MANUAL PELAJAR

4) Bandingkan keputusan yang diperolehi untuk kedua-dua turus penyulingan. 5) Bincangkan kelebihan yang terdapat dalam turus penyulingan terpadat dan ...

0 downloads 3 Views 450KB Size
MANUAL PELAJAR MAKMAL PROSES PEMISAHAN 1 SKF 3731

Jabatan Kejuruteraan Kimia Fakulti Kej. Kimia & Kej. Sumber Asli Universiti Teknologi Malaysia 81310 Skudai, Johor

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

EKSPERIMEN 1 TURUS PENYULINGAN TERPADAT DAN TUKUP GELEMBUNG Objektif

:

Mengkaji kesan masa operasi terhadap komposisi dan isipadu hasil sulingan. Mengkaji hubungan di antara isipadu hasil sulingan dan komposisi hasil sulingan. Menganalisa keputusan yang diberikan oleh dua jenis turus penyulingan yang berbeza.

Teori

: Proses penyulingan adalah proses pemisahan komponen ringan daripada komponen-komponen lain dengan perbezaan takat didih. Komponen yang mempunyai takat didih lebih rendah akan meruap terlebih dahulu dan dipungut sebagai hasil sulingan yang mempunyai ketulenan yang tinggi. Padatan dan tray digunakan untuk menambah luas permukaan sentuhan antara komponen yang meruap dengan cecair yang dikembalikan melalui refluks agar ketulenan hasil sulingan dapat ditingkatkan.

1

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Peralatan

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Turus Penyulingan Terpadat

2

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

Turus Penyulingan Tukup Gelembung

3

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

Data Ujikaji : MASA

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

TI 1 TI 1A TI 1B

S U H U

TI 2 TI 2A

D A L A M

TI 2B TI 2C

P L A T

TI 2D TI 2E TI 2F TI 3

Suhu larutan asal Suhu air prnyejuk

Refluks

TI 4 TI 5 TI 6 RI 1A RI 1B

Nisbah Refluks Isipadu Sulingan Indeks Biasan Voltan Arus

4

60

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Soalan 1) 2) 3) 4) 5) 6)

: Plotkan graf indeks biasan melawan % mol metanol/etanol untuk campuran piawai metanol/etanol-air dan jelaskan bentuk graf yang diperolehi. Dapatkan pecahan mol metanol/etanol daripada indeks biasan. Plotkan graf pecahan mol dan isipadu hasil sulingan melawan masa. Bandingkan keputusan yang diperolehi untuk kedua-dua turus penyulingan. Bincangkan kelebihan yang terdapat dalam turus penyulingan terpadat dan tukup gelembung. Nyatakan semua aspek keselamatan yang perlu dititikberatkan sepanjang ujikaji ini.

Rujukan 1) 2) 3)

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Geankoplis, C.J., “Transport Processes & Unit Operations”, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1995. Mc Cabe, W.L., Smith, J.C. & Harriot, P., “Unit Operation of Chemical Engineering”, 4th Edition, Mc Graw-Hill, 1985. Coulson & Richardson, “Chemical Engineering ”, Volume 2, Pergamon, 1983.

5

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

EKSPERIMEN 2 TURUS PENYEJATAN Objektif

:

Mengkaji kesan tekanan stim dan tekanan turus pemisah ke atas kadar penyejatan pada kadar alir masuk yang tetap. Mengkaji kesan fenomena penyejatan terhadap komposisi hasil dan suhu operasi.

Teori

: Penyejatan melibatkan proses pengewapan air daripada larutan yang mengandungi bahan terlarut dengan bantuan stim atau pemindahan haba. Mod operasi dalam ujikaji ini ialah ‘Single Pass’, di mana cecair akan melalui ‘steam heated tube’ sekali sahaja. Semasa melalui tiub ini, ia akan melepaskan wap dan meninggalkan cecair yang melekat. Pada akhir eksperimen, bahan terlarut tepu akan diperolehi dan kandungan air telah berjaya dikurangkan.

6

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Peralatan

Makmal Proses Pemisahan 1

:

CTS4 Climbing Film Evaporation

7

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

Data Ujikaji : Tekanan (Bar)

Masa (s)

1.0

1.5

Indeks Biasan (nD) V3 V5

Plotkan graf indeks biasan melawan kepekatan larutan garam untuk campuran piawai dan jelaskan bentuk graf yang diperolehi. Plotkan graf tekanan stim melawan kepekatan larutan garam dalam hasil sejatan. Bincangkan kesan tekanan stim dan tekanan turus pemisah ke atas kadar penyejatan. Bandingkan kepekatan larutan garam yang diperolehi daripada injap V 3 dan V 5. Nyatakan semua aspek keselamatan yang perlu dititikberatkan sepanjang ujikaji ini.

2) 3) 4) 5)

Rujukan

2)

Isipadu (mL) V3 V5

:

1)

1)

T2 (0C)

0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30

0.5

Soalan

T1 (0C)

:

Geankoplis, C.J., “Transport Processes & Unit Operations”, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1995. Mc Cabe, W.L., Smith, J.C. & Harriot, P., “Unit Operation of Chemical Engineering”, 4th Edition, Mc Graw-Hill, 1985.

8

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

EKSPERIMEN 3 TURUS TERPADAT REAKTOR PEMISAH ASETON-AIR Objektif

:

Mengkaji dan menentukan kecekapan turus terpadat dalam pemisahan aseton-air. Menentukan takat didih setiap komponen.

Teori

: Turus reaktor ini digunakan untuk memisahkan aseton daripada campuran asetonair dengan menggunakan prinsip penyulingan mudah. Sistem yang digunapakai adalah jenis berkelompok yang mana tiada suapan segar akan memasuki sistem sepanjang operasi dijalankan.

9

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Peralatan

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Loji Pandu Turus Terpadat Reaktor

10

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

Data Ujikaji : Masa (s) Suhu Campuran (0C) Suhu Sulingan (oC) Isipadu Sulingan (mL) Indeks Biasan (nD)

Soalan

4) 5) 6)

Rujukan

3)

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Plotkan graf indeks biasan melawan %mol aseton untuk campuran piawai aseton-air dan jelaskan bentuk graf yang diperolehi. Dapatkan pecahan mol aseton daripada indeks biasan. Plotkan graf pecahan mol, isipadu hasil sulingan dan suhu sulingan melawan masa. Plotkan graf komposisi hasil sulingan melawan isipadu. Bincangkan keputusan-keputusan yang diperolehi dan dengan berpandukan graf, huraikan kecekapan turus terpadat reaktor pemisah aseton-air. Nyatakan semua aspek keselamatan yang perlu dititikberatkan sepanjang ujikaji ini.

2) 3)

2)

10

:

1)

1)

5

:

Geankoplis, C.J., “Transport Processes & Unit Operations”, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1995. Mc Cabe, W.L., Smith, J.C. & Harriot, P., “Unit Operation of Chemical Engineering”, 4th Edition, Mc Graw-Hill, 1985. Coulson & Richardson, “Chemical Engineering ”, Volume 2, Pergamon, 1983.

11

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

EKSPERIMEN 4 TURUS PENYERAPAN TERPADAT RASCHIG RING DAN INTALOX SADDLE Objektif

:

Menentukan titik banjiran dan halaju banjiran melalui pemerhatian dan data eksperimen. Mengkaji kesan manipulasi kadar alir udara dan kadar alir air terhadap takat banjir dalam turus penyerapan. Mengkaji hubungan dan kesan antara perubahan kadar alir air dan udara terhadap kejatuhan tekanan, P. Menganalisa keputusan yang diberikan oleh dua jenis padatan yang berbeza.

Teori

: Proses penyerapan adalah satu teknik pemisahan yang melibatkan gas dan cecair. Satu atau lebih komponen dalam campuran gas boleh dipisahkan apabila cecair tertentu dialirkan melaluinya secara bersilang atau ‘counter-current’. Cecair ini akan menyerap komponen tersebut dan berlakunya pemindahan jisim yang memisahkannya daripada campuran gas. Padatan digunakan untuk menambahkan luas permukaan sentuhan bagi proses penyerapan agar ia dapat berlaku dengan lebih cepat dan cekap.

12

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Peralatan

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Turus Penyerapan Terpadat Raschig Ring (0.75 mm) dan Intalox Saddle (0.7 mm)

13

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

Data Ujikaji : Kadar Alir Air, W (L/min)

Kadar Alir Udara, G (L/min)

Kejatuhan Tekanan, P (cm H2O)

Masa (Setiap 5 Minit)

2.0

2.5

3.0

3.5

14

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Kadar Alir Udara, G (L/min) 50

Soalan

3) 4)

Rujukan

3)

Kejatuhan Tekanan, P (cm H2O)

Masa (Setiap 2 Minit)

Plotkan graf log P melawan log kadar alir udara bagi setiap kadar alir air yang ditetapkan. Dapatkan hubungan antara P dengan kadar alir udara. Plotkan graf log P melawan kadar alir air bagi kadar alir udara yang ditetapkan. Dapatkan hubungan antara P dengan kadar alir air. Huraikan makna takat banjir, halaju banjir, banjir nampak dan titik beban. Bandingkan operasi dan kecekapan turus penyerapan dengan menggunakan padatan Raschig Ring dan Intalox Saddle. Nyatakan kriteria yang digunakan untuk menentukan kecekapan turus penyerapan dalam ujikaji ini.

2)

2)

Kadar Alir Air, W (L/min) 2.0 2.5 3.0 3.5

:

1)

1)

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Geankoplis, C.J., “Transport Processes & Unit Operations”, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1995. Mc Cabe, W.L., Smith, J.C. & Harriot, P., “Unit Operation of Chemical Engineering”, 4th Edition, Mc Graw-Hill, 1985. Treybal, R.E., “Mass Transfer Operations”, 3rd Edition, Mc Graw-Hill, 1980.

15

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

EKSPERIMEN 5 PENGERING DULANG Objektif

:

Menghasilkan lengkungan kandungan lembapan melawan masa. Mendapatkan lengkungan kadar pengeringan bagi pepejal basah dalam keadaan udara, suhu dan kelembapan tertentu.

Teori

: Dalam proses pengeringan, kandungan lembapan pada pepejal akan berkurang dengan masa. Kehilangan kandungan air diperhatikan dengan pengurangan jisim pepejal yang dikeringkan.

16

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Peralatan

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Alat Pengering Dulang

Data Ujikaji :

Maklumat Ujikaji Pengering Dulang Luas Permukaan 4 Tray Berat Tray Kosong Berat Nasi Basah Berat Nasi Kering Masa (min) Suhu Sebelum Tray (oC) Suhu Selepas Tray (oC)

2

4

6

11

16

21

26

31

cm2 kg kg kg 36

41

51

61

71

81

Basah Kering Basah Kering

Kadar Udara Basah (m/s) Berat Nasi Basah (kg) Kandungan Lembapan, X1E

17

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Soalan 1) 2)

3) 4) 5)

: Plotkan graf kandungan lembapan melawan masa. Plotkan graf kadar pengeringan melawan kandungan lembapan. Labelkan titiktitik A, B, C, D dan E apabila pengeringan melalui satu kawasan pengeringan ke kawasan pengeringan yang lain. Komen keputusan yang diperolehi dan hubungkan lengkungan yang diperolehi dengan mekanisma pengeringan. Tentukan kelembapan udara dan peratus kelembapan pada masa 11, 36 dan 81 minit. Bincangkan kepentingan keseimbangan kandungan lembapan.

Rujukan 1) 2)

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Mc Cabe, W.L., Smith, J.C. & Harriot, P., “Unit Operation of Chemical Engineering”, 4th Edition, Mc Graw-Hill, 1985. Geankoplis, C.J., “Transport Processes & Unit Operations”, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1995.

18

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

EKSPERIMEN 6 PENGERING SEMBURAN Objektif

:

Mengkaji fungsi alat pengering semburan untuk menukarkan sampel pada fasa cecair ke fasa pepejal. Mendapatkan bahan serbuk daripada sampel bahan cecair. Membandingkan ketumpatan bahan serbuk yang diperolehi melalui ujikaji dengan ketumpatan piawai.

Teori

: Pengering semburan merupakan alat yang menukarkan sifat fizikal suapan daripada bentuk cecair kepada serbuk kering. Suapan susu segar akan melalui medium panas dan kering serta bertekanan tinggi untuk mengewapkan air dan akhirnya membentuk serbuk kering yang mempunyai ketumpatan tertentu.

19

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Peralatan

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Alat Pengering Semburan

20

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

Data Ujikaji :

Keadaan Operasi Sebelum Ujikaji Semasa Ujikaji Selepas Ujikaji

Suhu Masukkan (Inlet) oC

Suhu Keluaran (Outlet) oC

Maklumat Pengukuran Ketumpatan Serbuk Jumlah Berat Berat Bekas Berat Sampel Isipadu Rujukan (VR) 6.28 Isipadu Sel (VC) 11.67

g g g cm3 cm3

21

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

Persamaan Operasi Diberikan oleh:

VP

VC VR

P1 P2

1

Di mana: VP = Isipadu serbuk/partikel (cm3) VC = Isipadu sel sampel (cm3) VR = isipadu rujukan (cm3) P1 = Bacaan tekanan setelah mengenakan tekanan pada isipadu rujukan P2 = Bacaan tekanan setelah menagmbilkira VC

Data-Data P1 P2 VP Ketumpatan Serbuk

Soalan 1) 2) 3) 4) 5)

4)

Pengukuran 2

Pengukuran 3

: Nyatakan fungsi sebenar alat Micro-Pycnometer. Dapatkan nilai Vp (isipadu partikel) dan (ketumpatan serbuk). Bandingkan dan bincangkan perbezaan antara ketumpatan serbuk yang dihasilkan dengan nilai piawai. Nyatakan peratus ralat ujikaji dan nilaikan kecekapan alat pengering semburan. Bincangkan kebaikan dan keburukan pengering semburan.

Rujukan 1) 2) 3)

Pengukuran 1

:

Treybal, R.E., “Mass Transfer Operations”, 3rd Edition, Mc Graw-Hill, 1980. Holman, J.P., “Heat Transfer”, 8th edition, Mc Graw-Hill Inc., U.S.A, 1997. Geankoplis, C.J., “Transport Processes & Unit Operations”, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1995. Mc Cabe, W.L., Smith, J.C. & Harriot, P., “Unit Operation of Chemical Engineering”, 4th Edition, Mc Graw-Hill, 1985.

22

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Makmal Proses Pemisahan 1

EKSPERIMEN 7 PENUKAR HABA PLAT BERALIRAN SELARI Objektif

:

Menentukan Pekali pemindahan haba (U) untuk sebuah penukar haba plat beraliran selari.

Teori

: Prinsip operasi penukar haba plat adalah berdasarkan pemindahan haba daripada aliran panas ke aliran sejuk, yang seterusnya akan melibatkan perubahan suhu antara kedua-dua aliran tersebut. Pemindahan haba yang berlaku daripada bendalir panas ke bendalir sejuk adalah sama dengan haba yang diterima oleh bendalir sejuk.

23

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Peralatan

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Penukar Haba Plat Beraliran Selari

Data Ujikaji : Maklumat Ujikaji Penukar Haba Plat Aliran Selari Panjang Plat

mm

Lebar Plat

mm

Tebal Plat

mm

Jumlah Plat

Keping

Bilangan Plat Efektif Bagi Penukaran Haba

Keping

Ujikaji Suhu (oC)

1 Bacaan Awal

2 Bacaan Akhir

Bacaan Awal

3 Bacaan Akhir

Bacaan Awal

4 Bacaan Akhir

Bacaan Awal

Bacaan Akhir

Purata Bacaan Akhir

TH 1 TH 2 TC 1 TC 2 Kadar Alir Aliran Sejuk (L/min) Masa (s)

24

Jabatan Kejuruteraan Kimia

Soalan 1) 2) 3) 4)

: Daripada data-data yang diperolehi, plotkan profil suhu melawan masa bagi bendalir panas dan bendalir sejuk. Lakarkan profil suhu melawan ketebalan plat. Tentukan pekali pemindahan haba keseluruhan bagi penukar haba ini. Terangkan kenapa terdapatnya perbezaan dengan nilai piawai. Bincangkan kegunaan penukar haba dalam industri kimia dan huraikan kelebihan serta kekurangan penukar haba jenis plat.

Rujukan 1) 2) 3)

Makmal Proses Pemisahan 1

:

Holman, J.P., “Heat Transfer”, 8th edition, Mc Graw-Hill Inc., U.S.A, 1997. Mc Cabe, W.L., Smith, J.C. & Harriot, P., “Unit Operation of Chemical Engineering”, 4th Edition, Mc Graw-Hill, 1985. Geankoplis, C.J., “Transport Processes & Unit Operations”, 3rd Edition, Prentice-Hall, 1995.

25