TEKNIK REAKSI KIMIA II KINETIKA REAKSI PADA REAKTOR CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor )
Disusun Oleh : Kelompok 12 (kelas A) Aldiaz Cipta. P "lil Ansho#i
(33351422!) (33351411$%)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA 2016
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Laa! B"#a$a%& Dalam teknik kimia& 'eakto# adalah suatu eana tempat e#lan*sun*n+a #eaksi kimia. Pe#an,an*an suatu #ea,to# kimia ha#us men*utamakan e-isiensi kine#a #ea,to#& sehin**a didapatkan hasil p#oduk diandin*kan masukan input +an* esa# den*an ia+a +an* minimum& aik itu ia+a modal maupun ope#asi. entu saa -a,to# keselamatan pun tidak oleh dikesampin*kan. /ia+a ope#asi iasan+a te#masuk esa#n+a ene#*+ +an* akan die#ikan atau diamil& ha#*a ahan aku& upah ope#ato#& dll. Pe#uahan ene#*+ dalam suatu #ea,to# kimia isa ka#ena adan+a suatu pemanasan atau pendin*inan& penamahan atau pen*u#an*an tekanan& *a+a *esekan (pen*adukan dan ,ai#a). 'eakto# e#dasa#kan p#osesn+a ada ti*a enis& +aitu : #ea,to# at,h& #ea,to# kontinu& dan #ea,to# semi at,h. Pada makalah ini akan memahas tentan* kinetika #eaksi pada #ea,to# kontinu enis C0'. Continuous sti##ed tank #ea,to# (C0') e#upa suatu adah +an* umumn+a e#entuk silinde# den*an diamete# te#tentu& dimana sekelilin* #ea,to# isa diia#kan te#uka (te#adi koneksi eas anta#a #ea,to# den*an uda#a sekelilin*n+a)& isa diisolasi dden*an ahan (isolato#) te#tentu& atau isa u*a dikelilin*i (diali#i sekelilin*n+a) den*an ,ai#an (ai#) pendin*in pemanas untuk men+e#ap panas +an* timul.C0' an+ak di*unakan dalam indust#+ p#oses& ila dalam tahap #eaksi diutuhkan ali#an #eaktan +an* kontin+u dan hasil #eaksi dipe#oleh se,a#a e#tahap selama p#oses e#lan*sun*. 0elain itu C0' u*a di*unakan apaila diha#apkan te#adin+a kese#a*aman komposisi dan tempe#atu#e dalam p#oses. 1.2
R''a% Maa#a* 'umusan masalah pada makalah ini +aitu memahan tentan* kinetika #eaksi pada #ea,to# C0' den*an metode tinauan pustaka atau men,a#i da#i ee#apa lite#atu#. 1.+
T','a% P"%'#-a% uuan da#i penulisan makalah ini +aitu : kinetika #eaksi pada #ea,to# C0'& enis #ea,to# C0'& ne#a,a massa dan ne#a,a ene#*i pada #ea,to# C0'.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
R"a$! CSTR (Continuous
Stirred Tank Reaktor )
'eakto# C0' adalah #ea,to# ideal +an* e#entuk tan*ki ali# e#pen*aduk. 'eakto# tipe ini dipasan* e#ti,al den*an pen*adukan sempu#na. Pen*adukan pada masin*masin* tan*ki dilakukan se,a#a kontinu sehin**a dipe#oleh suatu keadaan dimana komposisi ,ampu#an didalam #ea,to# ena#ena# se#a*am. Pada #ea,to# model sepe#ti ini & pen*adukan dian**ap #ata disemua a*ian& sehin**a komposisi p#oduk +an* kelua# sama den*an komposis ahan +an* ada didalam #ea,to#. 'eakto# tan*ka ini iasan+a di*unakan untuk #eaksi#eaksi dalam -ase ,ai#& untuk #eaksi hete#o*en ,ai#padat atau #eaksi homo*en ,ai,ai# dan sea*ain+a. 2.2
K"#"/-*a% a% K"$'!a%&a% R"a$! CSTR a) Keleihan - /ia+a pemasan*an leih mu#ah - udah untuk men*ont#ol suhu disetiap saat& ka#ena heat t#ans-e# pada pe#mukaan dapat diatu# den*an mudah. - 0uhu dan komposisi ,ampu#an dalam #ea,to# sama ) Keku#an*an - idak e--isien untuk #eaksi -ase *as dan #eaksi +an* e#tekanan tin**i. - "ntuk men*hasilkan kone#si +an* sama& olume +an* diutuhkan C0' leih esa# da#i P6'.
2.+
N"!aa Maa R"a$! CSTR 7e#a,a massa #ea,to# C0' pada kondisi stead+ state
8nput 9 output disappea#an,e + #ea,tion a,,umulation 9 Pada -i*u#e 5.3& ika F A 0= v 0 C A 0 adalah mola# -eed #ate da#i komponen A pada #ea,to#& maka pe#samaan ne#a,a massan+a : 8nput o- A& molestime 9 F A 0 ( 1 − X A 0 )= F A 0 Output o- A& molestime 9 F A = F A 0 ( 1− X A ) Disappea#an,e o- A + #ea,tion& molestime
−r
(
(¿¿ A )V =
)
moles A reacting ( volume of reactor ) ( time )( volume of fluid )
¿
Da#i keti*a pe#samaan diatas didapatkan :
−r (¿¿ A ) V F A X A=¿ 0
Da#i pe#samaan diatas dipe#oleh : ∆ X V τ = = A F A 0 C A 0 −r A V V C A 0 C A 0 X A 1 = τ = = = … … … … … … … … … … … … ( 11) −r A s v0 F A 0
Dimana X A dan kondisi didalam #ea,to#. ∆ X A X Af − X Ai V = = F A 0 (−r A ) f (−r A )f
r A diuku# pada kondisi ali#an kelua#& +an* sama den*an
Atau V C A 0 X A C A 0 ( X A f − X Ai ) = τ = = … … … … … … … … ( 12) v F A 0 (−r A )f C A = − X 1 A "ntuk kasus pada sistem +an* densitasn+a konstan C A 0 dimana
pada kasus ini pe#samaan dapat ditulis dalam hal konsent#asi& +aitu : "ntuk
ε A =0
−r C A 0 (¿¿ A ) X C −C V = A = A 0 A ¿ F A 0 −r A
atau V C A 0 X A C A 0−C A = τ = = … … … … … … … … … … . ( 13) −r A −r A v
C A
Constant densit+ s+stem
C AO
=1− X A , untuk o#de ke 1& pe#samaann+a
+aitu: kτ =
X A 1
− X A
=
C A 0 −C A C A
untuk ε A =0 … … … … … … ( 14 a )
Disisi lain& untuk ekpansi linie#& pe#samaan+a +aitu :
V =V 0 ( 1 + ε A X A ) dan
C A C AO
=
− X A 1 + ε A X A 1
0ehin**a untuk #eaksi o#de pe#tama& pe#samaan 11 menadi : kτ =
X A ( 1 + ε A X A ) for any ε A … … … … … .. ( 14 b ) 1 − X A
"ntuk #eaksi o#de ke dua& A
P#oduk.
−r A= k C A2 , ε A =0, Pe#samaan 11
menadi: kτ =
2.
−1 + √ 1 + 4 kτ C A 0 C A 0−C A = atauC … … … … … ( 15 ) A 2 kτ C A2
N"!aa E%"!&- R"a$!
"ntuk #ea,to# ali#an ,ontinu& sepe#ti #ea,to# C0'& ne#a,a ene#*+ me#upakan enthalp+ (;) keseiman*an.
¿ d# m c d! +" A c ( ! c −! )+(− ∆ # $A )(¿− r A ) V = … … … ( 14.3 −8 ) dt
!
m0 c 0 d! −
∫¿ ! ref
! 0
∫¿ ! ref
Pe#samaan (14.3=) dapat disede#hanakan dalam e#a*ai ,a#a. "ntuk ope#asi tunak& m=m 0 dan sisi kanan len+ap. 0elanutn+a& ika c dan ! c konstan& dan ika kita memilih
! ref = ! 0 . aka enthalp+ input menadi nol.
Pe#samaan+a menadi : m c ( ! 0−! ) + " A c ( ! c −! ) + (−∆ # $A ) (−r A ) V = 0 … … … … … … ( 14.3− 9 )
0ustitusi da#i F A 0 f A ke
(−r A ) V
m c ( ! 0−! ) + " A c ( ! c −! ) + (−∆ # $A ) F A 0 f A =0 … .. … … … … ( 14.3 −10 )
Pe#samaan (14.31) f A =
2.3
f A dan
m c ! 0+ " A c ! c
( −∆ # $A ) F A
0
+
[(
! dikelua#kan . maka pe#samaann+a menadi :
]
mc + " A c
−∆ # $A ) F A
0
! … … … … … … … … … … .( 14.3 −11)
R"a$! CSTR S"!-
Pada #ea,to# C0' dipasan* se#i maka tidak ada pe#uahan = olumet#i, -lo #ate ( v v 0 ) .
Konsent#asi e--luent da#i #eaktan A da#i C0' pe#tama dapat ditemukan den*an men**unakan pe#samaan : C A 1=
Den*an
τ 1=
C A 0 1
+ τ k 1
1
V 1 v0
da#i mole alan,e pada #ea,to# 2
V 2=
Pen+elesaian da#i
F A 1 − F A 2 v 0( C A 1 −C A 2 )
=
−r A 2
k 2 C A 2
C A 2 . Konsent#asi kelua#an pada #ea,to# ke dua& kita pe#oleh C A 2=
C A 1 1+ τ 2 k 2
=
C A 0
(1 + τ 2 k 2 )( 1+ τ 1 k 1)
( τ =τ = τ ) 1
2
dan e#ope#asi pada
( k =k = k ) & maka 1
2
C A 2=
C A 0
(1 +τk )2
2.6
C A 0
( 1+ τk ) n
R"a$! CSTR Pa!a#"#
>olume pe# satuan da#i #ea,to# V i= F A 0 i
( ) X i
−r Ai
… … … … … … … … … … … . ( 4.12 )
Ka#ena #ea,to# +an* sama esa#& e#ope#asi pada suhu +an* sama dan memiliki -eed #ate +an* identi,. Kone#si akan sama untuk setiap #ea,to#. X 1= X 2=… = X n = X
?au #eaksi pada masin*masin* #ea,to# sama.
−r A =−r A = …=−r An=−r A 1
2
>olume masin*masin* #ea,to#
V (¿¿ i ) & e#kaitan den*an total olume
¿
semua #ea,to# den*an pe#samaan V i =
V n
;uun*an +an* sama da#i total mola# -lo #ate. Pe#samaann+a +aitu: F A 0 F A 0 i= n
0ustitusikan ke pe#samaan (4.12)
( )
V F A 0 X i = n n −r Ai
Atau V =
F A 0 X i F A 0 X
−r Ai
=
−r Ai
… … … … … … … … … … … … ( 4.13 )
( V ) . Da#i
BAB III CONTOH SOAL
Diketahui : ! 0 =310 % f A =0.75 13
−1
A =3.5 & 10 s
' A =100000 ( / mol ) =8.3 * / s V =15000 * C A 0 =0.8 mol / * ∆ # $A=51000 ( / mol + = 950 g / * C =3.5 ( / g% "A = 10000 ( / s% $ = 8.314 ( / mol%
m c ( ! c −! )+ " A c ( ! c −! ) + (−∆ # $A ) (−r A ) V = 0
( ! c−! ) ( m c + " A c )=( ∆ # $A )( −r A ) V ( ! c −! ) =
( ∆ # $A ) (−r A ) V ( m c + " A c)
! c =! +
[
]
( ∆ # $A ) (−r A ) V ( mc + " A c )
Dimana : m= + . )
Ka#ena o#de pe#tama dan #eaksi A aka :
/C
(−r A ) =k . C A ( 1 −f A ) 0
− ' A
k = A . e $ .!
Pe#samaann+a menadi :
[
− ' A
( ∆ # $A ) . A . e $ .! .C A ( 1− f A ) V ! c =! + ( +. ) . c + " A c )
[
! c =310 +
(
0
−100000 ( )
]
)e ( 0.80 ) ( 1 −0.75 ) 15000 ( ( 950 ) (8.3 )( 3.5 )+( 10000 ) ) 13
51000 3.5 & 10
8.314 310
! c =310 + [ 2.009592 ]
! c =312.0096 %
]
DAFTAR PUSTAKA
6o*le#& ;. 0,ott. 25.Elements of Chemical Reaction Engineering . P#enti,e ;all P#o-essional e,hni,al 'e-e#en,e : he "nie#sit+ o- i,hi*an. ?eenspiel& O,tae 1%%%.Chemical Reaction Engineering Third Edition. Depa#tment o- Chemi,al @n*inee#in* : O#e*on 0tate "nie#sit+. issen& 'onald & Cha#les A. ims& /#adle+ A. 0aille. Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics. Depa#tment o- Chemi,al @n*inee#in* and Applied Chemist#+ : "nie#sit+ o- o#onto.
