KINETIKA REAKSI NONKATALITIK FLUIDA-FLUIDA (GAS-CAIR)

Transkripsi

1 KINETIK REKSI NONKTLITIK FLUI-FLUI (GS-IR) Reasi heterogen fuida-fuida meiuti:. Reasi gas-cair (G/L). Reasi cair-cair eberaa aasan diangsungannya reasi G/L:. Mendaatan rodu ahir yang berniai ebih tinggi, misanya: O (g) NaO () Na O O SO (g) O () SO 4. Menghiangan zat yang tida diehendai, atau me-recovery zat yang diehendai. Untu menjabaran ersamaan eceatan reasinya, dieruan:. Persamaan eceatan eseuruhan (overa), yang terdiri atas omonen, yaitu: a) Keceatan erindahan massa (difusi) b) Keceatan reasi imia.. Kearutan gas daam cairan/arutan (equiibrium soubiity). Sistem engontaan fuida. Tujuannya: menghasian uas bidang atau ermuaan onta antarfuida yang cuu besar. Untu sistem G/L, mode engontaan yang ada umumnya diauan adaah semibatch dan counter-current. Tinjauan sistem reasi G/L secara umum: (g ) b () R (s atau atau g) dengan: berada ada fase gas, tetai terarut daam cairan, dengan hubungan earutan yang dinyataan meaui uum enry: i. i. () Keterangan: i teanan arsia di antarmua [] Pa i onsentrasi di antarmua [] mo/m cairan onstanta enry untu zat [] Pa.m cairan/mo berada daam fase cair, dan tida daat memasui fase gas. Reasi hanya berangsung daam fase cair, dengan dua emunginan temat berangsungnya reasi: eat dengan antar mua (daam fim cairan), atau i daam cairan (fase bu) dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman dari 9 haaman

2 eberaa harga gas yang mearut daam air [Pa.m /mo]: Gas T 0 o T 60 o N,45.0 5,6.0 5,.0 5,4.0 5 O 0,96.0 5, O 0,74.0 5,.0 5 O N 0,00 0,096 erdasaran tabe di saming, terihat bahwa harga semain besar dengan semain besarnya suhu (T). yang semain besar berarti ua bahwa earutan gas di daam arutan menjadi semain eci. Jia besar, maa : Gas suar arut daam cairan Tahanan fim gas yang mengontro Jia eci, maa : Gas mudah arut daam cairan Tahanan fim cairan yang mengontro/menentuan. eberaa cara untu menyataan r : dn r '', S dt sehingga: r V r r V r S r f r a r dn r, V dt r''' ' V r dn dt di mana: S a dan V r V f V r Keterangan: V r V S f a voume reator (ontator) voume cairan daam reator uas bidang antarmua gas-cairan frasi voume cairan daam reator uas bidang antarmua gas-cairan sesifi ua tahanan seri: Tahanan fim gas Tahanan fim cairan Keceatan erindahan massa dari gas e cairan: Pada fim gas: -r g ( i ) atau: -r g a ( i ). () Pada fim cairan: -r ( i ) atau: -r a ( i ). () Satuan: mo g.a m ontator.pa.s m cairan.a m ontator.s g mo m.pa.s m cairan m.s Karena i dan i meruaan besaran-besaran yang ta teruur, maa ersamaan-ersamaan (), (), dan () harus saing disubstitusian sehingga menghasian: r' '''. (4).a.a g Persamaan (4) meruaan ersamaan eceatan reasi intrinsi yang didasaran ada tia satuan voume reator, jia hanya terjadi erindahan massa saja. Secara visua terihat bahwa sebenarnya dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman dari 9 haaman

3 ersamaan (4) meruaan ersamaan eceatan difusi dari fase gas e fase cairan, meewati aisan fim antarmua gas-cairan..a g.a meruaan tahanan aisan gas (gas fim resistance) meruaan tahanan aisan cairan (iquid fim resistance) PERSMN KEEPTN ERSRKN PERPINN MSS N REKSI Temat atau oasi berangsungnya reasi (ihat gambar di saming): Sebuah zone semit di daam fim cairan (jia reasi ceat), atau Fim cairan dan fase bu cairan (jia reasi ambat) Fator-fator yang menentuan ersamaan eceatannya: arga-harga reatif antara, g, dan Perbandingan omosisi reatan arga onstanta enry ( ) eaan asus yang aan ditinjau: Kasus : Reasi sangat ceat (instantaneous), rendah Kasus : Reasi sangat ceat (instantaneous), tinggi Kasus : Reasi ceat, rendah Kasus : Reasi ceat, tinggi Kasus E dan F : Keceatan reasi sedang/menengah (daam fim cairan dan fase cairan) Kasus G : Reasi ambat, ada tahanan meaui fim Kasus : Reasi sangat ambat, tida ada tahanan erindahan massa Persamaan umum untu eceatan reasi gas-cair: r' ' ' '... (5) a a E f g dengan: a g a E f tahanan eceatan meaui fim gas tahanan eceatan meaui fim cairan tahanan eceatan meaui cairan bu dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman dari 9 haaman

4 E menyataan iquid fim enhancement factor, yani: eceatan erindahan massa dengan reasi imia E... (6) eceatan erindahan massa Gambar di atas meruaan reresentasi grafis dari fator E yang meruaan fungsi dari E i dan M (untu beberaa asus yang ditinjau). arga E: arga E ditentuan oeh: Ei (enhancement factor untu reasi yang berangsung sangat ceat (infinitey fast reaction)) E i... (7) b i M (arameter onversi fim) atau M (anga atau biangan atta) M... (8) Keterangan: oefisien difusi oefisien difusi onsentrasi di fase cair dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman 4 dari 9 haaman

5 b onstanta eceatan reasi (berbasis orde-dua) oefisien erindahan massa di fase cair erbandingan oefisien stoiiometri (reatan cair) terhada (reatan gas) Kasus Penentu eceatan: erindahan massa ( dan ) Reasi berangsung ada sebuah bidang reasi (reaction ane) di daam fim cairan Seuruh gas habis bereasi ada bidang reasi tersebut. engan ata ain, tida ada yang berdifusi e fase cairan bu. Perubahan besarnya atau aan menggeser eta bidang reasi. r" Pada steady state: r"... (9) b x... (0) 0 dengan: r" g ( i ) ( i 0) x x0 r" ( 0)... () x x 0 Koefisien distribusi: (uum enry)... () i i Rasio oefisien erindahan massa dan : x 0... () Eiminasi harga-harga x, x 0, i, dan i ada ombinasi ersamaan-ersamaan (), (9), (0), (), dan () menghasian: x 0 dn b r" : g > S dt g arena... () b Kasus Konsentrasi ( ) tinggi atau berebihan dibandingan dengan stoiiometri, sehingga bidang reasi bergeser e antarmua fim dan gas habis bereasi di antarmua tersebut. Penentu eceatan reasi: erindahan massa saja (ada tahanan meaui fim gas) g b sehingga: dn r " g... (4) S dt dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman 5 dari 9 haaman

6 Kasus idang reasi ada asus searang tersebar e daam sebuah zone reasi (ada dan di daamnya); diasumsian terjadi fast second order reaction. Reasi berangsung cuu ceat, sehingga eseuruhan zone reasi berada di daam fim cairan, dan tida ada gas yang berdifusi e fase cairan. Karena (onstanta eceatan reasi) besar (atau, tahanan eceatan meaui fase cairan daat diabaian), maa: r' '''... (5) a a E g Kasus >>, maa daat diangga onstan ( 0 ); diasumsian terjadi seudo first order reaction. Jia main besar, maa eceatan reasi menjadi main besar, sehingga zone reasi aan bergeser e arah antarmua fim. Persamaan eceatannya: r' ' ' '... (6) a a g Kasus E dan F Reasi berangsung cuu ambat (terjadi di fim cairan dan fase cairan bu) Persamaan eceatannya: r' ' ' '... (7) a a E f g dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman 6 dari 9 haaman

7 Kasus G Reasi berangsung ambat dan berangsung seuruhnya di fase cairan bu. Persamaan eceatannya: r' '''... (8) a a f g Kasus Reasi berangsung sangat ambat dibandingan dengan erindahan massa, sehingga tahanan erindahan massa daat diabaian. Komosisi dan daam cairan: seragam Persamaan eceatannya menjadi: f f... (9) r ' ' ' ' NGK TU ILNGN TT (M ) M meruaan suatu anga atau biangan ta berdimensi yang mengindiasian suatu reasi berangsung ceat atau ambat, daam sistem reasi nonataiti gas-cair. Fous eninjauan: ada satuan uas ermuaan antarmua gas-cairan. sumsi: tahanan eceatan meaui fase gas daat diabaian. efinisian arameter onversi fim (yang meruaan uadrat dari biangan atta): max imum ossibe conversion in the fim... (0) max imum diffusiona transort through the fim M Jia eceatan reasi imia diasumsian berorde-dua: x i 0 M... () i x0 Karena:... () x0 maa: M... () Jia M >> : Keseuruhan reasi berangsung di daam fim cairan; reasi berangsung sangat ceat dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman 7 dari 9 haaman

8 Luas ermuaan bereran sebagai fator enentu eceatan Jia M sangat besar, maa reator harus diengai dengan engaduan, untu memeruas antarmua fim gas dengan cairan (atau, memeruas bidang onta G/L) Jia M << : Tida ada reasi yang berangsung daam fim cairan (dengan ata ain, eseuruhan reasi berangsung daam fase cairan bu); reasi berangsung sangat ambat Voume cairan bu bereran sebagai fator enentu eceatan Jia M sangat eci, maa dieruan voume cairan yang besar. Penggoongan yang ain untu M : M > : reasi berangsung daam fim cairan (asus,,, dan ) 0,0 < M < : eadaan intermediet/antara (asus E, F, dan G) M < 0,0 : reasi berangsung sangat ambat dan terjadi daam fase cairan bu (asus ) ONTO SOL Gas digeembungan meaui sebuah tangi yang berisi cairan, dan berangsung reasi sbb: (g ) () R () dengan: -r (reasi berorde-tiga, 0 6 m 6 /mo.jam) Untu sistem ini: g a 0,0 mo/jam.m.pa a 0 jam m /jam f 0, Pa.m /mo (earutan daam sangat eci) a 0 m /m Jia 5 x 0 Pa dan 00 mo/m, maa tentuan: a) oasi tahanan-tahanan terhada eceatan reasi (beraa % tahanan yang meaui fim gas, meaui fim cairan, dan meaui fase cairan bu) b) temat terbentunya zone reasi (reasi berangsung di mana) c) besarnya eceatan reasi (daam mo/m.jam) Penyeesaian: Untu reasi yang buan berorde-dua, reasi daam soa ini (yang berorde-tiga) diseesaian dengan endeatan orde-dua, sehingga: ( ) erdasaran ersamaan umum untu eceatan reasi gas-cair: r ' ' ' ' a a E g f maa, mua-mua harga E i dan M harus dievauasi ebih dahuu (dengan meneba i ): M ( ) x 0 E 5 i 0 tebaan ertama 5 b i ( 5 x0 ) Karena (E i ) tebaan ertama > 5 M, maa untu tebaan-tebaan i ain yang ebih eci, aan dieroeh: E i > 5 M. engan demiian, berdasaran grafi E versus M, reasi yang terjadi dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman 8 dari 9 haaman

9 meruaan reasi orde-satu semu (seudo first-order) dan berangsung daam fim cairan, dengan: E M 00 sehingga: r ' ' ' ' a a E g f 5 x0 r '''' 5 0 0,0 ( 0 )(00 ) ( )(00 )(0,98 ) mo / jam.m reator / / 0 Jadi: (a) / tahanan berada di fim gas, dan / berada di fim cairan (b) Zone reasi berada di daam fim cairan (c) Reasi berangsung menurut orde-satu semu, ada antarmua (d) Keceatan reasinya, -r mo/jam.m atatan: Setia ai menyeesaian sebuah soa, seauah mengece satuan yang bersesuaian. LTIN SOL () Pada teanan tinggi, O diabsorsi dengan arutan NaO di daam sebuah oom acing. Reasi yang terjadi: O NaO Na O O () () dengan: -r (reasi orde-dua) (a) itungah eceatan absorsi, (b) hitungah tahanan eceatan yang mengontro, dan (c) aaah yang terjadi di daam fim cairan ada sebuah oasi di daam oom dengan: 0 5 Pa dan 500 mo/m. ata: g a 0-4 mo/m.s.pa 5000 Pa.m /mo x 0-4 m/s,8 x 0-9 m /s a 00 m -,06 x 0-9 m /s 0 m /mo.s f 0, () Gas terabsor dan bereasi dengan cairan, menurut ersamaan: (g ) () R (), dengan: -r (reasi orde-dua) di daam sebuah oom acing, dengan: g a 0, mo/jam.m reator.pa 0 5 Pa.m cairan/mo a 00 m cairan/m reator.jam 0-6 m /jam a 00 m /m reator f 0,0 m cairan/m reator 0 m cairan /mo.jam Pada titi atau oasi daam oom di mana 00 Pa dan 00 mo/m cairan: (a) itungah eceatan reasi (daam mo/jam.m reator) (b) Tentuan oasi tahanan-tahanan utama terhada eceatan reasinya (tahanan meaui fim gas, tahanan meaui fim cairan, dan tahanan meaui cairan bu) PUSTK Pustaa rujuan untu materi uiah ini:. Levensie, O., 999, hemica Reaction Engineering, rd ed., New Yor; John Wiey & Sons, Inc., hater.. Missen, R. W., Mims,.., and Savie,.., 999, Introduction to hemica Reaction Engineering and Kinetics, New Yor: John Wiey & Sons, Inc., hater 9. dy/igsb/007/inetia reasi nonataiti gas-cair/haaman 9 dari 9 haaman