Self Assessment Test (Material Balances Chap.3) 

1. A two-stage separations unit is shown in Figure AT3.5-1. Given the input stream F1 is 1000 lb/hr, calculate the value of F2 and the composition of F2.
2. A simplified process for the production of SO3 to be used in the manufacture of sulfuric acid is illustrated in Figure AT3.5-2. Sulfur is burned with 100% excess air in the burner but for the reaction S + O2 → SO2, only 90% conversion of the S to SO2 is achieved. In the converter, the conversion of SO2 to SO3 is 95% complete. Calculate the lb of air required per 100 ln of sulfur burned, and the concentrations in mole fraction of the components in the exit gas from the burner and from the converter.
   
   

Penyelesaian 

1.   Diketahui  :  input F1 = 1000 lb/hr

      Neraca massa total 

     F1 = P1 + P2D + P2B ......................................................................(1)

      Neraca massa toluene

      0.4F1 = 0.01P1 + 0.95P2D + 0.1P2B ..............................................(2)

      Neraca massa benzene

      0.4F1 = 0.99P1 + 0.05P2D ............................................................(3)

      Neraca massa xylene

         0.2F1 = 0.9P2B ............................................................................(4)

      2F1 = 9P2B

           P2B = 2/9F1

                           

    a. Maka, substitusi (4) ke (1)

        F1 = P1 + P2D + 2/9F1 

        F1 - 2/9F1 = P1 + P2D 

        7/9F1   = P1 + P2D.......................................................................(5)

        lalu, eliminasi (5) dan (3)

        (gambar eliminasi 1)

        0.361F1  = 0.094P1 

        P1   = 0.384F1  , (diketahui F1 = 1000lb/h)

        P1   = 0.384(1000)

        P1   = 384 lb/h

        (7/9)(1000) = 384 + P2D

        (7000/9) - 384 = P2D

        P2D = 393 lb/h

        maka nilai F2 (dari neraca massa unit 1)

        F1 = P1 + F2

        1000 = 384 - F2

        F2 = 616 lb/h

    

    b. Komposisi F2

    Neraca massa toluene di sekitar unit 1 (misal, fraksi toluene adalah xt)

            0.4F1 = 0.01P1 + xtF2

            0.4(1000) = 0.01(384) + xtF2

            xtF2 = 396.16 lb/h

            xt(616) = 396.16

            xt = 0.643

    Neraca massa benzene di sekitar unit 1 (misal, fraksi benzene adalah xb)

            0.4F1 = 0.99P1 + xbF2

            0.4(1000) = 0.99(384) + xbF2

            xbF2 = 19.84 lb/h

            xb(616) = 19.84

            xt = 0.0322

     Neraca massa xylene di sekitar unit 1 (misal, fraksi xylene adalah xx)

            0.2F1 = xxF2

            0.2(1000) = xxF2

            xxF2 = 200 lb/h

            xx(616) = 200

            xx = 0.324

Jadi, umpan yang dihasilkan di F2 adalah sebesar 616 lb/h dan komposisi yang terkandung di dalamnya adalah Toluene sebesar 0.643, Benzene sebesar 0.0322, dan Xylene sebesar 0.324.