Sistem terdiri dari dua kolom distilasi untuk memisahkan campuran komponen. Analisis derajat kebebasan digunakan untuk menentukan apakah masalah dapat diselesaikan.

1. Neraca Massa dan Energi
TK-2105/ 3 SKS
Dosen pengampu :
Prof. Dr. Ir. Heri Susanto
Dr. Jabosar Ronggur H P, S.T.,M.T
Wika Atro A, S.T., M.T
TEKNIK KIMIA ITERA
2021

2. Analisis Derajat Kebebasan (ADK)
• Merupakan suatu metoda sistematik dan sederhana untuk
memeriksa persoalan neraca massa dan energi.
• Kriteria ADK:
 DK (derajat kebebasan) > 0, maka soal
kekurangan data (under-specified) sehingga tidak
dapat diselesaikan.
 DK = 0, maka well-specified, soal dapat
diselesaikan dan hasilnya tunggal.
 DK < 0, maka over-specified, soal dapat
diselesaikan tetapi menghasilkan jawaban yang
lebih dari satu.
• Dengan bantuan ADK ini, kita dapat menentukan untuk
langsung menyelesaikan persoalan atau menunda untuk
melengkapi data/informasi

3. Analisis Derajat Kebebasan (ADK)
• Rumus ADK:
DK = A – B – C – D
dimana:
 A = banyaknya variabel dalam aliran
 B = banyaknya komponen neraca massa, TTSL
 C = banyaknya nilai komposisi dan laju alir (dalam
bentuk angka) yang diketahui dari soal
 D = banyaknya hubungan pendukung/informasi
tambahan yang diketahui dari soal

4. • Banyaknya variabel dalam aliran (A) adalah
banyaknya komponen yang ada di semua aliran
yang terlibat didalam sistem (masuk dan keluar)
hitung jumlah komponen masing- masing aliran.
• B (hitung jumlah komponen yang terlibat).
• Jika semua komposisi diketahui (C) sebanyak n,
maka banyaknya data yang diakui (n-1)
• Aliran komponen murni (100%) tidak boleh
dimasukkan sebagai fraksi komponen yang
diketahui.
• Jika menetapkan basis, dimasukkan sebagai data
laju alir yang diketahui.
• Persamaan pendukung adalah persamaan diluar
neraca massa dan energi.

5. NERACA MASSA SISTEM MULTIUNIT
TANPA REAKSI

6. Neraca Menyeluruh
 Dalam menyelesaikan neraca massa sistem multi
unit, selain mengevaluasi neraca massa total dan
komponen untuk masing – masing unit, kita dapat
juga memanfaatkan persamaan neraca massa total
dan komponen yang berlaku bagi seluruh sistem
sebagai suatu kesatuan. Neraca ini disebut sebagai
neraca massa menyeluruh (overall mass balance).
 Konsep “overall mass balance” memandang sistem
pemroses banyak unit menjadi sistem pemroses unit
tunggal.

7. Strategi Penyelesaian Neraca Massa Sistem
Pemroses Multi Unit:
 Jika data memungkinkan, selesaikan dahulu neraca
massa overall.
 Jika data tidak memungkinkan untuk menyelesaikan
neraca massa overall, selesaikan dahulu neraca
massa satu unit yang memiliki data paling lengkap.
 Jika telah memulai penyelesaian neraca massa
sebuah unit, teruskan penyelesaian berikutnya unit
demi unit sampai tuntas.

8. Neraca Massa Multi Unit Tanpa Reaksi
Contoh Soal :
 Sistem pemroses terdiri dari dua kolom distilasi digunakan untuk
operasi pemisahan komponen. Umpan sistem adalah campuran
(fraksi mol) 20% etana, 40% propana, dan 40% butana dengan laju
alir 2.000 mol/jam. Campuran dipisahkan di kolom distilasi-I untuk
menghasilkan distilat dengan komposisi 95% etan, 4% propan, dan
1% butan.
 Produk bawah kolom distilasi-I diumpankan ke kolom distilasi-II,
untuk menghasilkan distilat dengan komposisi 99% propana dan 1%
butana dan produk bawah yang terdiri atas 8,4% propana dan 91,6%
butana. Tentukan laju-laju alir dan komposisi semua aliran pada
sistem pemroses ini.

10. Penyelesaian neraca massa dimulai dari
salah satu unit
 Suatu slurry yang mengandung padatan TiO2 dalam
larutan garam akan melalui proses pencucian
sebanyak tiga tahap dengan menggunakan air.
 Umpan yang dimasukkan sebanyak 1.000 kg/jam
dengan komposisi 20% TiO2, 30% garam, dan
sisanya air. Setiap tahap dioperasikan dengan
kondisi berikut ini:
a. 80% garam pada aliran masuk terbawa dalam air
buangan
b. slurry keluar setiap tahapan memiliki padatan
dengan konsentrasi 33,3%.
c. konsentrasi garam dalam air buangan sama
dengan konsentrasi garam pada slurry keluaran

11. Analisis Derajat Kebebasan Multi Unit:
Aturan penentuan analisis derajat kebebasan multi unit
sama dengan sistem satu unit, tapi memiliki beberapa
tambahan catatan antara lain:
 Setiap unit dinggap berdiri sendiri sehingga perlu
ditentukan derajat kebebasannya. Selain itu, perlu juga
ditentukan derajat kebebasan sistem overall dan proses.
 Penentuan derajat kebebasan overall hanya melibatkan
aliran masuk dan keluar tanpa melibatkan aliran didalam
proses.
 Analisis derajat kebebasan proses total harus well-
specified walaupun masing – masing unit secara terpisah
bisa under-specified.
 Tidak boleh ada satupun unit pemroses yang over-
specified (walaupun proses well-specified).

12. Neraca Massa Multi Unit Tanpa Reaksi
Contoh Soal:
 Sistem pemroses terdiri dari dua kolom distilasi digunakan untuk operasi pemisahan
benzena, toluena dan xylena sesuai gambar. Analisis derajat kebebasan pada sistem
pemprosesan ini!

14. Aliran Balik (Recycle) dan Aliran Pintas (By-
pass)
 Aliran balik (recycle) adalah aliran yang disisihkan dari sebuah aliran
keluaran suatu unit dan dikirim balik sebagai umpan ke unit yang
terletak di hulu.
 Aliran pintas (by-pass) adalah aliran yang disisihkan dari suatu aliran
induk agar tidak melalui satu atau lebih unit proses.
 Unit dengan recycle ataupun by-pass minimal harus memiliki 3 unit
yaitu yang terdiri dari Mixer, Unit Proses dan Splitter.
Recycle By-pass

15. Unit-unit dalam sistem dengan aliran-balik paling tidak
terdiri dari tiga macam unit (Gambar 3.5):
1. unit pencampur aliran (mixer, unit-I): F1 + F5 = F2
x1,i∙F1 + x5,i∙F5 = x2,i∙F2 ; untuk i = semua
komponen
2. proses (unit-II): tempat proses perubahan fisik
maupun kimia
3. unit pembagi aliran (splitter, unit-III): F3 = F4 + F5
x3,i∙F3 = x4,i∙F4 + x5,i∙F5 ; untuk i = semua
komponen
Di dalam unit pembagi aliran ini, komposisi aliran
keluar sama dengan aliran masuk: x3,i = x4,i = x5,i ;
untuk i = semua komponen

16. Splitter Restriction (SR)
 Unit splitter memiliki tambahan hubungan informasi proses yang
disebut splitter restriction (SR).
 Dalam penentuan derajat kebebasan unit splitter, Splitter Restriction
ini dimasukkan sebagai informasi pendukung.
 Splitter Restriction (SR) dirumuskan:
SR = (N-1).(S-1)
Dimana:
N = jumlah cabang splitter
S = jumlah komponen yang terlibat
 Contoh:
Sebuah aliran (F1) 1000 kg/jam dengan komposisi x1,a = 20%,
x1,b = 10% dan sisanya komponen c. Aliran ini dibagi dengan
splitter menjadi 3 cabang dengan ketentuan:
Aliran-2 (F2) adalah setengah dari aliran utama
Aliran-3 (F3) adalah seperempat aliran utama
Hitung derajat kebebasan dari unit splitter tersebut!

17. Sebuah aliran (F1) 1000 kg/jam dengan komposisi x1,a = 20%, x1,b =
10% dan sisanya komponen c. Aliran ini dibagi dengan splitter menjadi 3
cabang dengan ketentuan:
Aliran-2 (F2) adalah setengah dari aliran utama
Aliran-3 (F3) adalah seperempat aliran utama
Hitung derajat kebebasan dari unit splitter tersebut!

18. Contoh Soal Recycle:

20. Contoh Soal By-pass:
 Dalam pembuatan bensin alam yang terdiri dari
butan dan isopentana, sebagian isopentana ini
dihilangkan dari bensin alam sebelum masuk ke
dalam proses selanjutnya. Proses ini berlangsung
steady state dan tanpa reaksi kimia Proses
produksinya dapat gambar dibawah. Tentukan laju
alir X!

21. Latihan:
 Penghasil produk – produk farmasi biasanya
membutuhkan proses suspensi yang terdiri dari unit
sentrifugasi dan filtrasi untuk memekatkan
produknya. Sebuah campuran vitamin dan air akan
dipekatkan melalui unit sentrifugasi dan filtrasi. Pada
tahap pertama umpan masuk sentrifuse sebesar 98
kg/h dengan komposisi 20% vitamin, lalu masuk ke
filtrasi dengan komposisi 60% vitamin, yang
menghasilkan produk akhir 96% vitamin. Dari unit
filtrasi ada aliran balik ke umpan dengan komposisi
71% air. Sedangkan produk dari sentrifuse adalah
100 % air. Tentukan laju alir produk dari sentrifuse
dan laju aliran recycle!

22. *