Buku berisi pembahasan dasar tentang aplikasi dari studi perpindahan kalor, yaitu: alat penukar kalor. Konsentrasinya adalah analisa dasar dari alat penukar kalor tersebut. Dan penulis harapkan dapat bermanfaat, sampai kritik dan saran untuk memperbaiki materi ini.
Buku berisi pembahasan dasar tentang aplikasi dari studi perpindahan kalor, yaitu: alat penukar kalor. Konsentrasinya adalah analisa dasar dari alat penukar kalor tersebut. Dan penulis harapkan dapat bermanfaat, sampai kritik dan saran untuk memperbaiki materi ini.
Materi kuliah kimdas tentang Larutan penyangga. Cari lebih bayak lagi materi kuliah semester 1 di:
http://muhammadhabibielecture.blogspot.com/2014/12/kuliah-semester-1-thp-ftp-ub.html.
Etilena merupakan senyawa kimia dengan remus kimia C2H4 yang merupakan bagian dari olefin yang rendah, tidak berwarna, dan tidak berbau, serta mudah terbakar. Kegunaan etilen ini untuk industri polimer seperti polietilena dan etilen benzene, juga digunakan untuk industri petrokimia seperti vinil klorida dan etilen glikol. Seiring dengan berkembangnya industri di Indonesia. Kebutuhan etilen di Indonesia juga semakin meningkat. Untuk meminimalisir pembuatan etilen dari bahan baku yang di impor, maka dirasa tepat untuk membuat pabrik etilen untuk di didirikan.
Coconut oil is normally produced as cooking oil in some areas in Indonesia. However, palm oil mostly produced by industries as vegetable/cooking oil. Waste cooking oil from palm oil becomes a big problem in the environment, and creates pollution. This research aims to use waste cooking oil to produce biodiesel by mixing waste cooking oil and coconut oil. Those mixed oils become raw materials for this process. The composition of the mixtures are 100MJ: 0MK; 75MJ: 25MK; 50MJ: 50MK; 25MJ: 75MK; and 0MJ: 100MK (% v / v of waste cooking oil (MJ) and coconut oil (MK)).The total of 200 mL oil mixtures was used for the esterification process with methanol composition were 38%; 30%; 28%;19% and trans-esterification were 18%; 19%; 20%; 21%; 23%; 25%. Esterification reaction was using the 0,5% H2SO4 as a catalyst, while transesterification was using 0.9% KOH as catalyst. The transesterification process of biodiesel was using two step process by mixing KOH and methanol (75% (w/v) for the 1st step and 25% (w/v) for the 2nd step). The yield of biodiesel this research were: 100MJ: 0MK (92,65%; 92,15%; 93,65%), 75MJ: 25MK (93,15%; 96,65%), 50MJ: 50MK (96,15%; 95,11%; 86,65%), 25MJ: 75MK (98,65%; 96,65%) and 100MK: 0MJ (82.65%). Furthermore, the total glycerol values were 100MJ:0MK (0.19%), 75MJ: 25MK (0.21%), 50MJ:50MK (0.23%) 25MJ: 25MK (0.22%) and 100MK:0MJ (0.26%). EN14214 standard shows that the best composition of mixtured oils was 50MJ:50MK. Then, the total glycerol was 0.23% (60-70 minutes for the esterification and transesterification reaction). Acid number value was 0.2117, saponification number was 198.41; ester content was 98.163% and water content was 0.56 ppm. The FAME component of biodiesel 50MJ:50MK was the most Nonanoic acid, methyl ester (C15H20O2) (37,79%) by GC/MS analysis .
Keyword: coconut oil, waste cooking oil, biodiesel, FFA, triglyceride, total glycerol.
Judul prarancangan pabrik kimia teknik kimia wahyuddin S.T
Prarancangan Pabrik Polypropylene Random Copolymer dari Propylene san Ethylene Kapasitas 30.000 Ton / Tahun
Prarancangan Pabrik Acetaldehyde dari Ethylene dan Oksigen dengan Proses Oksidasi 1 Tahap
1. 1
Kinetika dan Katalisis
Semester Genap Tahun Akademik 2010/2011
KINETIKA REAKSI HOMOGEN
SISTEM BATCH
siti diyar kholisoh
IGS Budiaman
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA – FTI
UPN “VETERAN” YOGYAKARTA
April 2011
MATERI KULIAH
Pengantar
Sistem Batch – Bervolume Tetap (Constant Density)
* Reaksi sederhana (r. ireversibel
unimolekuler berorde-satu, r. ireversibel
bimolekuler berorde-dua, r. ireversibel
trimolekuler berorde-tiga, r. ireversibel
berorde-nol, r. ireversibel berorde-n, waktu
paruh reaksi)
* Reaksi kompleks (r. reversibel unimoleku-ler
berorde-satu, r. reversibel bimolekuler
berorde-dua, r. ireversibel paralel, r. ire-versibel
seri, r. katalitik homogen, r. auto-katalitik,
r. dengan perubahan atau peng-geseran
orde )
Sistem Batch – Bervolume Berubah (Variable Density)
Kompetensi KKKooommmpppeeettteeennnsssiii MMMMaaaatttteeeerrrriiii KKKKuuuulllliiiiaaaahhhh IIIInnnniiii-1
1. Memahami gambaran sistem reaksi homogen
yang berlangsung secara batch.
2. Memahami konsep2 dan mampu menjabarkan
persamaan2 kinetika reaksi homogen pada
sistem batch (dan constant–density atau
constant volume) untuk reaksi-reaksi searah
(atau irreversible) berorde 1, 2, 0, dan n (untuk
satu reaktan atau lebih).
3. Memahami konsep orde semu, waktu fraksi
(fractional life), dan waktu paruh (half-life).
KKKKoooommmmppppeeeetttteeeennnnssssiiii MMMMaaaatttteeeerrrriiii KKKKuuuulllliiiiaaaahhhh IIIInnnniiii-2
4. Memahami konsep2 dan mampu menjabarkan
persamaan2 kinetika reaksi homogen pada sistem
batch (dan constant–density) untuk reaksi-reaksi
kompleks, seperti reaksi bolak-balik (atau
reversible), reaksi paralel, reaksi seri (konsekutif),
kombinasi reversible-seri-paralel, dsb.
5. Memahami perbedaan antara reaksi yang
berlangsung secara batch pada sistem variable
(varying) density dan constant density.
6. Mampu menjabarkan persamaan2 kinetika reaksi
homogen pada sistem batch variable-density
untuk kasus reaksi-reaksi sederhana.
PENGANTAR
Sistem reaktor
Batch (partaian)
Alir (kontinyu / sinambung)
Gambaran sistem reaksi homogen dalam reaktor batch:
Neraca massa (dalam mol komponen reaktan A
per satuan waktu):
= -
Akumulasi Input Output
Terbentuk oleh reaksi
+
Reaksi: A P
A 0 0 ( )
A
d n
V r
d t
= - +
1 A
A
d n
r
V d t
=
= A
(V tetap)
A
d C
r
d t
(sama dengan definisi
kecepatan reaksi intensif, pada
materi kuliah sebelumnya)
Sistem
Isotermal
SSSSiiiisssstttteeeemmmm BBaaaattttcccchhhh ddddeeeennnnggggaaaannnn VVoooolllluuuummmmeeee Reeeeaaaakkkkssssiiii TTeeeettttaaaapppp
Pada sistem batch dengan sistem volume reaksi tetap:
V sistem setiap saat (t = t) sama dengan
V sistem mula-mula
atau: V = V0
sehingga, konsentrasi reaktan A setiap saat dapat di-nyatakan
sebagai:
A = A0 -
A
= - C A0 A
C (1 X )
n (1 X )
V
(Silakan Anda ingat dan pelajari kembali materi sebe-lumnya:
“DASAR-DASAR KINETIKA REAKSI KIMIA”)
2. 2
Reaksi Ireversibel Unimolekuler Berorde-Satu
Kecepatan reaksi berorde-satu: - rA = k CA
Pada sistem batch bervolume-tetap:
d X
r A
dt
C
d C
dt
A0
A
- A = - =
Kondisi batas: t = 0: CA = CA0 atau XA = 0
t = t: CA = CA atau XA = XA
12
10
8
6
4
2
0
X 1 A vs t
(pers. (10))
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
t
CA vs t
(pers. (6))
Pers. (5)
atau (9)
Bagaimana profil grafik (-rA) vs CA dan (-rA) vs XA?
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh BBBBeeeerrrroooorrrrddddeeee 1111
Suatu reaksi homogen fase-cair orde-pertama
dilangsungkan dalam reaktor
batch. Konversi (X) 60% reaksi itu dicapai
dalam 45 menit.
(a) Berapa waktu yang dibutuhkan untuk
mencapai konversi 80%?
(b) Berapa nilai konstanta laju reaksinya?
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh BBBBeeeerrrroooorrrrddddeeee 1111
Suatu reaksi homogen orde pertama: A ® 2 P
berlangsung dalam reaktor batch bervolume
tetap. Mula-mula hanya terdapat A dan P
dengan konsentrasi masing-masing sebesar 10
mmol/liter dan 1 mmol/liter. Yield P sebesar
30% dicapai dalam 15 menit.
Berapakah laju spesifik reaksi ini?
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh BBBBeeeerrrroooorrrrddddeeee 1111
Reaksi homogen orde-pertama: A ® 2 P
berlangsung secara batch dalam reaktor
bervolume tetap. Mula-mula hanya terdapat
A dan P (CA0 = 10 mmol/liter, CP0 = 2
mmol/liter). Setelah 15 menit: komposisi
molar P dalam campuran = 40%.
Berapakah laju spesifik reaksi ini?
Hill, 1977, p. 68, ch. 3 Problem Reaksi Ireversibel Berorde-Dua
Beberapa kasus:
(1) A + B produk
-rA = k CA CB
(penyelesaian dengan integral pecahan fraksional)
(2) A produk
-rA = k CA
2
(3) Secara umum: a A + b B produk
-rA = k CA
a CB
b (dengan: a + b = 2)
(jika a dan b berupa pecahan, maka penyelesaian
akan lebih mudah dilakukan secara numerik)
Pelajari persamaan dan grafik2 yang bersesuaian…!
3. 3
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh BBBBeeeerrrroooorrrrddddeeee 1111 ddddaaaannnn 2222
Cairan A terdekomposisi melalui kinetika
reaksi berorde-satu. Dalam sebuah
reaktor batch bervolume-tetap, 50% A
terkonversi dalam waktu 5 menit.
Berapakah waktu reaksi agar konversi
mencapai 75%? Ulangi jika kinetika
reaksi tersebut berorde-dua!
Soal Nomor 14
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh BBBBeeeerrrroooorrrrddddeeee 2222
Cairan A terdekomposisi melalui kinetika
reaksi berorde-kedua. Dalam sebuah
reaktor batch bervolume-tetap, 40% A
terkonversi dalam waktu 10 menit.
(a) Berapakah waktu reaksi agar konversi
mencapai 75%?
(b) Berapakah nilai laju reaksi spesifiknya?
Reaksi Ireversibel Berorde n
Untuk reaksi: A produk reaksi
secara umum: -rA = k CA
n
Penyelesaian secara analitik (dengan
batas: CA = CA0 pada t = 0 dan CA = CA
pada t = t) adalah:
C C ( n 1) k t 1 n
1 - n
- - = - [n ¹ 1]
A A0
Coba Anda cek untuk reaksi-reaksi
berorde 0, 2, ½, dan 1 ½ !
Reaksi Berorde Semu
Orde semu = orde “tidak sebenarnya”
Ilustrasi:
Reaksi fase cair hidrolisis ester:
CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH
Orde 1 terhadap CH3COOC2H5
Orde 1 terhadap H2O
Orde reaksinya: …?
Bagaimana jika konsentrasi awal H2O dibuat sangat
berlebih terhadap CH3COOC2H5: …?
CCCCoooonnnnttttoooohhhh-ccccoooonnnnttttoooohhhh RRRReeeeaaaakkkkssssiiii
Berorde 1:
Cracking butana, dekomposisi N2O5, peluruhan radioaktif
Berorde 2:
Class I: Dekomposisi HI ( 2 HI H2 + I2), dimerisasi
siklopentadiena (2 C5H6 C10H12), dekomposisi termal
NO2 fase gas (2 NO2 2 NO + O2)
Class II: Hidrolisis ester organik dalam media non-aqueous,
pembentukan HI (H2 + I2 2 HI)
Berorde 3:
2 NO + Cl2 2 NOCl, 2 NO + O2 2 NO2
Berorde pecahan:
Pirolisis asetaldehida (orde 3/2), pembentukan phosgene
dari CO dan Cl2 (r = k (Cl2)3/2 CO)
WWWWaaaakkkkttttuuuu PPPPaaaarrrruuuuhhhh ((((HHHHaaaallllffff-LLLLiiiiffffeeee)))) RRRReeeeaaaakkkkssssiiii
Waktu paruh (half-life) reaksi (t½) merupakan waktu yang
dibutuhkan oleh reaksi tersebut agar konsentrasi reaktannya
menjadi setengah dari konsentrasi reaktan mula-mula.
2
1
t t
2 C
C 1
A A0
=
=
atau:
Hubungan antara waktu
paruh reaksi terhadap
konsentrasi reaktan A
mula-mula:
( )
( )
1 n
A0
1 n
2
1
C
1
n 1 k
t
2
1
-
-
-
= -
Pers.
(45)
[n ¹ 1]
4. 4
Waktu Fraksi (Fractional WWWaaakkktttuuu FFFrrraaakkksssiii (((FFFrrraaaccctttiiiooonnnaaalll LLLLiiiiffffeeee)))) RRRReeeeaaaakkkkssssiiii
Waktu paruh (t½) merupakan istilah (atau kasus) yang
spesifik dari fractional life (tF), dengan besarnya F:
2
1
C
F = =
A
C
A0
Secara umum, besarnya F:
C
A
C
A0
F =
berada pada rentang: 0 F 1
Hubungan antara tF dengan CA0:
-
-
= F - 1
[n ¹ 1]
t -
( )
1 n
A0
1 n
F C
n 1 k
WWWWaaaakkkkttttuuuu PPPPaaaarrrruuuuhhhh ((((HHHHaaaallllffff-LLLLiiiiffffeeee)))) RRRReeeeaaaakkkkssssiiii - 2
Banyaknya reaktan A yang tersisa setelah reaksi
berlangsung selama m x waktu paruh:
m =
1
2
Fraksi reaktan A
yang
terkonversi:
= 1
m 1
-
2
Analog untuk kasus: waktu fraksi
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
WWWWaaaakkkkttttuuuu PPPPaaaarrrruuuuhhhh RRRReeeeaaaakkkkssssiiii
Laju hidrasi etilen oksida (A) menjadi etilen
glikol (C2H4O + H2O ® C2H6O2) dalam larutan
encer sebanding dengan konsentrasi A,
dengan konstanta kecepatan reaksi sebesar k
= 4,11x10-5 detik-1 pada 20oC untuk
konsentrasi katalis (HClO4) tertentu (tetap).
Tentukan besarnya waktu paruh (half-life, t1/2)
oksida A (dalam satuan detik), jika reaksi
dilangsungkan dalam sebuah reaktor batch.
Soal Nomor 21
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
WWWWaaaakkkkttttuuuu PPPPaaaarrrruuuuhhhh RRRReeeeaaaakkkkssssiiii
Reaksi homogen: A B + C, merupakan
reaksi orde-satu dengan waktu paruh
sebesar 27 menit. Banyaknya A yang telah
terurai dalam waktu 81 menit adalah ....
A. 12,5 %
B. 25 %
C. 50 %
D. 75 %
E. 87,5 %
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh BBBBeeeerrrroooorrrrddddeeee 2222 ((((NNNNoooonnnn BBBBiiiimmmmoooolllleeeekkkkuuuulllleeeerrrr))))
Reaksi antara etilen bromida dan kalium iodida dalam 99%
metanol (sebagai inert) diketahui merupakan reaksi yang berorde-satu
terhadap masing-masing reaktan (atau, mempunyai orde
keseluruhan = 2). Reaksi tersebut dapat dituliskan sbb:
C2H4Br2 + 3 KI ®C2H4 + 2 KBr + KI3
atau: A + 3 B ®produk
(a) Turunkan persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung
konstanta kecepatan reaksi berorde-dua (k) tersebut.
(b) Dalam sebuah eksperimen pada 59,7oC, dengan CA0 = 0,0266
dan CB0 = 0,2237 mol/L, bromida (A) telah 59,1% bereaksi
setelah reaksi berlangsung selama 15,25 jam. Tentukan besarnya
harga k tersebut, beserta satuannya.
Soal Nomor 26
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
PPPPeeeerrrrhhhhiiiittttuuuunnnnggggaaaannnn TTTTeeeekkkkaaaannnnaaaannnn PPPPaaaarrrrssssiiiiaaaallll ddddaaaallllaaaammmm SSSSiiiisssstttteeeemmmm RRRReeeeaaaakkkkssssiiii
Untuk reaksi fase-gas ireversibel 2A ® D yang
dipelajari dalam reaktor bervolume-tetap (rigid) pada
temperatur (tetap) T, tekanan total (P) yang terukur
adalah 180 kPa setelah reaksi berlangsung selama 20
menit dan 100 kPa setelah waktu yang lama (reaksi
berlangsung sempurna). Jika mula-mula hanya ada A,
berapakah tekanan parsial D (pD) setelah reaksi
berlangsung selama 20 menit?
Tuliskan asumsi-asumsi yang digunakan.
Soal Nomor 23
5. 5
Problem
Nauman, 2002, p. 71 Soal SSSoooaaalll ddddaaaarrrriiii:::: MMMMiiiisssssssseeeennnn,,,,1111999999999999
SSSSooooaaaallll daaaarrrriiii:::: MMMMiiiisssssssseeeennnn,,,,1111999999999999
For the gas-phase reaction:
C2H4 + C4H6 ® C6H10 or A + B ® C
carried out isothermally in a constant-volume batch
reactor, what should the temperature (T/K) be to
achieve 57,6% conversion of reactants, initially
present in an equimolar ratio, in 4 min? The initial
total pressure is 0,8 bar (only A and B present
initially). The rate law (Example 4-8) is:
115000
- = -
exp 10 x 0 , 3 r
A C C
A B
7
R T
with the Arrhenius parameters, A and EA, in L mol-1 s-1
and J mol-1, respectively.
REAKSI KOMPLEKS -CCCCoooonnnnttttoooohhhh RRRReeeeaaaakkkkssssiiii
Reaksi reversibel (bolak-balik):
Isomerisasi butana:
Reaksi ireversibel paralel:
Dehidrasi dan dehidrogenasi etanol:
Reaksi ireversibel seri:
Dekomposisi aseton (seri terhadap ketena):
4
Reaksi Reversibel Berorde Satu
Tinjau reaksi reversibel unimolekuler berorde satu:
d C = - d C
= d X
= -
R A k C k C
1 A 2 R
A
A0
dt
C
dt
dt
Persamaan kinetikanya:
= +
k = =
= +
1
M X
= - -
R0
C
- -
Re
Ae
C
ln 1 1
k t
M 1
M X
C C
A Ae
C C
ln
X
X
A0 Ae Ae
A
Ae
+
-
A0
C
M =
Ae
C
Ae
2
C
K
1 X
k
-
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii BBBBoooollllaaaakkkk-bbbbaaaalllliiiikkkk BBBBeeeerrrroooorrrrddddeeee 1111
Reaksi fase-cair reversibel berorde-satu: A Û R,
dengan CA0 = 0,5 mol/liter dan CR0 = 0,
berlangsung di dalam sebuah reaktor batch
bervolume-tetap. A telah terkonversi sebesar
33,3% setelah 8 menit, sedangkan konversi
kesetimbangan tercapai pada 66,7%. Tentukan
persamaan kinetika reaksi ini!
Soal Nomor 18
6. 6
Reaksi Reversibel Berorde Dua
Tinjaulah beberapa
skema reaksi
reversibel bimole-kuler
berorde dua
sebagai berikut:
Persamaan kinetikanya: …?
Nilai awal (pada t = 0): …?
Dapat diselesaikan…!
TTTThhhhiiiinnnnkkkk aaaabbbboooouuuutttt tttthhhhiiiissss⁄⁄⁄⁄
Is the approach of the concentration of a reagent A
to equilibrium always monotonically decreasing if
?
Thermodynamics tells nothing about kinetics.
Thus, while [A] must go to its equilibrium value
eventually, it may not go there directly. For example,
the following is possible:
Reaksi Ireversibel Paralel
Reaksi ireversibel paralel elementer:
Persamaan kinetikanya:
( ) 1 A 2 A 1 2 A
- r = - A
= + = +
d C
A k C k C k k C
dt
1 A
r = R
=
d C
R k C
dt
2 A
r = S
=
d C
S k C
dt
Pada t = 0: CA = CA0
CR = CR0 = 0
CS = CS0 = 0
k1 k2
R: desired
product
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh PPPPaaaarrrraaaalllleeeellll
Tinjaulah sebuah reaksi fase-cair dekomposisi A yang
berlangsung menurut skema kinetika dengan persamaan
kecepatannya sebagai berikut: A ® B + E rB = k1CA
A ® D + E rD = k2CA
Reaksi dilangsungkan secara isotermal dalam sebuah
reaktor batch, dengan mula-mula hanya ada A dengan CA0
= 4 mol/L dalam pelarut inert. Pada t = 1200 detik, CA =
1,20 mol/L dan CB = 0,84 mol/L. Hitunglah:
(a) harga k1 dan k2 (beserta satuannya)
(b) harga CD dan CE pada t = 1200 detik.
Soal Nomor 52
Reaksi Ireversibel Seri-1
Reaksi ireversibel seri elementer:
Persamaan kinetikanya:
d C
r = = -
A k C
1 A
A
dt
d C
r = = -
R k C k C
1 A 2 R
R
dt
d C
r = =
S k C
2 R
S
dt
Pada t = 0: CA = CA0
CR = CR0 = 0
CS = CS0 = 0
Reaksi Ireversibel Seri-2
Kapan dan berapa CR maksimum?
0
d CR =
dt
2
k k
( ) 2 1
k
k
1
2
=
C C
R,max A0 k
-
2
t 1
=
k
k
ln
=
max k
1
-
k k
2 1 log mean
Secara umum:
Untuk sejumlah reaksi yang berlangsung seri/ konsekutif/
berurutan: tahap reaksi yang paling lambat yang akan
menjadi penentu kecepatan reaksi secara keseluruhan
7. 7
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh SSSSeeeerrrriiii
Reaksi seri elementer:
berlangsung dalam sebuah reaktor sistem batch
bervolume tetap. Mula-mula hanya ada A dengan
CA0 = 120 mmol/m3.
Jika CA = 85 mmol/m3 setelah reaksi berlangsung
selama 12 menit, dan CR maksimum yang dicapai
oleh reaksi ini adalah 60 mmol/m3, tentukan:
(a) besarnya k1 dan k2
(b) waktu untuk mencapai CR maksimum
(c) CA dan CS pada saat t pada butir (b)
(d) CR dan CS pada t = 12 menit
Profil CA, CR,
dan CS
versus t:
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii SSSSeeeeaaaarrrraaaahhhh SSSSeeeerrrriiii-PPPPaaaarrrraaaalllleeeellll
Reaksi homogen:
A B
berlangsung dalam sebuah reaktor sistem batch
bervolume tetap. Mula-mula hanya ada A.
(a) Turunkan persamaan CA terhadap t. Jika k1 = 0,001
detik-1, berapakah rasio CA/CA0 setelah 1,5 menit?
(b) Turunkan persamaan CB terhadap t. Jika k2 = 0,003
detik-1, k3 = 0,002 detik-1, dan CA0 = 0,2 gmol/dm3,
berapakah CB setelah 2 menit?
(c) Berapakah konsentrasi C setelah 1 menit? 2 menit?
(d) Gambarkan profil SDC terhadap t. Kapankah CB
mencapai maksimum?
D
C
k3
k2
k1
(Sumber: Fogler, 1992)
Problem
Nauman, 2002, p. 71
SISTEM REAKTOR BATCH – VOLUME BERUBAH
(VARIABLE VOLUME/ VARIABLE DENSITY)
Beberapa asumsi untuk
pendekatan:
· Reaksi berlangsung
dalam kondisi P tetap
dan T tetap
· Berlangsungnya reaksi
diamati melalui
perubahan volume
sistem reaksi
· Reaksi berlangsung hanya melalui satu persamaan stoi-kiometri
tunggal.
Volume sistem reaksi pada saat t (atau pada XA tertentu):
( ) 0 A A V = V 1 +e X
Penentuan eA
Besarnya eA ditentukan oleh:
(1) persamaan stoikiometri reaksi
(2) komposisi reaktan awal (termasuk inert)
Tinjau reaksi: a A + … p P + …
= = -
V V
X 1 X 0
A A
V
X 0
A
A
=
e =
A A0 A e = y d
(Levenspiel; Hill)
(Fogler)
e atau: A
8. 8
Ilustrasi:
(1) Reaksi homogen fase-gas: A 4 R
dalam sistem variable-volume batch reactor
· Jika mula-mula hanya ada reaktan A, maka: …
· Jika mula-mula campuran reaktan mempunyai
komposisi: A sebanyak 50%-mol dan sisanya
berupa inert, maka: …
(2) Campuran gas dengan nA0 = 100, nB0 = 200, dan nI0 =
100, direaksikan dalam sebuah reaktor batch
(variable-density),melalui reaksi: A + 3 B 6 R
maka: …
Pernyataan Kecepatan Reaksi
Konsentrasi A setiap saat (t = t):
( )
A
( ) A A
= = -
n 1 X
n
= -
A A0
1 X
A A0 A
0 A A
1 X
C
V 1 X
V
C
e +e
+
Kecepatan reaksi homogen berkurangnya A:
1
d n
V
dt
r A
A - = -
A
A
d C
r
dt
- = -
(sistem batch, V tetap)
d X
r A
dt
C
A0
A +e
1 X
A A
- =
( )
dt
C d ln V
d V
- = =
A e dt
e
C
V
r
A0
A
A0
A
(sistem batch, V berubah)
atau:
CCCCoooonnnnttttoooohhhh SSSSooooaaaallll::
KKKKiiiinnnneeeettttiiiikkkkaaaa RRRReeeeaaaakkkkssssiiii HHHHoooommmmooooggggeeeennnn –– SSSSiiiisssstttteeeemmmm VVVVoooolllluuuummmmeeee BBBBeeeerrrruuuubbbbaaaahhhh
Tentukan konstanta kecepatan reaksi
orde-satu untuk berkurangnya A dalam
reaksi fase-gas (dalam sebuah reaktor
batch): 2 A ® R, pada kondisi tekanan
tetap, reaktan berupa 80%-mol A (
sisanya berupa gas inert), dan volume
campuran reaksi berkurang 20% dalam
waktu 3 menit!
Soal Nomor 41
Hill, 1977, p. 71, ch. 3 Problem
Hill, 1977,
p. 75,
ch. 3