Tugas Trk Lanjut 1.docx

Teknik Reaksi Kimia Lanjut Tugas 1 1. Hitung waktu ruang fluida jika volume reactor adalah 200 ml dan laju alir fluida umpan yang masuk reactor adalah 10 L/s 2. Hitung waktu ruang fluida jika reactor mempunyai diameter 12 in, panjang 1 m, porositas 0,4, dan laju alir fluida umpan yang masuk reactor adalah 10 L/s.

Tugas 2 P-1a. Reaksi tunggal volume tetap Reaksi : A + 2B

C

Yang dilangsungkan dalam sebuah reaktor batch bervolume tetap. k = 0,2 (1/s L/mol) 𝑟𝐴 = 𝑘 𝐶𝐴 𝐶𝐵 2 (mol/L.s) Neraca massa : nA 

𝑑𝑛𝐴

nB 

𝑑𝑛𝐵

nC 

𝑑𝑛𝑐

𝑑𝑡

𝑑𝑡

𝑑𝑡

= − 𝑟𝐴 𝑉 = −2 𝑟𝐴 𝑉 = 𝑟𝐴 𝑉

 Jika waktu reaksi 10s, hitung volume reactor yg diperlukan untuk mencapai konsentrasi A sebesar 90%.  Jika diameter tangki sama dengan tinggi fluida di dalam reactor dan volume reactor adalah 20% lebih besar daripada volume reaksi, hitung dimensi reactor yang diperlukan. Jawab : A 1 mol

+

2B 2 mol



C

0,9 mol

1,8 mol

0,9 mol

0,1 mol

0,2 mol

0,9 mol

𝑑𝑛𝐴 𝑑𝑡 𝑑𝑛𝐴 𝑑𝑡 𝑑𝑛𝐴 𝑑𝑡

𝑉2

= − 𝑟𝐴 𝑉 = − 𝑘 𝐶𝐴 𝐶𝐵 2 𝑉 =−𝑘 𝑑𝑛𝐴 𝑑𝑡

𝑛𝐴 𝑛𝐵 2 𝑉

𝑉2

 jika nB = 2nA

𝑉

= − 4 𝑘 𝑛𝐴 3

1 𝑑𝑛𝐴

𝑉 2 ∫0.9 𝑛

𝐴

𝑉2

-

3

10

= − 4 𝑘 ∫0 𝑑𝑡

1 = (4) (0,2) (10 − 0) 2 (1 − 0,9)2

𝑉 2 = 0,16 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = 0,4 𝐿 Karena volume reactor adalah 20% lebih besar daripada volume reaksi, maka: 𝑉𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 = (0,4) (1,2) = 0,48 𝐿 1

𝑉𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖 = 4 𝜋𝐷2 𝐻  diketahui H=D 0,4 =

1 𝜋𝐷3 4

𝐷 = 0,8 𝑑𝑚 𝐻 = (0,8)(1,2) = 0,96 𝑑𝑚 P1-a’ menentukan nilai k Reaksi : A + B  C Reaksi orde 1 terhadap Ca (Cb berlebih). Diketahui Ca0 = 1 kmol/m3 dan reaksi dilangsungkan dalam fasa cair. Tentukan tetapan laju reaksi k, jika data konsentrasi Cc selama 10s adalah :

t (s) 0 0,5 1 1,5 2 3 4 6 10

Cc (kmol/m³) 0 0,145 0,27 0,376 0,467 0,61 0,715 0,848 0,957

Jawab : Jika Cb berlebih, maka Cb konstan (tetap) 𝑑𝐶𝑎 = − 𝑘 𝐶𝑎 𝐶𝑏 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝑎 𝑑𝑡

= − 𝑘′ 𝐶𝑎  𝑘′ = 𝑘 𝐶𝑏

𝑑𝐶𝑎 = − 𝑘 ′ 𝑑𝑡 𝐶𝑎 ln 𝐶𝑎 = −𝑘 ′ 𝑡 𝐶𝑎 = 𝑒𝑥𝑝−𝑘𝑡 t (s) 0 0.5 1 1.5 2 3 4 6 10

Cc (kmol/m³) 0 0.145 0.27 0.376 0.467 0.61 0.715 0.848 0.957

Ca (kmol/m³) 1 0.855 0.73 0.624 0.533 0.39 0.285 0.152 0.043

Kemudian dari table tersebut di buat plot laju pengurangan Ca terhadap waktu. 1.2

Ca (kmol/m³)

1 0.8 0.6 0.4 0.2

y = 1.0007e-0.315x

0 0

2

4

6

8

10

12

Time (s)

Dari plot diatas, didapatkan persamaan y = 1,0007 𝑒 −0,315𝑥 . Maka di dapatkan k = 0,315 P-1b. Reaksi kompleks Tinjau sebuah reaksi: A  C + D yang mempunyai mekanisme reaksi: A

k1

B+C

B

k2

D

Laju reaksi keseluruhan masing-masing komponen: 𝑑𝐶𝐴 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐵 𝑑𝑡

= 𝑟𝐴 = −𝑘1 𝐶𝐴 = 𝑟𝐵 = +𝑘1 𝐶𝐴 − 𝑘2 𝐶𝐵

𝑑𝐶𝑐 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐷 𝑑𝑡

= 𝑟𝐶 = +𝑘1 𝐶𝐴 = 𝑟𝐷 = +𝑘2 𝐶𝐵

k1=0,2 s-1 ; k2=0,1 s-1 ; CA0=2 mol/L ; CB0=1 mol/L ; CC0=CD0=0. a) Kapan konsentrasi B mencapai harga maksimum? b) Kapan konsentrasi A, C, D mengalami perubahan yang paling tinggi? Jawab: Dengan menggunakan FlexPDE, di dapatkan grafik sebagai berikut :

a. Konsentrasi B mencapai maksimum pada saat t= 4,7 s. b. Perubahan komponen A dan C paling besar terjadi pada rentang 0-5 sekon, sedangkan perubahan komponen D paling besar terjadi pada rentang 0-15 PR-1. Reaksi kompleks Sebuah reaksi Kompleks: 2A B+C

k1 k2

B

𝑟1 = 𝑘1 𝐶𝐴 2

P

𝑟2 = 𝑘2 𝐶𝐵 𝐶𝑐

Laju reaksi keseluruhan masing-masing komponen: 𝑑𝐶𝐴 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐵 𝑑𝑡

= 𝑟𝐴 = −2 𝑘1 𝐶𝐴 2 = 𝑟𝐵 = 𝑘1 𝐶𝐴 2 − 𝑘2 𝐶𝐵 𝐶𝑐

𝑑𝐶𝑐 𝑑𝑡 𝑑𝐶𝐷 𝑑𝑡

= 𝑟𝐶 = −𝑘2 𝐶𝐵 𝐶𝑐 = 𝑟𝐷 = 𝑘2 𝐶𝐵 𝐶𝑐

k1 = 1 m3/mol/s ; k2 = 0,5 m3/mol/s ; CA0 = 1 mol/m3 ; CB0 = 0 mol/m3 ; CC0 = 1 mol/m3 ; CP0 = 0 mol/m3 ; dengan nilai awal t= 0 Hitung konversi A maksimum. Jawab: Dengan menggunakan FlexPDE, di dapatkan grafik sebagai berikut :

Jadi konversi A maksimum yang diperoleh adalah 99% pada t= 50 s.

Tugas 3 PR-2. Batch reactor: Reaksi Kompleks, Volume Berubah Reaksi : 2A  B, yang diselenggarakan dalam fasa gas pada tekanan tetap dan isothermal. Jika gas-gas tersebut dianggap berkelakuan sebagai gas ideal, turunkan persamaan rancangan reactor batch yang menggambarkan perubahan mol A sebagai fungsi dari waktu. Alurkan kurva nA dan nB sebagai fungsi dari waktu (0-10s). Persamaan laju reaksi adalah : -rA = 2 k CA2. System mengandung sejumlah gas inert ni= 1 mol, nA0= 1 mol, nB0= 0 mol, k= 10 L/mol/s. P= 1 atm, T=200 oC, R= 0,0821 L atm/mol K.

PR-3. Batch reactor: Reaksi Kompleks, Volume Berubah k1

Tinjau: 2A

B

r1= k1 CA2

P

r2= k2 CB CC

k2

B+C

Diketahui: k1=0,01 m3/mol/s, k2=0,02 m3/mol/s, nA0= 1 mol, nB0= 0 mol, nC0= 1 mol, nP0= 0 mol. P=1 atm, T= 200oC, R=0,0821 L atm/mol K. Turunkan persamaan rancangan batch reactor. Hitung waktu yang diperlukan untuk mencapai konversi A = 50%.

Semi Batch reactor - Volume Berubah, orde 1. 

Pada saat t<0, senyawa B dimasukkan ke dalam bejana.



Pada saat t=0, senyawa A ditambahkan ke dalam bejana secara kontinyu, sehingga volume system mengalami perubahan terhadap waktu.



Hal lain, produk reaksi dapat diambil dari bejana, sehingga volume system mengalami pengurangan.

Persamaan rancangan: semi batch reactor FA in – (-rAV) = CA in = 1 mol/m3, CA0 = 0,001 mol/m3, Qin = 0,02 m3/s, V0 = 0,1 m3, k= 1/s Bagaimana kurva CA dan V terhadap t ?