TUGAS TEKNIK REAKSI KIMIA 2. Problem 6-5 dan Example 6-9

Transkripsi

1 TUGAS TEKNIK REAKSI KIMIA 2 Problem 6-5 dan Example 6-9 Dikerjakan Oleh Kelompok 11 Claudia Harfian ( ) Emmanuella Deassy E ( ) Hari Purnama ( ) Kevin Stevanus S ( ) UNIVERSITAS INDONESIA DEPOK 2015

2 P6-5 The following reactions Take place in a batch reactor a) Plot conversion and the concentrations of A, D, and U as a function of time. When would you stop the reaction to maximize concentration of D? b) When is the maximum concentration of U? c) What are the equilibrium concentrations of A, D, and U? d) What would be the exit concentrations from a CSTR with a space time of 1.0 min? Of 10.0 mins? Of 100 mins? Additional information: (Adapted from a problem by John Falkner, University of Colorado) Jawaban: a) Membuat grafik antara C A, C D, dan C U sebagai fungsi dari waktu. Data yang dimasukkan adalah sebagai berikut: Gambar 1. Perhitungan menggunakan Polymmath

3 Gambar 1. Perhitungan menggunakan Polymmath (cont d) Sehingga dihasilkan data dan grafik sebagai berikut: Tabel 1. Perhitungan menggunakan Polymath Gambar 2. Hubungan antara t dengan C A, C D, dan C U

4 Mendapakan nilai konsentrasi maksimum D dapar dilakukan dengan mereaksikan zat pada waktu yang cukup lama, karena konsentrasi D hanya bertambah seiring bertambahnya waktu. b) Dapat dilihat dari grafik bahwa konsentrasi maksimum dari U sekitar 0.53, yaitu pada saat t = c) Konsentrasi dapat dilihat dari grafik bahwa konsentrasi equilibrium adalah saat garis pertama kali konstan, yaitu 0.08 mol/dm 3 untuk C A, 0.8 mol/dm 3 untuk C D, dan 0.12 mol/dm 3 untuk C U. d) Dengan menggunakan polymath, didapatkan nilai akhir untuk masing masing konsentrasi akhir, yaitu: Tabel 2. Hasil Perhitungan Akhir 1 min 10 min 100 min C Aexit C Dexit C Uexit X Example 6-9 The reactions (1), k 1A = 2 dm 6 /mol 2.s (2), k 2A = 3 dm 6 /mol 2.s

5 Take place in the gas phase. The overall selectivities,, are to be compare a membrane reactor (MR) and a conventional PFR. First, we use the instantenous selectivity to determine which species should be fed through the membrane. We see that to maximize S D,U, we need to keep the concentration of A high and concentration of B low; therefore, we fed B through the membrane. The molar rate of A entering the reactor is 4 mol/s and that of B entering through the membrane is 4 mol/s as sgown in the figure below. For the PFR, B enters along with A. Gambar 3. Contoh sistem dari PFR The reactor volume is 50 dm 3 and the entering total concentration is 0,8 mol/dm 3. Plot the molar flow rates and the overall selectivity,, as a function of reactor volume for both the MR and PFR. Jawab: Mole balances Persamaan neraca mol untuk PFR dan MR adalah persamaan yang mirip, tetapi pada MR dipertimbangkan laju reaksi B yang masuk dan keluar melalui membran.

6 Spesi PFR MR A B D U Net rates and rate laws Laju reaksi yang digunakan sesuai dengan laju reaksi yang dicantumkan pada soal. Reaktan A dan B bereaksi pada reaksi (1) dan (2), sehingga laju reaksi total untuk A dan B adalah penjumlahan dari hukum laju reaksi (1) dan (2). Sementara itu, karena D hanya dihasilkan di reaksi (1), maka laju reaksi D sama dengan laju reaksi (1). Hal yang sama juga berlaku pada spesi U, yang hanya dihasilkan di reaksi (2). Transport law Hukum transport digunakan untuk menjelaskan laju alir B melalui membran. Laju alir volumetrik dari suatu spesi melewati membran dinyatakan dengan Hukum Darcy: Dengan K adalah permeabilitas membrane, P s adalah tekanan di bagian shell, P t adalah tekanan di bagian tube dan A t adalah luas permukaan membran. Laju alir melalui membran dapat diatur

7 dengan cara mengendalikan pressure drop di sepanjang reaktor (P s - P t ). Luas permukaan membran sendiri dapat dinyatakan dengan persamaan: Dengan a adalah luas permukaan per volume reaktor. Laju alir molar total B melalui sisi-sisi reaktor dapat dinyatakan dengan: Laju alir molar B per unit volume reaktor kemudian dapat dinyatakan dengan: Stoichiometry Dalam perhitungan ini, kedua reaktor diasumsikan bekerja secara isothermal dan tidak ada pressure drop di sepanjang reaktor. Konsentrasi dari spesi-spesi di dalam reaktor kemudian dapat dinyatakan sebagai berikut: Untuk membuat plot antara laju alir molar dengan volume reaktor serta selektivitas dengan laju alir reaktor, maka persamaan-persamaan di atas perlu digabungkan untuk masing-masing spesi:

8

9 Plot laju alir molar terhadap volume reaktor untuk PFR adalah sebagai berikut: Gambar 4. Hubungan antara V dengan Fd, Fu, Fb, dan Fa di reactor PFR Sementara itu, plot laju alir molar terhadap volume reaktor untuk MR adalah sebagai berikut: Gambar 4. Hubungan antara V dengan Fd, Fu, Fb, dan Fa di MR