Bab 1 Neraca MolDefinisi Kecepatan Reaksi :Contoh :Reaksi pembuatan DDT (diklorodifeniltrikloroetana) diperoleh dari klorobenzena dan kloral dengan adanya asam sulfat :2C6H5Cl + CCl3CHO (C6H4Cl)2CHCCl3 + H2OJika kloral disebut senyawa A, maka kecepatan reaksi -rA, didefinsikan sebagai jumlah mol kloral yang bereaksi (berkurang/menghilang) per satuan waktu per satuan volume (mol/dm3.det).

Bab 1 Neraca MolUntuk kecepatan pembentukan seperti untuk DDT, kecepatan reaksinya adalah rA.Dalam reaksi heterogen kecepatan reaksi biasanya dinyatakan dalam ukuran bukan volume, misalnya dalam luas permukaan atau berat katalis.Kecepatan reaksi dinyatak sebagai :rA = dCA/dt1-1definisi ini untuk reaktor batch pada volume konstan.Kecepatan reaksi adalah kuantitas intensif yang tergantung dari temperatur dan konsentrasi.

Bab 1 Neraca MolPersamaan kecepatan reaksi pada dasarnya adalah suatu persamaan aljabar yang mengandung konsentrasi. Misalnya bentuk aljabar dari hukum kecepatan reaksi -rA untuk reaksi :A produkDapat berupa fungsi linier dari konsentrasi :-rA = k CAatau dapat pula dalam bentuk fungsi aljabar lainnya dari konsentrasi seperti :- rA = k CA21-2

Persamaan 1-1 dan 1-2 yang diperoleh dari hasil observasi pada suatu percobaan

Bab 1 Neraca MolPada persamaan 1-2, menunjukkan bahwa :kecepatan berkurangnya A adalah sama dengan konstanta kecepatan reaksi (k) dikali dengan kuadrat konsentrasi A Kecepatan regenerasi disebut juga sebagai kecepatan formasi.

Bab 1 Neraca Mol1.2.Persamaan Neraca Mol secara umum

Gambar 1-1 : Necara pada sistem volumeFj0 : debit mol spesies j masuk reaktor (mol/waktu)Fj: debit mol spesies j keluar reaktor (mol/waktu)Gj: debil mol generasi spies j (mol/waktu)

Fj0FjGj

Bab 1 Neraca Mol

Masuk + generasi keluar = akumulasi

Gbr 1.2. Pembagian volume sistem VNj : jumlah mol j dalam sistem pada saat t

Bab 1 Neraca Mol

Gbr 1.2. Pembagian volume sistem VJika semua variabel sistem (suhu, aktivitas katalis, konsentrasi spesies) seragam, maka kecepatan generasi spesies j, Gj adalah hasil nkali antara volume reaksi V dan kecepatan formasi spesies j, rjM : volume total sistem / subvolume

Bab 1 Neraca MolM tak berhingga, maka DV = 0, maka dalam bentuk persamaan integralDari persamaan ini, rj merupakan fungsi tak langsung dari posisi, karena sifat2 material reaksi (konsentrasi, suhu) mempunyai nilai yang berbeda pada lokasi yang berbeda dalam reaktor. Nilai Gj dalam pers. 1.3 menjadi :Dalam volume sistem V menjadi :

Bab 1 Neraca Mol1.3. Batch ReactorDalam reaktor batch, selama reaksi berlangsung tidak ada aliran masuk atau keluar dari sistem, baik untuk reaktan maupun produk, sehingga Fjo = Fj = 0. Oleh karena itu neraca mol j menjadi :

Bab 1 Neraca MolContoh reaksi : A M + H + C, maka neraca mol A adalah :Untuk reaktor batch volume konstan Reaktor diaduk sempurna, sehingga konsentrasi dari zat2 yang bereaksi seragam (uniform)Karena volumenya V konstan, maka :

Bab 1 Neraca MolUntuk reaktor batch tekanan konstan, maka

Bab 1 Neraca Mol1.4. Continuous-Flow Reactor

4.1.CSTR

Fj0 (reaktan)Fj (produk)Persamaan neraca mol secara umum :Pada keadaan tunak (steady state)

Bab 1 Neraca Mol7)

Bab 1 Neraca Mol

Tubular reactor

Bab 1 Neraca Mol(8)

FjdVFj0ADy

Bab 1 Neraca Mol.(11)

Bab 1 Neraca MolFjdVFj0DyDVFj (V)Fj (V+DV)

Bab 1 Neraca MolPacked-Bed Reactor

in out + generasi = akumulasi

FA (W) FA (W + W) + rA W = 0 ...............(12)

Dimensi suku generasi dlm pers. 12 :

Bab 1 Neraca Mol (13)

(14)

(10)

Bab 1 Neraca Mol

Soal :Reaksi AB, berlangsung dalam reaktor aliran kontinyu secara isotermal.Hitunglah volume reaktor CSTR dan PFR yang dibutuhkan guna mengkonsumsi 99% A (CA = 0,01 CA0), bila kecepatan molar masuk adalah 5 mol/jam, anggaplah kecepatan reasksi rA adalah :a. rA = k, dengan k = 0,05 mol/jam.dm3b. rA = k CA, dengan k = 0,0001 det-1c. rA = k C2A, dengan k = 3 dm3/mol.jam.

Debit volumek masuk adalah 10 dm3/jamCatatan : FA = CA vUntuk debit volumik konstan v = v0,FA = CA voCA0 = FA0/v0 = (5 mol/jam)/(10 dm3/jam) = 0,5 mol/dm3.

Soal 2:Reaksi fasa gas AB + C, berlangsung dalam reaktor batch dengan volume konstan 20 dm3 secara isotermal. Sebanyak 20 mol zat A murni mula-mula dimasukkan dalam reaktor. Reaktor diaduk secara sempurna.a. Jika reaksinya orde satu : rA = k CA, dengan k = 0,865 menit -1

Hitung waktu yang dibutuhkan untuk mereduksi jumlah mol A dalam reaktor menjadi 0,2 mol (catatan : NA = CA V) [jawab : 5,3 menit]b. . Jika reaksinya orde dua : rA = k C2A, dengan k = 2 dm3/mol.menit

Hitung waktu yang dibutuhkan mengkonsumsi 19,0 mol A.

c. Jika suhu adalah 127 oC, berapa tekanan total mula-mula. Berapa tekanan total akhir, anggaplah reaksi berlangsung sempurna.

Bab 2 KONVERSI DAN UKURAN REAKTOR

Definisi Konversi

aA + bB cC + dD ...(1)

Desain Persamaan

Sistem Batch

(3)

NA = NA0 - NA0X = NA0 (1-X) .(4) (5)

NA = NA0 NA0X ...(6)..(7)

.....(8)(9)

FA = FA0 (1 - X) .(10)

FA0 = CA0 0Flow System

Cstr atau Backmix Reactor

FA = FA0 - FA0X ....(12)

...(13).....11

FA = FA0 - FA0X

..(15)

..(16)

.(17)

..(18)...14Tubular Flow ReactorPacked Bed Reactor

Aplikasi desain persamaan untuk reaktor kontinu

A B + C

Reaktor SeriFA1 = FA0 - FA0X1FA2 = FA0 - FA0X2FA3 = FA0 - FA0X3

in out + generasi = 0FA1 FA2 + rA2 V2 = 0

.(19)

Beberapa definisi..

aA + bB cC + dD.(20)(21)

.(22)FA0 = 0 CA0 ..(23)

..(24)

jika X = 0, CA = CA0jika X = X, CA = CA

(25) .(26)