PERANCANGAN REAKTOR REAKTOR SEMIBATCH. I Gusti S. Budiaman & Siti Diyar Kholisoh

Transkripsi

1 PERNCNGN REKTOR REKTOR SEMITCH I Gusi S. udiaman & Sii Diyar Kholisoh JURUSN TEKNIK KIMI FTI UPN ETERN YOGYKRT SEMESTER GSL THUN KDEMIK 28/29 November 28 Tipe Reakor Semibach Reakor semibach ipe 1 Digunakan unuk reaksi reaksi sanga eksoermis Salah sau umpan dimasukkan secara perlahan selama reaksi berlangsung Konsenrasi >> erjadi reaksi samping Reakor semibach ipe 2 Umpan dimasukkan secara bersamaan Salah sau produk diuapkan supaya reaksi eap bergeser ke kanan Laju reaksi besar konversi besar 1

2 Reakor semibach ipe 1 Sar up CSTR, Reakor semibach ipe 2 C,, Reakor Semibach Tipe 1 Conoh reaksi: monolisis Khlorinasi Hidrolisis Reaksi secara umum: + C Neraca mol F dn + r = (1) 2

3 Dalam benuk konsenrasi: dc d qc + r C + dc (2) Selama reaksi berlangsung volume berubah erhadap waku Neraca massa oal: R R + R in ou ρ q + = gen d = ( ρ ) ila densias laruan konsan, berlaku: d R acc = q d = q = + q (3) (4) Pers 4 dibagi q = + τ = τ q q Subsiusi pers. 4 ke 2 + (5) dc qc + r = Cq + dc q( C C ) + r = chain rule dc dc dτ dc dτ dτ () 1 dc = dτ (6) (7) 3

4 Subsiusi 7 ke 6 dan dibagi q dc ( C C ) + rτ = τ dτ Jika umpan diambahkan secara pelan, C awal >> reaksi dianggap order 1 erhadap r = kc C = kc C = kc ' ' dc C C + τkc = τ dτ 1 τ dτ τ τ ic : τ = τ bila C = C dc + k C C + = ode ( ) i konsenrasi awal dlm reakor Dapa diselesaikan secara analiik aau numerik! (7) (8) (9) ila reaksi bukan order nol aau bukan order 1 dan jika idak isoermal, maka sebaiknya penyelesaian model menggunakan meode numerik unuk menghiung konversi aau konsenrasi sebagai fungsi waku. Conoh: Mula mula dalam reakor hanya berisi, lalu diumpankan perlahan secara koninyu. Reaksi order 1 hd dan order 1 hd. + C + D r = kc C (1) 4

5 Neraca mol [mol dlm reakor pd ] = [mol mula mula] [mol bereaksi] N = N N Neraca mol, dengan cara yang sama: N unuk kec F N = Ni + F = N i + F dari neraca mol N eap N dn r = aau r = + q x x x = N dx, dan (11) (12) (13) (14) (15) Persamaan 13, 14, dan 15 dapa diselesaikan secara numerik, misal meode Euler: = iδ ( r ) i ( ) xi+ 1 = xi + Δ N inga N N C dan C 5

6 Example 4-1 (Fogler, 1992): Isohermal Semibach Reacor wih Second-Order Reacion The producion of mehyl bromide is an irreversible elemenary liquid phase reacion: CNr + CH 3 NH 2 CH 3 r + NCNH 2 ha is carried ou in a semibach reacor. n aqueous soluion of mehyl amine () a a concenraion of,25 mol/dm 3 is o be fed a a rae of,5 dm 3 /s o an aqueous soluion of bromine cyanide () conained in a glass lined reacor. The iniial volume of fluid in a va is o be 5 dm 3 wih a bromine cyanide concenraion of,5 mol/dm 3. The specific reacion rae consan is k = 2,2 dm 3 /(s.mol). Solve for (a) he conversion of bromine cyanide, (b) he concenraion of mehyl bromide, and (c) he rae of reacion, as a funcion of ime. Soluion: Penyelesaian: Reaksi (secara simbolik): + C + D 1. Mole balance: dx N r. = yang dapa disusun ulang menjadi: dx r. = N 2. Rae law: r = k C C 3. Soikiomeri: N N(1 X) C + q. dengan: = + q. (a) (b) (c) (d) (e) 6

7 dan C C C 4. Combining: Penyelesaian (lanjuan): N N + F. N. X + q. NC N. X + q. i dx k(1 X )( N + F N X ) q i + (f) (g) fx (, ) Profil X, C C, dan ( r ) erhadap selanjunya dapa diperoleh melalui penyelesaian persamaan 2 ersebu di aas secara simulan. Hal ini dapa dilakukan dengan mudah melalui meode numerik, misalnya: meode Euler aau Runge Kua. (h) Penyelesaian (lanjuan): Daa: C =,25 mol/dm 3 ; q =,5 dm 3 /s = 5 dm 3 ; C =,5 mol/dm 3 ; C i = k = 2,2 dm 3 /s/mol Maka: N = C =,25 mol ; N i = F = C q =,125 mol/s Hasil penyelesaian soal ini selanjunya dapa disajikan dalam benuk abel dan grafik beriku ini. Nilai diplokan dari = hingga = 5 deik. (s) 2 X C (mol/dm 3 ) C C C r (mol/dm 3 /s),5 1 7

8 Profil Konversi romin Sianida (X ) erhadap Profil Konsenrasi Meil romida (C C ) erhadap 8

9 Profil Kecepaan Reaksi ( r ) erhadap Soal soal Laihan enang Reakor Semibach Problem P4 25 Problem P4 26 Problem P4 27 Fogler, 1992 (Elemens of Chemical Reacion Engineering) 9

10 Problem P4 25 (page ) uanol murni diumpankan ke dalam sebuah reakor semibach yang berisi eil asea murni unuk menghasilkan buil asea dan eanol, menuru persamaan: CH 3 COOC 2 H 5 + C 4 H 9 OH CH 3 COOC 4 H 9 + C 2 H 5 OH yang merupakan reaksi elemener dan reversible. Reaksi dilangsungkan secara isoermal pada 3 K. Pada suhu ini, nilai konsana keseimbangan reaksinya = 1,8 dan laju reaksi spesifiknya = 9 x 1 5 dm 3 /(mol.deik). Mula mula erdapa 2 dm 3 eil asea di dalam reakor dan buanol diumpankan dengan laju,5 dm 3 /deik (konsan). Konsenrasi buanol murni dan eil asea murni masing masing adalah 1,93 dan 7,72 mol/dm 3. (a) Plokan equilibrium conversion (aau konversi keseimbangan) eil asea sebagai fungsi waku. (b) Plokan konversi eil asea, laju reaksi, dan konsenrasi buanol sebagai fungsi waku. (c) Ulangi buir (a) dan (b) unuk berbagai variasi nilai laju umpan buanol dan banyaknya eil asea mula mula di dalam reakor. 1