PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : Simulasi Kinetika Reaksi Menggunakan Persamaan Model Hidrodinamik

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES 2004 ISSN : Simulasi Kinetika Reaksi Menggunakan Persamaan Model Hidrodinamik"

Hendra Lesmono
6 tahun lalu
Tontonan:

1 PROSIDING SEMINR NSIONL REKYS KIMI DN PROSES 4 ISSN : Siulai Kinetika Reaki Menggunakan Peraaan Model idrodinaik Endang Srihari, Lie wa, adi Wijaya S. dan Selvi Litiany Juruan Teknik Kiia Fakulta Teknik UBY Jl Raya Kalirungkut, Surabaya, 69 Telp. (31)98115, E-ail : pajtk@dingo.ubaya.ac.id btrak Kinetika reaki erupakan paraeter yang penting dala enentukan kecepatan reaktan bereaki enjadi produk. Penelitian ini bertujuan untuk endapatkan odel ateati yang euai dengan hidrodinaika aliran air dala uatu bejana dan enganalogikan perilaku konentrai reaktan dala reaktor batch dengan odel hidrodinaika yang diperoleh dari peraaan ini. Dengan deikian dapat diiulaikan uatu kinetika reaki ederhana dengan uatu peraaan hidodinaika yang ederhana pula. Sebagai percobaan digunakan bejana berbentuk ilinder dengan berbagai bukaan orifice dan bejana berbentuk kerucut. Dari iulai didapatkan bahwa bejana berbentuk ilinder analog dengan rekai kiia orde,5 dan bentuk kerucut tidak analog dengan orde - 1,5. Kata kunci : Kontanta kinetika reaki; Model hidrodinaik; Orde reaki; Siulai kinetika reaki. Pendahuluan Latar Belakang dan Peraalahan Laju reaki dari uatu zat erupakan fungi dari konentrai terhadap waktu, ehingga variai dari konentrai terhadap waktu dapat digabarkan dengan grafik dieni, diana ubu x-nya adalah waktu dan ubu y-nya adalah konentrai. Peraaan hidrodinaik erupakan fungi dari ketinggian terhadap waktu, ehingga variai dari ketinggian terhadap waktu dapat digabarkan dengan grafik dieni, diana ubu x-nya adalah waktu dan ubu y-nya adalah ketinggian. Karena adanya keiripan ifat antara laju reaki kiia dengan peraaan hidrodinaik, aka laju reaki kiia dapat dianalogikan dengan peraaan hidrodinaik. dapun prinip daripada dilakukannya penelitian ini adalah odel ateatika yang enggabarkan kecepatan penurunan level cairan, dengan bentuk yang tertentu yang dapat engekpreikan odel laju reaki kiia yang ederhana. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian:! Mendapatkan odel ateati yang euai dengan hidrodinaik aliran air dala uatu bejana.! Menganalogikan perilaku konentrai reaktan dala reaktor batch dengan odel hidrodinaik yang diperoleh dari peraaan ini. ui dan Bataan Maalah ui yang digunakan untuk encapai tujuan penelitian yaitu friki diabaikan, ρ kontan dan vortex yang terjadi dapat diabaikan. Sedangkan bataan aalahnya adalah ite dianggap iotheral, fluida non vicou yang digunakan adalah air, proe dilakukan dala kala laboratoriu dengan ite batch, bejana yang digunakan berbentuk ilinder dan kerucut. Pengebangan Model Peaaan Neraca Maa : laju aa auk laju aa keluar = kuulai (1) ρ) V ) V ρ = V + ρ () UNIVERSITS DIPONEGORO SEMRNG B--1

2 ρ) ui ρ kontan =, ehingga : V ) V ρ = ρ (3) Peraaan Neraca Energi : Ρ g α v Ρ g α v + + = hf (4) ρ gc gc ρ gc gc diana : h f =, karena friki diabaikan Untuk ujung-ujung terbuka P =, ehingga : P α v α v = g (5) Bejana Silinder ) karena kontan = untuk per. (3), dan >>, aka v << v, ehingga v dapat diabaikan untuk per. (5). Subtitui per. (5) ke per. (3), ehingga diperoleh : dan diuun ulang, diperoleh : dengan : 1 () t g d = () t d 1 = k () t (7) k = g Bejana Kerucut Peraaan Keebandingan r r = (9) Model 1 dengan aui >>. Jika >>, aka v << v, ehingga v dapat diabaikan untuk per. (5). Subtitui per. (5) dan per. (9) ke per. (3) diperoleh : dan diuun ulang, diperoleh : dengan: ) = 3 g (1) ) = k (11) k = 3 g (1) Model dengan enggunakan peraaan kontinuita. Peraaan kontinuita : v = v (13) Subtitui per. (13) ke per. (5). Subtitui peraaan yang diperoleh dan per. (9) ke per. (3), ehingga diperoleh : dan diuun ulang, diperoleh : ) 3 = g 4 4 ( ) ( ) ( ) 4 4 ( ) (6) (8) (14) ) k = (15) UNIVERSITS DIPONEGORO SEMRNG B--

3 dengan: k = 3 g (16 ail dan Pebahaan Penelitian dilakukan dengan enggunakan bejana bentuk ilinder dan bentuk kerucut Bejana Silinder Dala percobaan ini odel ateati pengoongan air dari bejana ilinder analog dengan odel ateati reaki hoogen orde ½. Percobaan ini dilakukan dengan enggunakan raio diaeter bejana terhadap diaeter orifice pada rentang 1,3 apai 41,. Tabel 1 ail Perhitungan Paraeter idrodinaik dengan etode iplex k ( Perhitungan dengan Matlab* ) Orde () k ( ) Perhitungan Regrei dengan Excel k ( ) Orde () k ( Perhitungan ecara Teoriti** ) Orde () untuk =,5 d = 5,88,4583,76,764,5,85,5 d = 5,5,135,567,1446,1566,5,998,5 d = 1,5,3759,4734,361,3538,5,3637,5 d = 15,7894,4546,6,6818,5,743,5 d = 1,3957,454 1,716 1,1398,5 1,3196,5 * Dengan etode Siplex yang terdapat pada Matlab ** Dari dieni Bejana Model ateati yang enggabarkan perilaku pengoongan bejana berbentuk ilinder, adalah per. (7) dan per. (8). Perhitungan paraater hidrodinaik dilakukan dengan 3 cara : 1. Secara Teoriti Paraeter k erupakan fungi dari dieni bejana (dapat dilihat dari per. (8)), edangkan paraeter kontan ebear,5 untuk ilinder. arga k berbanding luru dengan diaeter orifice dan berbanding terbalik dengan diaeter bejana ehingga dengan eningkatnya diaeter orifice harga k juga eningkat. al ini terlihat pada gabar 4.. Dengan etode Siplex (pada Matlab) Dengan cara eaukkan peraaan : d () t = k () t arga k yang diperoleh epunyai penyipangan akiu ebear 7 % pada diaeter orifice 5 dan harga yang diperoleh epunyai penyipangan akiu ebear 13 % pada diaeter orifice 5,5, edangkan harga k dengan yang ditetapkan ebear,5 epunyai penyipangan pada rentang 1 apai 45 % ehingga untuk progra dengan yang ditetapkan ebear,5 tidak dapat digunakan. Plot V. t dari paraeter hidrodinaik yang diperoleh, dicantukan pada gabar 1 dan. 3. Dengan regrei linear per. (17) diperoleh dengan engintegrai per. (7) = 1 kt (17) plot V. t dapat dilihat pada gabar 3. arga k yang diperoleh epunyai penyipangan akiu ebear 57 % pada diaeter orifice 5,5. Paraeter k dala percobaan ini adalah : g k = (8) jika dianalogikan dengan kotanta kecepatan reaki kiia berdaarkan keadaan tranii, yang epunyai peraaan : k = k ' T e E RT (18) UNIVERSITS DIPONEGORO SEMRNG B--3

4 Jika energi aktivai (E) kecil, aka per. (18) ejadi : k = k ' T ehingga untuk = 1, T analog dengan dan ko analog dengan g (19) 35 [] odel denga data ekperi data ekperi odel denga data ekperi odel denga data ekperi odel denga data ekperi odel denga t[d tik] Gabar 1 Gabar V. t untuk Bejana Silinder dengan diaeter orifice 5 apai dengan [] Gabar Gabar V. t untuk Bejana Silinder ( =,5) dengan diaeter orifice 5 apai dengan t do = 5 do = 5,5 do = 1,5 do = 15 do = do = 5 : y = -.38x R =.96 do = 5,5 : y = -.884x R =.9587 do = 1,5 : y = x R =.958 do = 15 : y = -.349x R =.954 do = : y = x R =.979 Gabar 3 Gabar V. t untuk Bejana Silinder dengan diaeter orifice 5 apai dengan. UNIVERSITS DIPONEGORO SEMRNG B--4

5 1,5 1 Matlab Teoriti Excel k,5 1 do 3 Gabar 4 Gabar k V. do untuk Bejana Silinder dengan diaeter orifice 5 apai dengan, dengan berbagai aca odel perhitungan. Bejana Kerucut Dari percobaan dengan bejana berbentuk kerucut, harga paraeter hidrodinaik dicantukan dala tabel 3. Tabel 3 ail Perhitungan Paraeter idrodinaik untuk Bejana Kerucut kecil Paraeter hidrodinaik ) = k k ( ) o untuk odel. Perhitungan dengan Matlab Perhitungan ecara Teoriti Model 1 Model Model 1 Model ( ) ) = k n n,56,9617,5 1 1,9931 4, o -,597 -,5 Tabel 4 ail Perhitungan Paraeter idrodinaik untuk Bejana Kerucut bear Perhitungan dengan Matlab Perhitungan ecara Teoriti Paraeter hidrodinaik Model 1 Model Model 1 Model k ( ) n,5919,995,5 1 1,9959 4,356 4 o -, ,5 Model 1 enggunakan per. (11), untuk odel dapat dilihat pada per. (15), dan k enggunakan per. (1) dan per. (16). Perhitungan paraater hidrodinaik dilakukan dengan cara : 1. Secara Teoriti Paraeter k erupakan fungi dari dieni bejana (dapat dilihat dari per. (1) untuk odel 1 dan per. (16) untuk odel ), edangkan paraeter, n, kontan ebear,5, untuk odel 1 dan paraeter, n, o kontan ebear 4, 1,,5 untuk odel. Berdaarkan per. (1), k berbanding luru dengan tinggi orifice, ehingga eakin bear tinggi orifice akin bear harga k.. Dengan etode Siplex (pada Matlab) Dengan cara eaukkan peraaan untuk odel 1 dan peraaan.a. Kerucut Kecil arga k yang diperoleh epunyai penyipangan ebear 59 % pada untuk odel 1, diana ketinggian orifice 8, dan % untuk odel. UNIVERSITS DIPONEGORO SEMRNG B--5

6 .b. Kerucut Bear arga k yang diperoleh epunyai penyipangan ebear 77 % pada untuk odel 1, diana ketinggian orifice 6, dan 1 % untuk odel. Plot V. t dari paraeter hidrodinaik yang diperoleh, dicantukan pada gabar 5 dan 6. Dari perhitungan dapat terlihat bahwa odel 1 tidak dapat digunakan karena epunyai penyipangan ebear 59 % untuk kerucut kecil dan 77 % untuk kerucut bear. Gabar 5 Gabar V. t untuk Bejana Kerucut Kecil untuk odel 1 dan odel. Gabar 6 Gabar V. t untuk Bejana Kerucut Bear untuk odel 1 dan odel. Paraeter hidrodinaika yang diperoleh dari bejana bentuk kerucut tidak dapat ewakili peraaan kinetika reaki yang ederhana dengan orde -3/ eperti yang diperkirakan ebelunya, Tetapi dari paraeter yang diperoleh dari bejana bentuk kerucut enunjukkan peodelan ini dapat dikebangkan untuk reaki yang koplek. Keipulan 1. Bejana berbentuk ilinder analog dengan reaki kiia ederhana dengan orde reaki ½.. Bejana berbentuk kerucut tidak analog dengan reaki kiia ederhana dengan orde reaki -3/. 3. Seakin bear lubang orifice, aka kontanta kecepatan reakinya eakin bear. Daftar Putaka 1. yre Frank, Jr., Theory and proble of Calculu, edii, halaan 57, Mc Graw-ill, New York, 197. Levenpiel, O., Cheical Reaction Engineering, edii 3, halaan 39, John Wiley & Son, New York, R. Bryon Bird, Warren E Stewart, Edwin N. Lighfoot, Tranport Phenoena, halaan 11, John Wiley & Son. 4. Sugata Seturo dan BE Yohihiro, Coputer Siulation of ydrodynaic Model for Cheical/Pharaco-Kinetic, 5. Jae O. Wilke, Fluid Mechanic for Cheical Engineer Chapter 7 UNIVERSITS DIPONEGORO SEMRNG B--6

dokumen-dokumen yang mirip

AYUNAN DAN PERCEPATAN GRAVITASI (M.3)

AYUNAN DAN PERCEPATAN GRAVITASI (M.3) AYUNAN DAN PERCEPAAN GRAVIASI (M.3) I. UJUAN Mepelajari ifat-ifat ayunan. Menentukan kecepatan gravitai. II. DASAR EORI Dala kehidupan ehari-hari kita tidak terlepa dari ilu fiika, diulai dari yang ada