Penyelesaian latihan soal a dan b metode 1

Saturated liquid 1 Metana

3

2 Karbon dioksida

Oksigen 21% Air

Nitrogen 79% Oksigen

Sat. vapor Nitrogen

CH4 + 2O2 --> CO2 + 2H2O

M 25 kg mol 100 kg mol

R 25 kg mol 50 kg mol 25 kg mol 50 kg mol

S 0 kg mol 50 kg mol 25 kg mol 50 kg mol

Neraca Massa Boiler

1 2

X Massa(kg) X Massa (kg) X Massa (kg)

CH₄ 16 1 400

O2 32 0,23301 3200 0,113207547 1600

N₂ 28 0,76699 10533,33 0,745283019 10533,33

CO₂ 44 0,077830189 1100

H2O 18 0,063679245 900

Total 1 400 1 13733,3333 1 14133,333

Data dari Appendix Himmeblau 8th ed

CH4 16 -74,84 -890,4 950 14054 879

O2 32 0 790 9970 732

N₂ 28 0 786 9627 728

CO2 44 -393,51 986 13807 912

H2O 18 -241,826 905 11326 837

Pada sebuah boiler, 400 kg metana dibakar untuk menghasilkan steam. Pembakaran dilakukan pada tekanan konstan dan 100% excess udara. Udara dan gas metana masuk kedalam boiler pada suhu 27°C. Diasumsikan bahan bakar metana murni dan pembakaran sempurna. Reaktan maupun produk pembakaran dalam fasa gas.

(a) Jika suhu hasil pembakaran keluar dari boiler adalah 600 K, berapakah panas yang ditransfer kedalam air untuk menghasilkan steam?

(b) Berapakah steam yang dihasilkan jika kondisi operasi steam yang diinginkan adalah pada tekanan 2 atm (suhu konstan).

(c) Jika tidak ada air yang dipanaskan, estimasi berapa suhu pembakaran.

Boiler

Komponen BM

Input Output

3

Total 14133,33333 14133,33333

Komponen BM ∆Ĥf (kJ/g mol)

∆Ĥc (kJ/g mol)

∆Ĥ (J/g mol) pada T1

∆Ĥ(J/g mol) pada T2

∆Ĥ (J/g mol) pada Tref

T1 27 C = 300 K

Tref 25 C = 298 K

T2 327 C 600 K

Entalpi

1 2

kgmol ∆H (kJ) kgmol ∆H (kJ) kgmol ∆H (kJ)

CH4 16 25 -1869225

O₂ 32 100 5800 50 461900

N₂ 28 376,1905 21819,0476 376,1904762 3347719

CO2 44 25 -9515375

H₂O 18 50 -11566850

Total -1869225 27619,0476 -17272606

Menggunakan metode panas pembentukan

∆H1 + ∆H2 = ∆H3 + Q Q = ∆H1 + ∆H2 - ∆H3

Q = 15431000 kJ

Jadi panas yang ditransfer untuk menghasilkan steam adalah 15431000 kJ

b. Menentukan banyaknya steam yang dihasilkan

1 atm = 101,325 kPa

2 atm = 202,65 kPa

Data Steam Table Geankoplis T (°C) P(kPa)

∆Hs.liq (kJ/kg)

∆Hs.vap (kJ/kg) 100 101,35 419,04 2676,1

202,65 501,1259 2705,076 Interpolasi 125 232,1 524,99 2713,5

Input = Output

m ∆Hs.liq + Q = m ∆Hs.vap Q = m (∆Hs.vap - ∆Hs.liq) m = Q/ (∆Hs.vap - ∆Hs.liq)

m= 7001,52 kg

Komponen BM

Input Output

3 Δ𝐻 = 𝑛 Δ𝐻 + Δ𝐻

Δ𝐻 = 𝑛 𝐻 − 𝐻 + 𝑛𝐻

Sehingga masa steam yang dihasilkan adalah 7001,52 kg