Kinetika Reaksi Kimia dan Reaktor; Teori dan Soal Penyelesaian dengan SCILAB oleh Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. Hak Cipta 2014 pada penulis GRAHA ILMU

Transkripsi

1

2

3

4 Kinetika Reaksi Kimia dan Reaktor; Teori dan Soal Penyelesaian dengan SCILAB oleh Kusmiyati, S.T., M.T., Ph.D. Hak Cipta 2014 pada penulis GRAHA ILMU Ruko Jambusari 7A Yogyakarta Telp: ; ; Fax: Hak Cipta dilindungi undang-undang. Dilarang memperbanyak atau memindahkan sebagian atau seluruh isi buku ini dalam bentuk apa pun, secara elektronis maupun mekanis, termasuk memfotokopi, merekam, atau dengan teknik perekaman lainnya, tanpa izin tertulis dari penerbit. ISBN: Cetakan ke I, tahun 2014

5 KATA PENGANTAR egala puji hanya untuk Allah SWT karena atas berkat rahmat dan karunia-nyalah sehingga penulis dapat Smenyelesaikan buku dengan judul Kinetika Reaksi Kimia dan Reaktor; Teori dan Soal Penyelesaian dengan SCILAB. Namun kiranya sebagai manusia biasa yang tak luput dari kesalahan, kami menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam buku ini sehingga kritik dan saran membangun dari semua pihak sangat kami harapkan.tak lupa kami mengucapkan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan berpartisipasi atas terselesaikannya buku ini. Buku ini berisi tentang permasalahan mendasar dalam teknik kimia yaitu kinetika reaksi dan reaktor. Kinetika reaksi tersendiri merupakan hal tak terpisahkan dalam perancangan reaktor. Dalam kinetika reaksi dipelajari tentang bagaimana memperoleh nilai konstata laju reaksi dan pengaruhnya terhadap suhu. Penentuan orde reaksi dan akhirnya diperoleh persamaan laju reaksinya. Selain itu, ada pula penjelasan singkat tentang katalis terutama katalis padat. Inti dari buku ini adalah pembaca dapat memahami langkah dan persamaan yang digunakan dalam perancangan reaktor kimia yaitu Reaktor Batch, Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), Plug-Flow Reactor (PFR), dan Fixed-Bed Reactor (FBR) pada berbagai kondisi operasi. Buku ini menekankan pada contoh soal dan penyelesaiannya untuk berbagai persoalan dalam teknik kimia terutama reaktor. Juga aplikasi program open source Scilab untuk menyelesaikan persoalan-persoalan reaktor kimia. Program ini dapat didownload di secara gratis sehingga tidak memberatkan bagi pembaca. Dengan langkah-langkah atau algoritma penyelesaian beserta program Scilab-nya penulis berharap dapat memberikan kemudahan dalam memahami dan menerapkan ilmu teknik kimia dalam perancangan sebuah reaktor. Untuk melengkapi buku ini, reaksi dan reaktor khusus seperti reaksi enzimatis dan bioreaktor (fermentor) dibahas di dalamnya. Reaksi enzimatis sendiri dapat dikatakan reaksi katalitis dengan enzim sebagai katalisnya. Reaksi ini dipengaruhi banyak faktor antara lain suhu, ph dan inhibitor. Begitu

6 vi Kinetika Reaksi Kimia dan Reaktor; Teori dan Soal Penyelesaian dengan SCILAB pentingnya reaksi ini terutama dalam dunia farmasi, makanan dan minuman seperti antibiotik, sirup jagung, aneka makanan dan minuman terfermentasi. Untuk itulah penulis sedikit membahas tentang bab ini. Pada akhirnya penulis berharap buku ini mampu memberikan manfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Surakarta, 02 Oktober 2014 Penyusun

7 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR v DAFTAR ISI viii PENDAHULUAN xiii BAB 1.KINETIKA REAKSI KIMIA LAJU REAKSI Definisi Persamaan Laju Reaksi Konstata Laju Reaksi dan Orde Reaksi Laju Reaksi untuk Reaksi Reversible Beberapa Contoh Persamaan Laju Reaksi LAJU REAKSI SEBAGAI FUNGSI KONVERSI Stoikiometri Stoikiometri Sistem Batch Sistem Batch Volume Konstan Sistem Batch Volume Berubah Stoikiometri Sistem Kontinyu Sistem Kontinyu dengan Variabel Laju Alir KESIMPULAN DAN RINGKASAN SOAL LATIHAN 23 BAB 2. REAKSI KIMIA DAN KATALIS DEFINISI 25

8 viii Kinetika Reaksi Kimia dan Reaktor; Teori dan Soal Penyelesaian dengan SCILAB 2.2. KLASIFIKASI REAKSI KIMIA KATALIS Reaksi Katalitik Homogen Reaksi Katalitik Heterogen REAKTOR Reaktor Batch Neraca Massa Reaktor Batch Laju Produksi Reaktor Batch Neraca Energi Reaktor Batch Reaktor Batch Kondisi Isotermal Reaktor Batch Kondisi Non-Isotermal Non-Isotermal Adiabatis Non-Isotermal Non-Adiabatis Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) Neraca Massa CSTR Neraca Energi CSTR Kondisi Isotermal Kondisi Non-Isotermal Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis Plug-Flow Reactor (PFR) Neraca Massa PFR Pressure-Drop Dalam PFR Neraca Energi PFR Kondisi Isotermal Kondisi Non-Isotermal Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis Packed-Bed Reactor (PBR) Neraca Massa PBR Pressure-Drop Dalam PBR Neraca Energi PBR Kondisi Isotermal Kondisi Non-Isotermal 51

9 Daftar Isi ix Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis KESIMPULAN DAN RINGKASAN SOAL LATIHAN 57 BAB 3. REAKTOR BATCH 3.1. KARAKTERISTIK Kondisi Umum Sistem Batch dan Sistem Kontinyu PERSAMAAN PERANCANGAN REAKTOR REAKTOR BATCH ISOTERMAL REAKTOR BATCH NON-ISOTERMAL Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis OPTIMASI KINERJA REAKTOR BATCH REAKTOR SEMIBATCH KESIMPULAN DAN RINGKASAN SOAL LATIHAN 78 BAB 4. CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR) KARAKTERISTIK Kondisi Umum Kelebihan Dan Kekurangan PERSAMAAN PERANCANGAN REAKTOR REAKTOR CSTR ISOTERMAL REAKTOR CSTR NON-ISOTERMAL Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis UNSTEDY-STATE CSTR (STAR-UP) REAKSI MULTIPLE DALAM CSTR Kondisi Isotermal Kondisi Non-Isotermal KESIMPULAN DAN RINGKASAN SOAL LATIHAN 103 BAB 5. PLUG-FLOW REACTOR (PFR) KARAKTERISTIK 107

10 x Kinetika Reaksi Kimia dan Reaktor; Teori dan Soal Penyelesaian dengan SCILAB 5.2. PERSAMAAN PERANCANGAN REAKTOR REAKTOR PFR ISOTERMAL Isotermal Isobarik (ΔP=0) Isotermal Non-Isobarik (ΔP 0) REAKTOR PFR NON-ISOTERMAL Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis Suhu Pemanas atau Pendingin Konstan Suhu Pemanas atau Pendingin Bervariasi MIKROREAKTOR DAN REAKTOR MEMBRAN Mikroreaktor Reaktor Membran MULTIPLE REAKSI DALAM PFR Kondisi Isotermal Kondisi Non-Isotermal KESIMPULAN DAN RINGKASAN SOAL LATIHAN 152 BAB 6. PACKED-BED REACTOR (PBR) KARAKTERISTIK PERSAMAAN PERANCANGAN REAKTOR REAKTOR PBR ISOTERMAL Isotermal Isobarik (ΔP=0) Isotermal Non-Isobarik (ΔP 0) REAKTOR PFR NON-ISOTERMAL Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Isobarik (ΔP=0) Kondisi Non-Isotermal Adiabatis Non-Isobarik (ΔP 0) PBR Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis Isobarik (ΔP=0) PBR Kondisi Non-Isotermal Non-Adiabatis Non-Isobarik (ΔP 0) KESIMPULAN DAN RINGKASAN SOAL LATIHAN 186 BAB 7. BIOREAKSI DAN BIOREAKTOR REAKSI ENZIMATIS BIOREAKTOR (FERMENTOR) 197