109446_tugas Trk Bab 12 Kelompok 8

Tugas Kelompok Teknik Reaksi Kimia 1 Bab 12

Disusun oleh:

Kelompok 8 Dwiputra M. Zairin

/ 1406231706

Indy ra!etya

/ 1406604683

 "ur #a$itra% #.

/ 1406607741

#ap%ira "u "urina &a &ak%ri

/ 14 1406''287'

(u)a*u! +i,aldy

/ 1406''2-'0

Departemen Teknik Kimia Fakultas Te Teknik knik Universitas Indonesia Depok 201

!12"2B

a #$ample 12"1%  Effective Diffusivity. Make a !ket% o$ a di$$u!ion pat% $or w%i% t%e tortuo!ity i! '. ow would your e$$etie *a!p%a!e di$$u!iity %an*e i$ t%e a)!olute  pre!!ure were tripled and t%e temperature were inrea!ed )y '0  Jawaban

Di$u!iita! )er)andin* luru! den*an !u%u dan )er)andin* ter)alik den*an )e!ar tekanan. 5le% karena itu !emakin tin**i tin**i !u%u lau di$u!iita! !emakin menin*kat. #edan*kan !emakin )e!ar tekanan lau di$u!iita! !emakin keil.

 De D AB

T   P

 Dex D el

 P1 T 2  P T 1

( )

1,75

b) #$ample 12"2% Tissue Engineering. a*aimana ika kinetika reak!i memiliki 91 orde 1 ter%adap kon!entra!i 52 den*an k 1: 102 %1 92 Kinetika Monod den*an ;ma<: 1.33 < 103 %1 dan K !: 0.3 mol/dm3. 93 5rde nol den*an =ua!i !teady !tate analy!i! men**unakan per!amaan 9>122.1- den*an neraa ke!eluru%an

dF w dt 

= v c W O | z=0 2

 A c V 

?ntuk mempredik!ikan $lu< 52 dan tumpukan kola*en yan* ter)entuk !e)a*ai $un*!i waktu. @atatanA B:C. C!um!ikan E : 10 dan koe$i!ien !toikiometri untuk ok!i*en ter%adap kola*en  adala% 0.0' $rak!i ma!!a !el/mol 52.  Jawaban

91 ?ntuk kinetika reak!i memiliki orde 1

ertama di)uat neraa mol dari 52 C pada olume FB : CF  F  A| z − F  A| z +∆ z + r A  A c ∆ z =0

91

Kemudian per!amaan diata! di)a*i den*an F, dan diam)il limit F, G 0 !e%in**a di%a!ilkan 1 dF  A

 A c dz

+ r A =0

[

2

d C  A

 F  A = A c − D AB

2

dz

+ U C  A

]

?ntuk kon!entra!i ener kita dapat men*a)aikan ?@C dan men**a)un*kan per!amaan 91 dan 92 diperole%A 2

 D AB

d C  A 2

dz

+ r A =0

Den*an men*an**ap lau kon!um!i 52 memiliki orde 1 maka 2

 D AB

d C  A 2

dz

+ kC  A =0

Kemudian kita mem)uat per!amaan diata! dalam )entuk tak )erdimen!i den*an men**unakan dua aria)el )aru ѱ dan H dimanaA C  A ѱ = C  A 0

 λ = #e%in**aA

 z b

2

d ѱ  − Da ѱ =0 2 dλ Dimana 2

kb  Da= 2  D  AB #elanutnya dilakukan penurunan per!amaan untuk memperole% kinetika pada orde  pertamaA ѱ = A cosh √  Da λ + B sinh √  Da λ

d ѱ  = A √  Da sinh √  Da λ + B √  Da cosh √  Da λ dλ #i!tem dapat di*am)arkan !e)a*ai )erikutA

Den*an meli%at *am)ar diata! pada

B =− A

ada

  sinh √  Da cosh √  Da

ѱ =1

 atau

1= A cosh √  Da

 A =

B=

1 cosh √  Da tanh √  Da cosh √  Da

 λ =0

d ѱ  = 0 atau  λ =1  dλ

ѱ =

cosh √  Da λ cosh √  Da

−

tanh √  Da λ cosh √  Da

sinh √  Da λ

92 Kinetika Monod 2

d C  A  μmax C  A C C   D AB + =0 2  K S C  A dz 2

d C C   μmax C  A C C  = =0 2  K S C  A dz Kemudian per!amaan diturunkan den*an men**unakan =ua!i !teady !tate analy!i!

93 Koe$i!ien aria)el di$u!i

dF w dt 

= v c W O 2| z=0 A c

W  A =− D e

dF w dt 

=¿−

dC  A dz

|

 De C  A 0 d ѱ   L d λ  λ =0

=−

|

 D AB C  A 0 d ѱ  v  A / V   L d λ  λ =0 c c

 "eraa mol

[  ]

d  D e

dC  A dz

dz

− k =0

?ntuk di$u!i yan* ter%alan*i D  AB  De = 2 2    F w 1+

1− F w

C!um!ikan tidak ada aria!i DC ter%adap peru)a%an

 λ

 makaA

2

2

d ѱ  kL − =0 2 d λ  De C  A 0 Dari per!amaan !e)elumnya diperole%A 2

kL = ϕ0 2 De C  A 0 MakaA 2

d ѱ  − 2 ϕ 0= 0 2 dλ ѱ = ϕ 0 λ ( λ −2 ) + 1

W  A =− D e

dC  A dz

|

|

 D e C  A 0 d ѱ   L d λ  λ =0

=−

 z =0

2

d ѱ  2 kL =(2 ϕ 0 λ −2 ϕ 0)| λ =0=−2 ϕ 0= 2 D e C  A 0 dλ

(

W O 2=W  A =

− D e C  A 0  L

)(

−kL2  De C  A 0

)

= kL

&lu< 52 tidak )er*antun* pada De  yan* tidak menin*kat karena reak!i pada orde nol. ?ntuk tim)unan material yan* men*%alan*i di$u!i dF w = v c A c kL = A c Lk =kV  dt 

 F w =kVt  Dne*an pendekatan =ua!i !teady !tate &w akan menin*kat De  )erkuran* dan

ϕ0

menin*kat !eirin* pertam)a%an waktu. "amun pada !uatu titik dimana kon!entra!i ok!i*en !ama den*an nol akan ditemua Kita dapat men*anali!i! !eperti yan* di*unakan  pada 1210 den*an mem)alik koordianat dari H : 0 dan H : 1 !e%in**a akan ditemukan

 λc =

1

ϕ0

(erli%at )a%wa den*an penin*katan t teradi penurunan H  !ampai pada titik dimana kon!entra!i ok!i*en yan* )er*erak ke ata! *el !ama den*an nol.  #$ample 12"&%  91 %at i! t%e perent o$ t%e total re!i!tane $or internal di$$u!ion and $or  reation rate $or ea% o$ t%e t%ree partile! !tudied. 92 Cpply t%e ei!,rater riteria to a partile 000' m in diameter.  Jawaban

91 er!en re!i!ten!i total untuk di$u!i internal dan untuk !etiap lau reak!i. ?ntuk

"1=0,182

 !1

ata! reak!i permukaan 182 dan )ata! di$u!i 818. ?ntuk

"1=0,856

 !2

ata! reak!i permukaan 8'6 dan )ata! di$u!i 146. 92 Men**unakan kriteria ei!,rater untuk diameter partikel !e)e!ar 000' m.

C ℘ =

−r A (#b$ ) %c ! 2  Dc D AS

 "ilai

C ℘

=" ϕ21 =0,95 x ( 0,9)2= 0,77

 kuran* dari 1 )erarti tidak !i*ni$ikan untuk )ata! di$u!i.

d #$ample 12"'% Overall Efectiveness Factor(1) @alulate t%e perent o$ total re!i!tane $or  e
(a)aban

91 Diket A • • • • • •

k : 4.42 < 1010 m3/m2.! k : 6 < 10' m/! #a : Internal surface area : '30 m2/*   : Bulk density of bed : 1.4 < 106 */m3  : Internal effectiveness factor : 0.167 a : external area er unit reactor volu!e : '00 m2/!3

Menari nilai Overall Effectiveness Factor 9L

&=

" k 1  SA%b 1+ kc'ac 3 0.167

 

&=

¿

1+

2. $

)( 530 m2 / ) )( 1.4 ( 106 ) / m 3 ) (6 ( 10−5 m / $ )( 500 m 2 / m 3 )

0.1671+( 0.167 )( 4.4 ( 10 m

&=

  0.167 1 + 1.83

: .   #e%in**a nilai surface reaction li!ited nya adala% '.- dan nilai external and internal  diffusion li!ited adala% -4.1   : 0.-41/9610.-6:0.-41/16.-6  Internal di$$u!ion reation :90.-41N96/16.-6N 100:33.3  >
 L2= L1 ln

1 1− * 2

ln

1 1 − * 2

: ln

1 1− * 1

= 0.16

 ln ( 10000) ln 500

=0.24 m

e Pou applied t%e Mear! and ei,rater riteria to e : 20 kal/mol  Diketa%ui A Kriteria Mear A

|

−∆+rx (−r A , ) %b ℜ 2

-T   !)

|

< 0.15

Fr< : 2' kal/mol

: 104.6 kO/mol

%

: 100 tu/%.$t2.&

: 0.'67 kO/!.m2.K 

>

: 20 kal/mol

: 83.682 kO/mol

+*

: 8.314 103 kO/mol

Ditanya A al yan* dapat dipelaari dari per%itun*an men**unakan kriteria Mear! Oawa) A Dari onto% 12.13 rQC : k #a @ "5 k

: 4.42 1010 m3/m2.!

#a

: '30 m2/*

R)

: 91ϕR

+

: 3 103 m

(

: 1173 K  

: 910.' 2.8 106

ada inlet reaktor $rak!i "5 : 0.02 maka 5

  1.01325 10 . P  = = =10.39 m#l / m3 V   !T  8.3144 ( 1173

@ "5 : 90.02 10.3- : 0.2078 mol/m3 Di!u)!itu!ikan pada per!amaan Mear A

: 1.4 106 */m3

|

(

)

3

2

|

k/  m m  m#l ) k/  104.6 ( 4.42 10−10 2 ( 530 ( 0.2078 3 )( 1.4106 3 )( 3 10−3 m )( 83.682 ) m#l ) m#l m $ m m =2.88 10−4 k/  k/  (0.567 2 ) (1173  K )2 (8.3144 10−3 ) m#l'K  $ m  K 

a!il menunukan an*ka di)awa% 0.1' maka tidak ada *radient temperatur. #u%u )ulk  %amper !ama den*an !u%u permukaan luar pellet.

$. e let S : 30 T : 0.4 and ϕ : 0.4 in $i*ure 127 w%at would ount you to *o $rom t%e upper !teady !tate to t%e lower !teady !tate and i er!a

(a)aban :

Oika mem)uat *ari! ertial den*an ϕ : 0.4 maka akan )er!in**un*an den*an T : 0.4 tepat pada len*kun*annya. #e%in**a !etiap !edikit penin*katan !u%u akan menye)a)kan reak!i menadi upper !teady !tate

!12"&B

(%e atalyti reation

 A 0 B take! plae wit%in a $i
 "dditional infor!ation# *as !roperties:

Bed !roperties:

Di$$u!iityA 01 m2/!

(urto!ity o$ pelletA 1.414

Den!ityA0001 */m3

ed permea)ilityA1 milidary

Bio!ityA 00001 */m. !

oro!ityA 03

9a I! t%e reation limited )y e
erda!arkan %u)un*an diata! )a%wa %u)un*an antara aria!i lau reak!i ter%adap temperatur dapat dikatakan menadi $aktor limita!i V>
#eluru% temperatur pada  F (0 : 10 mol/am dimana lau reak!i !eirin* den*an

menin*katnya temperatur  (emperatur diata! 326 k pada F (0 : 100 mol/am • 9 I! t%e reation Vreationratelimited (a)aban: Iya karena pada *ra$ik terli%at dan diketa%ui )a%wa reak!i yan* teradi di)ata!i ole% Vreationratelimited yan* letaknya diantara temperatur ek!ponen!ial dan lau reak!i 9d I$ your an!wer to part 9 wa! Vye! under w%at ondition Wo$ t%o!e !%own 9i.e. T   F (0X i! t%e reation limited )y t%e rate o$ t%e !ur$ae reation! (a)aban: Dari ta)el 121 V!ur$ae reation menadi limitin* ika %u)un*an antara aria!i lau reak!i ter%adap temperatur adala% ek!ponen!ial. u)un*an ini dapat kita li%at padaA  F (0 : 100 mol/am pada ( Y 362 K. •  F (0 : 1000 mol/am pada ( Y 367 K. •  F (0 : '000 mol/am pada ( Y 367 K. • 9e I! t%e reation limited )y internal di$$u!ion (a)aban: enetuan ada atau tidaknya du$i!i internal dapat men**unakan kriteria Vei!,roter dimana !yaratnya adala%A

−r A,  ( #b$ ) %c ! 2 @wp  1 G @wp :

 D1C  AS

Kemudian menari nilai @wp tiap kondi!i den*an *ra$ik 123  F (0 : 10 *mol/am • @wp YY 1 karena merupakan aktual rate  F (0 : 100 *mol/am pada[( : 362 K  • 0,7 x 0,00125 x 25 =1,4 r0Cw1 ≫ 1 @wp : 0,1 x 0,0 •

•

 F (0 : 1000 mol/am pada [( :367 K. @wp : 24r G @wp  1  F (0 : '000 mol/am pada [( :367 K. @wp : 26r G @wp  1

Dili%at dari %a!il per%itun*an @wp dita! menunukkan )a%wa @wp pada r C yan* tero)!era!i )ernilai  1. Den*an kata lain dapat dikatakan )a%wa ada di$u!i internal. 9$ I$ your an!wer to part 9e wa! Vye! under w%at ondition Wo$ t%o!e !%own 9i.e. T   F (0X i! t%e reation limited )y t%e rate o$ internal di$$u!ion (a)aban: ?ntuk %al ini dapat ditinau dari )a*ian e koni!i untuk reak!i ini di)ata!i ole% di$u!i internal

dalam kondi!iA o  F  (0 : 100 mol/am pada (  362 K. o  F  (0 : 1000 mol/am dan '000 mol/am pada (  367 K. 9* &or a $low rate o$ 10 * mol/% determine 9i$ po!!i)le t%e oerall e$$etiene!! $ator L at 360 K. (a)aban:

&=

−r A ( 1ada $2-2 362 K 5 F T  =10 m#l /  6am ) act2alrate#3 react4#. = 4deal rate#3 react4#. −r A ( 1ada $2-2 362 K 5 F T  =5000 m#l /  6am ) 0

0

&=

0,26 = 0,37 0,70

9% >!timate 9i$ po!!i)le t%e internal e$$etiene! $ator \ at 367 K. (a)aban:

−r A ( 1ada $2-2 367 K 5 F T  =5000 m#l /  6am ) act2al rate#3 react4#. = "= extra1#lated rate #3 react4#. −r A ( 1ada $2-2 367 K 5 F T  =5000 m#l /  6am ) 0

0

&=

1,2 = 0,86 1,4

9i I$ t%e onentration at t%e e
7 =

C  A 1 sinh ( ϕλ )  ! A = = C  A  λ sinh ϕ  ! A S

S

( )

sinh ϕ

 ! A

S

 ! A

sinh ϕ

 "amun ma!i% terdapat !atu parameter yan* )elum diketa%ui yaitu modulu! (%iele 9ϕ . Maka lan*ka% yan* %aru! dilakukan adala% menentukan )e!arnya modulu! (%iele terle)i% da%ulu den*an per!amaan 3 ( ϕ coth ϕ −1 ) "= 2 ϕ  "ilai \ tela% didapatkan dari poin 9% yaitu \ : 086 maka 3 ( ϕ coth ϕ −1 ) 0,86 = 2 ϕ Den*an men**unakan $itur goal seek  pada Miro!o$t ><el atau men**unakan $itur solve  pada kalkulator maka didapatkan nilai modulu! (%iele yaitu !e)e!ar  ϕ = 0,86 Kemudian nilai kon!entra!i pada r : +/2 di dalam katali! )erpori pada ( : 367 K )i!a didapatkan den*an mema!ukkan nilai dari parameterparameter yan* tela% diketa%ui  ! A sinh ϕ  ! A C  A  ! A = sinh ϕ C  A  ! A

( ) S

S

C  A =C  A

S

S

 ! A  ! A

S

( )

sinh ϕ

 ! A

S

 ! A

sinh ϕ

 ! C  A =0,01 8

2

 !

( )

sinh 0,01 8

8

!  ! 2

sinh 0,01 3

C  A =0,0100005 m#l / dm

 1 sinh ( 0,01 8 2 ) 2 sinh 0,01

=0,01 8 8