧ × ⟦𝑛2 ⟧ = ⟦ 870 ⟧ ⟦ 6 𝑛3 216,81 150,90 −6,595 28411,7 A 𝑛1 2 ⟦𝑛2 ⟧ = ⟦ 6 𝑛3 216,81 C=

x C

=

B

−1 2 0 300 4 2 ⟧ × ⟦ 870 ⟧ 150,90 −6,595 28411,7

A-1

Scipad clear clc A=[2 2 0;6 4 2;216.81 150.90 -6.595];

x

B

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO B=[300;870;28411.7]; C=inv(A)*B; n1=C(1) n2=C(2) n3=C(3) n0=150*0.9; x=(n0-n1)/n0

ATAU

clear clc A=[2 2 0;6 4 2;216.81 150.90 -6.595]; B=[(150*0.9*2+150*0.1*2);(150*0.9*6+150*0.1*4);(-135*-212.19-15*147.07-2440)]; C=inv(A)*B; n1=C(1) n2=C(2) n3=C(3) n0=150*0.9; x=(n0-n1)/n0

SOAL UJIAN HARIAN PRAKTIKUM REGRESI LINEAR Soal Ujian Harian RL minggu I 1. Reaktan A dalam reaktor bath mengalami reaksi dekomposisi membentuk produk R menurut persamaan stoikiometri 𝐴 → 𝑅. Data konsentrasi A dalam reaktor terhadap berbagai waktu ditunjukkan sebagai berikut : t (s) Ca (mol/L) dCa/dt (mol/L.s) 0 1,0 -0,1 10 0,5 -0,025 20 0,33 -0,0111 30 0,25 -0,00625 40 0,2 -0,004 Apabila volume reaktor konstan (batch) maka hitunglah: 1. Orde reaksi yang sesuai dengan persamaan laju reaksi dekomposisi A menjadi R 2. Nilai konstanta kecepatan reaksi Penyelesaian ALGORITMA

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO a. Neraca massa reaktor batch Input – output + reaksi = akumulasi 0 – 0 + (ra).V = dNa/dt ra.V = d(CaV)/dt ra.V = V.dCa/dt + Ca.dV/dt ra.V = V.dCa/dt b. Linierisasi persamaan 𝑑𝐶𝑎 𝑑𝑡

= −𝑘𝐶𝑎𝑛

ln (− ln (−

𝑑𝐶𝑎 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝑎 𝑑𝑡



−

𝑑𝐶𝑎 𝑑𝑡

) = ln(𝑘𝐶𝑎𝑛 )

= 𝑘𝐶𝑎𝑛

 ln (−

𝑑𝐶𝑎 𝑑𝑡

) = ln 𝑘 + ln 𝐶𝑎𝑛

) = 𝑛 ln 𝐶𝑎 + ln 𝑘........(1)

Persamaan (1) setara dengan persamaan umum y = ax + b SCIPAD clear clc dCadt=[0.1 0.025 0.0111 0.00625 0.004]; Ca=[1 0.5 0.33 0.25 0.2]; t=0:10:40; x=log(Ca); y=log(dCadt); [a,b]=reglin(x,y) n=a k=exp(b) P=poly([b a],'x','coeff'); yhit=horner(P,x); x=x'; y=y'; yhit=yhit'; disp("ln Ca disp([x y yhit]) clf plot2d(x,y,-6)

ln (-dCa/dt) ln (-dCa/ct) hit")

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO plot2d(x,yhit,6) xtitle('Hubungan ln Ca terhadap ln (-dCa/dt)','ln Ca','ln (-dCa/dt)')

Hasil:

Soal ujian harian RL minggu II 2. Data berikut untuk reaksi A↔B , dengan menggunakan katalis enzim Aase. Volume reaksi adalah 1mL, konsentrasi awal A adalah 5mM. Dilakukan 7 percobaan terpisah, tiap percobaan memiliki kandungan A yang berbeda-beda. Setelah 5 menit didapatkan data sebagai berikut : Percobaan ke 1 2 3 4 5 6 7

Volume A (mL) 0.008 0.010 0.015 0.020 0.040 0.060 0.100

B yang terbentuk (nmol) 26 29 39 43 56 62 71

Dengan menggunakan persamaan Michaelis-Menten yaitu : 𝑣 =

𝑉𝑚𝑎𝑥 [𝑆] 𝐾𝑚+[𝑆]

, hitunglah :

a. Nilai Vmax dan Km, tampilkan dalam tabel dan plotkan dalam grafik. b. Konsentrasi B yang terbentuk jika digunakan substrat A sebanyak 0.175 mL (dalam nmol)

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO c. Jika diketahui katalis enzim Aase yang digunakan sebanyak 0.002 mL dengan konsentrasi 10µM dalam 1mL volume reaksi, tentukan nilai kkatalis ! Persamaan : 𝑘𝑘𝑎𝑡𝑎𝑙𝑖𝑠 =

𝑉𝑚𝑎𝑥 [𝐸]

, dimana [E] adalah konsentrasi enzim yang digunakan pada

reaksi (µM) Petunjuk :  

A adalah substrat [S] (µM) v adalah kecepatan reaksi mula-mula (µM / menit) Penyelesaian ALOGARITMA



Persamaan Michaelis-Menten : 𝑉𝑚𝑎𝑥 [𝑆] 𝑣= 𝐾𝑚 + [𝑆] 1 𝐾𝑚 + [𝑆] = 𝑣 𝑉𝑚𝑎𝑥[𝑆] 1 𝐾𝑚 1 1 = . + 𝑣 𝑉𝑚𝑎𝑥 [𝑆] 𝑉𝑚𝑎𝑥 y







a

x

b

Menentukan nilai [S] : Untuk A = 0.008 mL 0.008𝑚𝐿 × 5𝑚𝑀 1000𝜇𝑀 × = 40𝜇𝑀 1𝑚𝐿 1𝑚𝑀 Dan seterusnya.. Menentukan nilai v : Untuk B = 26 nmol/5menit 26 𝑛𝑚𝑜𝑙 5 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 × 1000𝑚𝐿 × 0,001𝜇𝑚𝑜𝑙 = 5,2 𝜇𝑀/𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 1𝑚𝐿 1𝐿 1𝑛𝑚𝑜𝑙 Dan seterusnya.. Menentukan nilai [E] : 0,002𝑚𝐿 × 10𝜇𝑀 = 0,02 𝜇𝑀 1𝑚𝑙

SCIPAD clear clc B=[26 29 39 43 56 62 71];

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO A=[0.008 0.01 0.015 0.02 0.04 0.06 0.1]; S(1)=A(1)*5*1000; S(2)=A(2)*5*1000; S(3)=A(3)*5*1000; S(4)=A(4)*5*1000; S(5)=A(5)*5*1000; S(6)=A(6)*5*1000; S(7)=A(7)*5*1000; St=S^-1; x=St' v(1)=B(1)/5; v(2)=B(2)/5; v(3)=B(3)/5; v(4)=B(4)/5; v(5)=B(5)/5; v(6)=B(6)/5; v(7)=B(7)/5; vt=v^-1; y=vt' //atau //S=[A*5*1000]; //v=[B/5]; //x=S^-1; //y=v^-1; [a,b]=reglin(x,y); disp ("jawaban soal a") Vmax=1/b Km=a*Vmax pers=poly ([b a],'x','coeff'); yhit=horner (pers,x); x=x'; y=y'; yhit=yhit'; disp (" 1/[S] 1/v 1/vhitung ") disp ("-----------------------------------") disp ([x y yhit]) clf plot2d (x,y,-2) plot2d (x,yhit,-3) xtitle ('Hubungan kecepatan reaksi ezimatik terhadap jumlah substrat','1[S]','1/v') disp ("jawaban soal b") disp ("B untuk A=0,175 dalam nmol") SA=[0.175*5*1000];

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO xA=SA^-1; yA=horner (pers,xA); vA=yA^-1; Bbaru=vA*5 disp ("jawaban soal c") E=0.02; kkatalis=(Vmax/E) HASIL

Soal ujian harian RL minggu III 3. Suatu percobaan dilakukan untuk mengetahui pengaruh temperatur terhadap kelarutan Asam

sulfat (H2SO4) dalam air. Setiap penurunan suhu 11o C larutan H2SO4 tersebut diambil sebanyak 5 ml dan dititrasi dengan NaOH 0,5 M. Berikut data volume NaOH yang dibutuhkan pada tiap penurunan suhu: Temperatur (K) Volume NaOH (ml)

339 4,1

328 2,9

317 3,2

306 2,7

295 2

284 1,5

Berdasarkan data diatas, jika diketahui persamaan van’t hoff sebagai berikut : 𝑑 ln 𝑆 ∆𝐻 = 𝑑𝑇 𝑅𝑇 2 Dimana : R

= tetapan gas ideal (1,987 kal/g mol K)

ΔH

= panas pelarutan zat per mol (kal/g mol)

S

= kelarutan (Molar)

T

= suhu (K)

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO Berapakah nilai panas pelarutan zat per mol (∆H) serta tampilkan dalam tabel dan plotkan ke dalam grafik hubungan antara suhu dan kelarutan dari data dan hasil perhitungan ! ALGORITMA

-

S didapat dari : M H2SO4

-

Linierisasi persamaan

=

𝑀 𝑁𝑎𝑂𝐻.𝑉 𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑑 ln 𝑆 ∆𝐻 = 𝑑𝑇 𝑅𝑇 2 ∫ 𝑑 ln 𝑆 = ∫

ln 𝑆 = − y

= a

y = In S 1 x= 𝑇

𝑎=− b=c

∆𝐻 𝑑𝑇 𝑅𝑇 2

∆𝐻 1 𝑅

. +𝐶 𝑇

x

∆𝐻 𝑅

+ b

∆𝐻 = 𝑎 ∗ 𝑅

Tampilan Scipad

Tampilan console

𝑉 𝐻2𝑆𝑂4

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

Tampilan grafik

Soal ujian harian RL minggu IV 4. Larutan A dimasukkan ke dalam reaktor batch membentuk produk R menurut persamaan stoikiometri 𝐴 → 𝑅. Konsentrasi A dalam reaktor terhadap berbagai waktu ditunjukkan sebagai berikut : t, min CA, mol/m3

0 1000

100 500

200 333

300 250

400 200

a. Berapa nilai konsentrasi A mula-mula dan konstanta kecepatan reaksi diatas ! b. Jika nilai CA0=500 mol/m3, tentukan konversi setelah 5 jam bereaksi ! c. Tampilkan dalam tabel dan plotkan ke dalam grafik data hasil percobaan dan perhitungan ! PENYELESAIAN ALGORITMA – Menyusun persamaan kecepatan reaksi

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO −𝑟𝐴 = −

𝑑𝐶𝐴 = 𝑘 𝐶𝐴 𝑑𝑡

𝑑𝐶𝐴 = −𝑘 𝐶𝐴 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐴 = −𝑘 𝑑𝑡 𝐶𝐴 𝐶𝐴

𝑡

𝑑𝐶𝐴 ∫ = −𝑘 ∫ 𝑑𝑡 𝐶𝐴

𝐶𝐴0

0

ln 𝐶𝐴 − 𝑙𝑛 𝐶𝐴0 = −𝑘𝑡 ln 𝐶𝐴 = −𝑘𝑡 + 𝑙𝑛 𝐶𝐴0 𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏 Soal b : 𝑑𝐶𝐴 = −𝑘 𝐶𝐴 𝑑𝑡 𝑑[𝐶𝐴0 (1 − 𝑋𝐴 )] = −𝑘 𝐶𝐴0 (1 − 𝑋𝐴 ) 𝑑𝑡 𝑡

𝑋

𝑑𝑋𝐴 𝐶𝐴0 ∫ = −𝑘 𝐶𝐴0 (1 − 𝑋𝐴 ) ∫ 𝑑𝑡 𝑋𝐴 0

0

− ln(1 − 𝑋𝐴 ) = 𝑘𝑡 𝑋𝐴 = 1 − exp(−𝑘𝑡) SCIPAD clear clc t=0:100:400; //menit CA=[1000 500 333 250 200]; //mol/m3 x=t; y=log(CA); [a,b]=reglin(x,y); CA0=exp(b) k=-a P=poly([b a],'x','coeff'); yhit=horner(P,x); x=x'; y=y'; yhit=yhit'; disp(' t ln CA ln CA hitung') disp([x y yhit]) clf plot2d(x,y,-3) plot2d(x,yhit,1) xtitle('Profil Konsentrasi A terhadap Waktu','Waktu (menit)','ln CA (mol/m3)')

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO //soal b CA0=500; t2=5*60; //menit XA2=1-exp(-k*t2) HASIL RUNNING PROGRAM

Soal ujian harian RL type V 5. Gas murni reaktan A (CA0=100 milimol/liter) diumpankan pada kondisi steady state kedalam reactor mixed flow (V=0.1 liter) dimana terjadi reaksi 2A R. untuk laju gas umpan yang berbeda diperoleh data sebagai berikut Percobaan ke1 2 3 v0 (liter/jam) 10 3 1.2 CA(milimol/liter) 85.7 66.7 50 1) Tentukan orde berapakah yang sesuai dengan reaksi diatas 2) Hitunglah konstanta laju reaksi dan tulis persamaan laju reaksinya Petunjuk : a. Untuk reaksi 2A  R , factor ekspansinya adalah 1−2 1 𝜀𝐴 = =− 2 2 b. Hubungan antara konsentrasi dan konversi

4 0.5 33.4

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 𝐶𝐴 1 − 𝑋𝐴 1 − 𝑋𝐴 = = 𝐶𝐴0 1 + 𝜀𝐴 . 𝑋𝐴 1 − 1 𝑋 2 𝐴 𝑋𝐴 =

1 − 𝐶𝐴 /𝐶𝐴0 1 − 𝐶𝐴 /2𝐶𝐴0

c. Rumus laju reaksi untuk steady state mixed flow reactor −𝑟𝐴 =

𝑣0 .𝐶𝐴0 .𝑋𝐴 𝑉

𝑚𝑖𝑙𝑖𝑚𝑜𝑙

[𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟.𝑗𝑎𝑚]

Penyelesaian : 1. Tentukan persamaan laju reaksi −𝑟𝐴 = 𝑘. 𝐶𝐴 𝑛 2. Linierisasi persamaan log(−𝑟𝐴 ) = log 𝑘 + 𝑛 log 𝐶𝐴 𝑦 = 𝑏 + 𝑎𝑥 SCIPAD clear clc CA0=100; V=0.1; EA=-0.5; V0=[10 3 1.2 0.5]; CA=[85.7 66.7 50 33.4]; XA(1)=(1-(CA(1)/CA0))/(1-(CA(1)/(2*CA0))); XA(2)=(1-(CA(2)/CA0))/(1-(CA(2)/(2*CA0))); XA(3)=(1-(CA(3)/CA0))/(1-(CA(3)/(2*CA0))); XA(4)=(1-(CA(4)/CA0))/(1-(CA(4)/(2*CA0))); x=log10(CA); rA(1)=(V0(1)*XA(1)*CA0)/V; rA(2)=(V0(2)*XA(2)*CA0)/V; rA(3)=(V0(3)*XA(3)*CA0)/V; rA(4)=(V0(4)*XA(4)*CA0)/V; y=log10(rA); y=y'; [a,b]=reglin(x,y); n=a k=10^b pers=poly([b a],'x','coeff'); yhit=horner(pers,x); x=x';

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO y=y'; yhit=yhit'; disp(" x y yhit") disp("=====================================") disp([x y yhit]) clf plot2d(x,y,-4) plot2d(x,yhit,6) HASIL

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SOAL UJIAN HARIAN PRAKTIKUM PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

Soal ujian harian PDB minggu I Pada sebuah reaktor batch terdapat senyawa A dan B dengan konsentrasi awal masing-masing adalah 2 mol/L dan 5 mol/L. Reaksi yang terjadi adalah seperti berikut: A+B

2C + B

E + 2B

k1

C + 2D

k2

3E + D

k3

5F + 3D

Reaksi terjadi pada suhu 302oF. Apabila pengambilan data dilakukan setiap 5 menit selama 2 jam, dengan data sebagai berikut : R = 8,314 J/mol K

15,67cal = 65,57 J

A1 =10,8 m3/jam

E1=1250,8 cal/mol

A2 = 3 m3/jam

E2=1452,7 cal/mol

A3=7,5 m3/jam

E3=2156,5 cal/mol

Dari berbagai data teknis di atas, maka Anda diharapkan dapat menyelesaikan berbagai persoalan di bawah ini : a. Buatlah profil konsentrasi (mol/L) selama 2 jam dalam tabel dan grafik! b. Berapa konversi akhir A(%)? c. Berapa konsentrasi E maksimum? d. Berapa konsentrasi F pada menit ke 98? Algoritma dCa/dt = -k1CaCb dCb/dt = -k1CaCb - (1/2) k2Cc2Cb - k3CeCb2 dCc/dt = k1CaCb-k2Cc2Cb dCd/dt = 2k1CaCb+ (1/2) k2Cc2Cb+ (3/2) k3CeCb2 dCe/dt = (3/2) k2Cc2Cb - (1/2) k3CeCb2 dCf/dt = (5/2) k3CeCb2 Scipad clear clc function dc=konsentrasi(t, c) T=150+273.15; R=1.987; A1=0.18;

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO A2=0.05; A3=0.125; E1=1250.8; E2=1452.7; E3=2156.5; k1=A1*exp(-E1/(R*T)); k2=A2*exp(-E2/(R*T)); k3=A3*exp(-E3/(R*T)); dc(1)=-k1*c(1)*c(2); dc(2)=-k1*c(1)*c(2)-0.5*k2*c(2)*c(3)^2-k3*c(5)*c(2)^2; dc(3)=k1*c(1)*c(2)-k2*c(2)*c(3)^2; dc(4)=2*k1*c(1)*c(2)+0.5*k2*c(2)*c(3)^2+1.5*k3*c(5)*c(2)^2; dc(5)=1.5*k2*c(2)*c(3)^2-0.5*k3*c(5)*c(2)^2; dc(6)=2.5*k3*c(5)*c(2)^2; endfunction c0=[2;5;0;0;0;0]; t0=0; t=[0:5:120]; c=ode(c0,t0,t,konsentrasi); t=t'; c=c'; disp('t CA CB CC CD CE CF') disp('------------------------------------------------------------------------------------') disp([t c]) clf plot2d(t,c,[2 3 4 5 6 7]) xtitle('Profil Waktu vs Konsentrasi','Waktu (menit)','Konsentrasi (mol/L)') legend(['A';'B';'C';'D';'E';'F']); xgrid(1); cf98=ode(c0,t0,98,konsentrasi)'; ca0=c(1,1); ca120=c(25,1); Konversi_A=(ca0-ca120)/ca0*100 Konsentrasi_E_maks=max(c(:,5)) Konsentrasi_F_98menit=cf98(6) JawabanAkhir b. Konversi A

= 99,89 %

c. Konsentrasi E maksimum

= 1,19 mol/L

d. Konsentrasi F pada 98 menit

= 4,18 mol/L

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO Soal Ujian harian PDB minggu II Gas alam dan kondensat diproduksi dari reservoir jenuh dalam kesetimbangan. Namun, Gas dan kondensat tersebut mengandung H2S yang perlu dihilangkan. Proses pemisahan H2S menggunakan metode dehidrasi yaitu dengan menggunakan teknik TEG DHU, dimana cairan yang digunakan adalah TEG (Triethylene Glycol) dengan (y0=0). Proses pemisahan dilakukan di dalam absorber dengan tinggi 75 m. Hubungan antara tinggi absorber dan komposisi H2S dapat ditulis sebagai berikut: h=

Lo dx ∫ Kla . A (x − x ∗)

Keterangan : h

= tinggi menara (m)

Lo

= kecepatan cairan masuk absorber (kmol/h)

A

= luas penampang kolom (m3)

x

= fraksi mol H2S dalam cairan keluar dari absorber

x*

= fraksi mol H2S yang seimbang dengan fraksi gasnya

Persamaan diatas dapat diselesaikan dengan persamaan garis operasi dan hubungan keseimbangan, sebagai berikut: Lm.X0 +Vm.Y0 = Lm.X +Vm.Y* Dimana x 1−x x0 X0 = 1 − x0 X=

Lm = L0.(1-x0) y∗ Y ∗= 1−y∗ Yo =

y0 1 − y0

Vm = V0.(1-y0) Persamaan hubungan kesetimbangan: Pt

x* = P0 . y ∗ Data yang ada : Kla

= 43,4 kmol/m3.h

A

= 13,4 m2

L0

= 45321,8 kmol/h

Pt

= 2,56 atm

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO P0

= 257,94 atm

x0

= 0,089

V0

= 1562,81 kmol/h

Pertanyaan : a) Buatlah grafik hubungan tinggi absorber dengan komposisi H2S b) Berapa komposisi H2S keluar absorber Algoritma h=

Lo dx ∫ Kla . A (x − x ∗)

75

∫ dh = 0

L0 dx ∫ Kla . A (x − x ∗)

dx Kla . A (x − x ∗) = dh L0 dx Kla . A Pt = [x − ( . y ∗)] dh L0 P0 Lm.X0 +Vm.Y0 = Lm.X +Vm.Y* Yo =

y0 1 − y0

Diketahui bahwa penyerapan murni, maka y0 = 0 dan Y0 = 0 sehingga persamaan garis operasi menjadi: Lm

Y* = Vm (x0 − x) y∗ L0. (1 − x0) x0 x = . [( )−( )] = Q 1−y∗ V0. (1 − y0) 1 − x0 1−x Q

y* = 1+Q Persamaan hubungan kesetimbangan Pt

Pt

Q

X* = P0 . y ∗ = P0 . 1+Q Jika L0.(1−x0)

A = V0.(1−y0) x0

B = (1−x0) Maka x A. (B − (1 − x)) dx Kla . A Pt = [x − { . ( )}] x dh L0 P0 (1 + A. (B − (1 − x)

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO Scipad clear clc function dx=soal(h,x) kla=43.4; A=13.4; L0=45321.8; Pt=2.56; P0=257.94; x0=0.089; V0=1562.81; y0=0; Vm=V0*(1-y0); Lm=L0*(1-x0); Y0=y0/(1-y0); X0=x0/(1-x0); X=x/(1-x); Ybint=((Lm*X0)+(Vm*Y0)-(Lm*X))/Vm; ybint=Ybint/(1+Ybint); xbint=(Pt/P0)*ybint; dx=((kla*A)/L0)*(x-xbint) endfunction x0=0.089; h0=75; h=75:-7.5:0; x=ode(x0,h0,h,soal); h=h'; x=x'; disp(" h x") disp("========================") disp([h x]) clf plot2d(h,x,2) xtitle('Hubungan Tinggi Absorber dengan Konsentrasi H2S','Tinggi Absorber','Konsentrasi') xgrid(1) disp("komposisi H2S keluar reaktor =komposisi reaktor pada saat tinggi kolom nol") x_h=x(11,1); disp([x_h])

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO Soal ujian harian PDB minggu III Suatu reaksi kompleks terjadi di dalam reaktor CSTR semi batch K1

A + B↔ 2R +S K2 K3

A + B ↔3P +2Q K4

Umpan reaktor pada sistem ini dilakukan secara terus menerus (continyu) sedangkan output dilakukan sekali (batch). Berdasarkan penelitian reaksi diatas mempunyai tinjauan kinetika sebagai berikut k1 = 10 L/mol jam k2 = 3 L/mol jam k3 = 4 L/mol jam k4 = 1 L/mol jam Ci= ni/Vr dan Vr=Q.t+V0 Hitunglah mol masing-masing senyawa setelah periode 10 menit dan buatlah profil interval waktu 10 detik. Apabila, flow rate umpan reaktor dijaga konstan sebesar 20 L/s, dan pada keadaan awal volume dalam reaktor adalah (Vo) = 100 L dengan konsentrasi CAo = 10 mol/liter, CBo = 15 mol/liter dan CSo = 5 mol/liter. Pertanyaan : a. b. c. d.

Profil waktu vs mol dalam tabel dan grafik Konversi A maximum Mol S maksimum Berapa mol senyawa P pada menit ke 5

Algoritma r1 = k1 Ca Cb r2 = k2 Cr2 Cs r3 = k3 Ca Cb r4 = k4 Cp3 Cq2 dCa/dt = r2+r4-r1-r3 dCb/dt = r2+r4-r1-r3 dCr/dt = r1- 1/2 r2 dCs/dt = r1-r2 dCp/dt = r3- 1/3 r4 dCq/dt = r3 – ½ r4 dna/dt =Vr( r2+r4-r1-r3) dnb/dt = Vr(r2+r4-r1-r3) dnr/dt = Vr(r1- 1/2 r2)

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO dns/dt = Vr(r1-r2 ) dnp/dt = Vr(r3- 1/3 r4) dnq/dt = Vr(r3 – ½ r4)

Scipad : clear clc function dn=mol(t, n) v0=100 Q=20 vr=Q*t+v0 k1=10/3600 k2=3/3600 k3=4/3600 k4=1/3600 C1=n(1)/vr C2=n(2)/vr C3=n(3)/vr C4=n(4)/vr C5=n(5)/vr C6=n(6)/vr r1=k1*C1*C2 r2=k2*C3^2*C4 r3=k3*C1*C2 r4=k4*C5^3*C6^2 dn(1)=vr*(r2+r4-r1-r3) dn(2)=vr*(r2+r4-r1-r3) dn(3)=vr*(r1-0.5*r2) dn(4)=vr*(r1-r2) dn(5)=vr*(r3-1/3*r4) dn(6)=vr*(r3-0.5*r4) endfunction n0=[1000;1500;0;500;0;0]; t0=0; t=0:10:600; n=ode(n0,t0,t,mol); t=t'; n=n'; disp([t n]) clf plot2d(t,n,[1 2 3 4 5 6]); Xa=(n(1,1)-n(61,1))/n(1,1)*100 nSmax=max(n(:,4)) n5menit=ode(n0,t0,300,mol) nP5menit=n5menit(5) Grafik Hasil Run

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO Soal ujian harian PDB minggu IV Produksi X berasal dari reaksi yang berjalan pada fase gas pada tekanan 35 atm dan temperatur 1500oR di bawah ini : M + H  X + M….(Persamaan. 1) X + H  T + M…..(Persamaan. 2) Reaksi kedua tidak diinginkan karena harga X lebih mahal dibanding harga T Diketahui data sebagai berikut : 0.5 rM= k1 CM CH

V

waktu tinggal (jam) τ = v

0.5 rT= k 2 CX CH

CH0 =

0

yH0 .P0 R.T0

ft 3⁄ lbmol k1 = 55,2 h

CM0 = 0,5. CH0

ft 3⁄ lbmol k 2 = 30,2 h

CX0 = 0



Laju Alir Reaktan (v0)

= 476 ft3/h



Konsentrasi H dalam Feed masuk (y0)

= 66,7%



Konsentrasi M dalam Feed masuk (x0)

= 33,3%



Volume Packed Bed Reactor (V)

= 238 ft3



Konstanta Gas Ideal (R) = 0,73 ft3.atm/(lbmol.oR)

Dari berbagai data teknis di atas, maka anda diharapkan dapat menyelesaikan berbagai persoalan di bawah ini : 1. Buat profil konsentrasi H, M dan X sebagai fungsi waktu, amati dari waktu ke-0 jam hingga τ jam dengan interval 0,025 jam. 2. Berapa waktu tinggal optimum untuk produksi X maksimum ? 3. Berapa konsentrasi X maksimum yang dapat diperoleh ? 4. Berapa konversi akhir (%) H yang bereaksi menjadi produk ? Algoritma dCH 0.5 0.5 = −k1 CM CH − k 2 CX CH = −rM − rT dt dCM 0.5 = −k1 CM CH = −rM dt

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO dCX 0.5 0.5 = k1 CM CH − k 2 CX CH = rM − rT dt Scipad clear clc function dC=soal3(t, C) k1=55.2; k2=30.2; r1=k1*C(2)*(C(1)^0.5); r2=k2*C(3)*(C(1)^0.5); dC(1)=-r1-r2; dC(2)=-r1; dC(3)=r1-r2; endfunction yh0=0.667; p0=35; R=0.73; T=1500; v=238; v0=476; h0=(yh0*p0)/(R*T); m0=0.5*h0; x0=0; taw=v/v0; C0=[h0;m0;x0]; t0=0; t=0:0.025:taw; C=ode(C0,t0,t,soal3); t=t'; C=C'; disp("--------------------------------------------------") disp(" t(jam) H M X") disp("--------------------------------------------------") disp([t C]) disp("--------------------------------------------------") clf plot2d(t,C,[2 5 6]) xtitle('Profil Konsentrasi dalam Plug Flow Reactor (PFR)','Waktu Tinggal (Jam)','Konsentrasi (lbmol/ft3)') legend(["H";"M";"X"]); xgrid(1); Xmax=max(C(:,3)) t_saat_Xmax=t(9,1); H0=C(1,1); Hfinal=C(21,1); XH=(H0-Hfinal)/H0*100; disp('Konsentrasi X maksimum :") disp(Xmax) disp('Jadi waktu tinggal supaya produksi X Maksimum (jam):") disp(t_saat_Xmax) disp('Konversi Akhir gas H :")

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO disp(XH) Jawaban Akhir c. Konsentrasi X maksimum

= 0,0051439 lbmol/ft3

b. Jadi waktu tinggal supaya produksi X Maksimum

= 0,2 jam

c. Konversi akhir gas H

= 76,299528 %

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SOAL UJIAN HARIAN PRAKTIKUM AKAR – AKAR PERSAMAAN Soal AAP minggu I Persamaan Soave-Redlich-Kwong merupakan persamaan keadaan yang digunakan untuk mempridiksi property dari suatu senyawa yang tidak dapat diprediksi menggunakan persamaan gas ideal. Gas etana yang bertekanan 15 bar dan bersuhu 180°C, dengan menggunakan persamaan Soave-Redlich-Kwong tentukan: a. Volume gas etana b. Harga Z Persamaan keadaan Soave-Redlich-Kwong adalah sebagai berikut: RT aα P= − … … … (1) V − b V(V + b) Dengan: R2 . Tc 2 a = Ao … … … (2) Pc R. Tc b = Bo … … … (3) Pc α={1+(0,48508+1,55171ω-0,15613ω2)(1-Tr0,5)}2 …… (4) T Tr = … … … (5) Tc Ao = 0,42748 Bo = 0,08664 ω = 0,098 Tc = 305,4 K Pc = 48,8 bar Algoritma 1. Tentukan nilai Tr, a, b, dan α menggunakan persamaan (2), (3), (4), dan (5). 2. Substitusi kedalam persamaan keadaan 3. Merubah persamaan menjadi bentuk implicit y=0 RT aα y= − −P=0 V − b V(V + b) Scipad note

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

Soal AAP minggu II Heat Transfer in Reactor Suatu reaksi elementer A  B + C berlangsung dalam sebuah reaktor alir tangki berpengaduk (RATB). Laju umpan murni A, 12 mol/s pada temperature 25C. reaksi bersifat eksotermik, untuk itu digunakan air pendingin bertemperatur 50C untuk menyerap kalor yang dibebaskan reaksi. Asumsi konstanta kapasitas panas sama baik disisi reaktan maupun produk, neraca panas untuk system ini dirumuskan sebagai berikut: −𝐹𝐴0 𝑋∆𝐻𝑅 = 𝐹𝐴0 𝐶𝑝𝐴 (𝑇 − 𝑇0 ) + 𝑈𝐴(𝑇 − 𝑇𝑎 ) FA0 = laju molar umpan, mol/s X = konversi ΔHR = Kalor reaksi, J/mol.K CpA = kapasitas panas A, J/mol.K T = temperature reaktor T0 = Temperatur referensi, 25C Ta = Temperatu air pendingin, C A = Luas perpindahan panas, m2 Untuk reaksi orde pertama konversi dirumuskan sebagai τk X= 1 + τk Dengan τ adalah waktu tinggal dan k adalah konstanta laju reaksi dihitung menggunakan persamaan arhenius −3800

⁄T+273 k = 650e Hitunglah harga temperature reaktor dan konversinya! (ΔHR = -1500 kJ/mol; τ=10 s; CpA = 4500 J/mol.K; UA/FA0 = 700 W.s/mol.K)

Algoritma

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 1. Substitusikan persamaan arhenius ke dalam persamaan konversi X=

τ (650e

−3800⁄ T+273 )

1 + τ (650e

−3800⁄ T+273 )

2. Substitusikan persamaan konversi ke dalam persamaan neraca panas. τ (650e

−3800⁄ T+273 )

−𝐹𝐴0 ( ) ∆𝐻𝑅 = 𝐹𝐴0 𝐶𝑝𝐴 (𝑇 − 𝑇0 ) + 𝑈𝐴(𝑇 − 𝑇𝑎 ) −3800⁄ T+273 ) 1 + τ (650e 3. Ubah ke dalam bentuk persamaan implicit τ (650e

−3800⁄ T+273 )

−𝐹𝐴0 ( ) ∆𝐻𝑅 − 𝐹𝐴0 𝐶𝑝𝐴 (𝑇 − 𝑇0 ) − 𝑈𝐴(𝑇 − 𝑇𝑎 ) = 0 −3800⁄ T+273 ) 1 + τ (650e 4. Selesaikan menggunakan program fsolve Tampilan Scipad dan Console

Soal AAP minggu III Aliran Fluida Pada suatu pabrik yang memproduksi etanol akan di memindahkan produknya dari tangki penyimpanan ke tangka proses dengan menggunakan system pemipaan, etanol di pompa menuju ke tangki proses dengan laju 8 m/s , pipa yang digunakan adalah pipa lurus yang disertai bengkokan (elbow) serta valve dengan panjang ekivalen 37.37 ft. Selama proses tranportasi cairan, operator terus mengukur tekanan fluida dan didapatkan perbedaan tekanan sebesar 2.12 inHg. Tentukan diameter dalam pipa lurus yang digunakan jika factor friksi 0.05 Gunakan persamaan : ℎ𝑓 = 𝑓 ∆𝑃

𝐿𝑒 𝑉 2 𝐷 2𝑔

…………………………… 1)

hf = 𝜌 𝑔 ………………………………………............2)

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO Data pendukung : 𝜌 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0.789 g/cm3 g = 980 cm/s2 1 ft = 0.3048 m 1 inHg = 0.03 atm 1 atm = 101325 Pa Algoritma : 1. Merubah semua variable ke dalam satuan yang sama 𝜌 𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0.789 g/cm3 = 789 kg/m3 𝑔 = 980 cm/s2 = 9.8 m/s2 𝑣 = 8 m/s 𝐿𝑒 = 37.37 ft = 11.39 m ∆𝑃 = 2.12 in Hg = 7190.94 Pa = 7190.94 N/m2 2. Penurunan persamaan ∆𝑃

hf = 𝜌 𝑔 hf = 𝑓

𝐿𝑒 𝑉 2 𝐷 2𝑔

y= hf - ( 𝑓

𝐿𝑒 𝑉 2 𝐷 2𝑔

)=0

LABORATORIUM KOMPUTASI PROSES JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO Soal AAP minggu IV Untuk sistem metanol(1)/methyl acetate(2), persamaan yang berkaitan dengan koefisien aktivitas sebagai berikut : ln γ1 = Ax22

ln γ2 = Ax12

dimana A = 2,771-0,00523T

dengan persamaan Antoine 3643,31

ln P1sat = 16,59158 - 𝑇−33,424

2665,54

ln P2sat = 14,25326 - 𝑇−53,424

dimana T dalam Kelvin dan tekanan uap dalam kPa. Hitung temperatur sistem bila diketahui x1, y1, dan P berturut-turut adalah 0,25 ; 0,282 dan 73,50 Diketahui : yiP = xiγiPisat P = ∑ xiγiPisat Scipad

Run di Console