Soal dan Pembahasan Neraca Massa - Azas Teknik Kimia

Soal 1 : Neraca Massa 1 unit tanpa reksi

Streptomycin digunakan sebagai antibiotik untuk melawan penyakit yang disebabkan oleh bakteri dan diproduksi melalui proses fermentasi bakteri dalam sebuah reaktor biologi berisi glukosa dan asam amino sebagai sumber makanannya. Setelah proses fermentasi selesai, Streptomycin diambil dengan mengontakkan larutan kaldu fermentasi dengan sebuah pelarut organik dalam suatu proses ekstraksi. Proses ekstrasi dapat berlangsung karena Streptomycin memiliki sifat afinitas yang lebih besar dalam pelarut organik daripada dalam larutan fermentasi. Gambar dibawah menunjukkan proses keseluruhan

Tentukan fraksi massa Streptomycin dalam larutan organik keluaran proses dengan asumsi tidak ada air dalam yang terkandung dalam pelarut dan tidak ada pelarut yang terbawa di larutan fermentasi. Asumsi densitas larutan fermentasi 1 g/cm3 dan densitas pelarut organik 0,6 g/cm3. 

JAWABAN

Untuk memudahkan penulisan, 

Larutan Fermentasi disimbolkan "A", Pelarut Organik disimbolkan "S", subscript "in" menunjukkan aliran masuk, subscript "out" menunjukkan aliran keluar.

Tinjau Neraca Massa Streptomycin disetiap aliran

Untuk menghitung fraksi massa Streptomycin dalam larutan organik keluaran proses ekstraksi, kita perlu menentukan massa Streptomicyn dan masssa solvent terlebih dahulu

massa solvent pada pelarut organik yang masuk dan keluar proses ekstraksi adalah sama karena asumsi "tidak ada pelarut yang terbawa ke larutan fermentasi"

Sehingga, massa solvent pada aliran keluaran dapat dihitung sebagai berikut:

Sedangkan, massa Streptomicyn dipelarut dapat dihitung sebagai berikut

Sehingga, fraksi massa Streptomicyn di pelarut organik keluaran proses ekstraksi adalah 

Soal 2 : Neraca Massa 1 unit tanpa reksi

Titanium dioksida, TiO2, adalah sebuah pigmen yang diproduksi secara masif dan digunakan secara luas pada industri cat dan kertas. Pada sebuah pabrik pigmen yang memproduksi 4000 lb/jam TiO2-basis kering, terdapat sebuah proses intermediate untuk memurnikan larutan garam yang mengandung TiO2 sehingga didapat produk akhir yang mengandung maksimal 100 ppm garam (1 ppm = fraksi massa 10-6) basis kering. Proses penghilangan garam ini menggunakan air sebagai pencucinya. Bila larutan pigmen yang masuk ke unit penghilangan garam ini mengandung 40% TiO2, 20% garam, dan sisanya air (%massa) dan bila pigmen yang sudah dicuci tersebut diharapkan mengandung 50% padatan TiO2, berapa %massa garam pada aliran air limbah bila F2/F1=6 ? 

JAWABAN

Dari soal, diketahui bahwa fraksi massa garam pada aliran produk bersih adalah 100 ppm basis kering. Artinya, dalam perhitungan fraksi tersebut tidak melibatkan air dalam perhitungan massa totalnya. Sehingga, fraksi massa garam dalam aliran produk bersih dapat dituliskan sebagai berikut:

Bagi kedua bagian pecahan (penyebut dan pembilang) dengan F3, dan masukkan fraksi massa TiO2 pada aliran 3 sebesar 50%, didapat:

Sehingga, didapat fraksi garam pada aliran produk bersih (3)

Berikutnya, dari neraca total pada aliran 3 basis kering, didapat laju massa total aliran 3 (F3) basis basah:

Kemudian, tinjau neraca massa TiO2 total dalam sistem. TiO2 hanya berada di aliran 1 dan 3, sehingga massa TiO2 pada aliran 1 sama dengan massa TiO2 pada aliran 3. Sehingga, didapat laju alir massa total aliran 1 (F1)

Dengan menggunakan perbandingan antara F2 dan F1, didapat nilai F2 sebagai berikut:

Dengan meninjau neraca massa total dari sistem, dapat dihitung nilai F4 sebagai berikut

Akhirnya, dengan menggunakan neraca massa garam, dapat dihitung fraksi massa garam di aliran air limbah (4). Garam berada pada aliran 1, 3, dan 4. Sehingga neraca massa garam tersebut dideskripsikan sebagai berikut:

Referensi:
[1] Introduction to Material and Energy Balances, Reklaitis and Schneider
[2] Basic Principles and Calculations in Chemical Engineering, Himmelblau and Riggs

Parker Solar Probe: Menyelami Matahari Lebih Dalam Bersama NASA

Pada tanggal 12 Agustus 2018 yang lalu, NASA berhasil meluncurkan Parker Solar Probedi Florida, setelah sebelumnya gagal diluncurkan pada hari sebelumnya. Roket riset resebut dilengkapi dengan pelindung karbon untuk melindungi badan roket dari atmosfer matahari, Corona, yang memiliki temperature hingga jutaan derajat Celsius. Tujuan dari diluncurkannya roket ini adalah untuk melihat Corona lebih dekat agar didapat jawaban akan beberapa misteri seperti melacak aliran energy dan memahami proses pemanasan didalam Corona serta menggali lebih dalam fenomena apa yang menyebabkan percepatan angin surya. Parker Solar Probe diharapkan dapat memberikan data survey statistic bagian luar dari corona.

Lalu mengapa kita harus mempelajari matahari dan angin suryanya?. Matahari adalah satu-satunya bintang yang bisa kita pelajari secara dekat. Dengan mempelajari bintang yang erat kaitannya dengan kita, harapannya kita bisa mempelajari lebih lanjut bintang-bintang lainnya yang ada di alam semesta. Matahari juga merupakan sumber cahaya dan panas bagi kehidupan di Bumi. Semakin banyak pengetahuan kita tentang matahari, semakin kita lebih memahami bagaimana kehidupan di Bumi ini berkembang.

Selain itu, Matahari merupakan sumber dari angin surya, sebuah gas terionkan yang berjalan melintasi bumi dengan kecepatan lebih dari 500 km/detik. Gangguan dari angin surya ini akan mengguncangkan medan magnet bumi dan memompakan energi ke sabuk radiasi yang akan mempengaruhi cuaca diluar angkasa. Cuaca luar angkasa ini akan mengubah orbit satelit kita dan akan mengurangi waktu hidup dari satelit kita serta menggangu peralatan elektronik yang ada di satelit. Semakin kita memahami apa saja yang mempengaruhi cuaca diluar angkasa serta bagaimana mempediksinya, semakin kita dapat melindungi satelit kita.

Rute yang dilalui Parket Solar Probe (Sumber: Parker Solar Probe Website)

Parker Solar Probe akan sampai ke titik terdekat permukaan matahari dengan terlebih dahulu transit melalui bantuan gravitasi Venus. Pada 3 Oktober 2018 yang lalu, Parker Solar Probe telah sampai untuk pertama kali di Venus dan sudah memasuki Perihelion, titik terdekat sebuah objek dengan matahari, yang pertama pada 5 November 2018. Secara total, Parker Solar Probe akan melalui 24 loop mengelilingi matahari selama 7 tahun perjalanan misi. Pada akhir perjalanan, roket ini akan berada pada 3,83 juta miles dari matahari dengan kecepatan mencapai 700 ribu km/jam. Bayangkan!. Info lebih lengkap terkait timeline perjalanan Parker Solar Probe maupun posisi terkini dari roket ini dapat dilihat lebih lanjut pada link NASA dibawah artikel ini. Hingga saat artikel ini diterbitkan, Parker Solar Probe masih bekerja dalam keaadaan normal dan sehat dan pihak NASA telah menerima laporan yang dikirim dari roket tersebut dengan baik. Semoga dengan misi NASA tersebut, kita bisa memahami matahari lebih dalam dan dapat memberikan kontribusi terhadap kemampuan kita meramalkan kejadian luar angkasa yang dapat berimplikasi pada kehidupan kita di Bumi.

Referensi: 

[1] Majalah New Scientist 18 Agustus 2018

[2] NASA

[3] Parker Solar Probe Website