REAKTOR BATCH Chp. 12 Missen, 1999

dokumen-dokumen yang mirip
REAKTOR BATCH 9/22/2011. Handout_Reaktor_04_05_06 1 DESIGN EQUATIONS FOR A BATCH REACTOR (BR) IGS Budiaman ( C) BATCH VERSUS CONTINUOUS OPERATION

4/16/2017. Start-up CSTR A, B Q A, B A, B. I Gusti S. Budiaman, Gunarto, Endang Sulistyawati Siti Diyar Kholisoh. (Levenspiel, 1999, page 84)

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

Teknik Reaksi Kimia Lanjut

Kinetika Reaksi Homogen Sistem Reaktor Alir (Kontinyu)

n Biasa disebut juga sebagai piston flow, ideal n Reaktor ini juga disebut sebagai reaktor alir pipa n Di dalam RAP, fluida mengalir dengan pola

Kinetika Reaksi Homogen Sistem Reaktor Alir (Kontinyu)

Perancangan Proses Kimia PERANCANGAN

AZAS TEKNIK KIMIA (NERACA ENERGI) PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG

B T A CH C H R EAC EA T C OR

TRANSFER MASSA ANTAR FASE. Kode Mata Kuliah :

BAB 1 Energi : Pengertian, Konsep, dan Satuan

NME D3 Sperisa Distantina BAB V NERACA PANAS

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

Kinetika kimia. Shinta Rosalia Dewi

SEMESTER GASAL TAHUN AKADEMIK 2007/2008 PERANCANGAN REAKTOR DR.

PEMODELAN SISTEM. Pemodelan & simulasi TM05

TUTORIAL III REAKTOR

BAB II URAIAN PROSES. Benzil alkohol dikenal pula sebagai alpha hidroxytoluen, phenyl methanol,

LAMPIRAN A REAKTOR. = Untuk mereaksikan Butanol dengan Asam Asetat menjadi Butil. = Reaktor Alir Tangki Berpengaduk Dengan Jaket Pendingin

BAB 2 DASAR TEORI. Universitas Indonesia. Pemodelan dan..., Yosi Aditya Sembada, FT UI

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

PENGANTAR. Continuous Stirred Tank Flow Reactor (CSTFR)

PENGANTAR TEKNIK KIMIA JOULIE

REAKTOR KIMIA NON KINETIK KINETIK BALANCE R. YIELD R. STOIC EQUILIBRIUM R. EQUIL R. GIBBS CSTR R. PLUG R.BATCH

KINETIKA KIMIA. SHINTA ROSALIA DEWI

Heri Rustamaji Jurusan Teknik Kimia Universitas Lampung

ATK I DASAR-DASAR NERACA MASSA ASEP MUHAMAD SAMSUDIN, S.T.,M.T.

FENOMENA PERPINDAHAN. LUQMAN BUCHORI, ST, MT JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNDIP

Perancangan dan Simulasi Reaktor Plug Flow Adiabatis untuk Reaksi Pembuatan 1,3 Butadiena Menggunakan Program Scilab 5.1.1

BAB I PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

Dari Neraca Massa A di Reaktor

Gambar 7.4 skema trickle bed reactor

PENGARUH RASIO ASAM SULFAT TERHADAP ASAM NITRAT PADA SINTESIS NITROBENZENA DALAM CSTR

MAKALAH ALAT INDUSTRI KIMIA DAN ALAT UKUR REAKTOR KIMIA

Prosiding Matematika ISSN:

Plug Flow Reactors (PFR/ RAP) Pertemuan 10

KINETIKA REAKSI PEMBUATAN KALSIUM KARBONAT DARI LIMBAH PUPUK ZA DENGAN PROSES SODA. Suprihatin, Ambarita R.

BAB 3 PEMODELAN TANGKI REAKTOR BIODIESEL

BAB I PENDAHULUAN. Pengolah an Kimia

KINETIKA & LAJU REAKSI

Pemodelan Teknik Kimia Bebarapa Contoh Aplikasi Persamaan Diferensial (oleh: Prof. Dr. Ir. Setijo Bismo, DEA.)

BAB II DESKRIPSI PROSES

FENOMENA PERPINDAHAN. LUQMAN BUCHORI, ST, MT JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNDIP

Pengantar Teknik Kimia

Cara Menggunakan Tabel Uap (Steam Table)

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

HUKUM 1 THERMODINAMIKA. Agung Ari Wibowo S.T., M.Sc Politeknik Negeri Malang

BAB 9. KINETIKA KIMIA

ENTROPI. Untuk gas ideal, dt dan V=RT/P. Dengan subtitusi dan pembagian dengan T, akan diperoleh persamaan:

Kinetika Kimia. Abdul Wahid Surhim

II. PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang 1.2 Perumusan Masalah

II. DESKRIPSI PROSES

Prarancangan Pabrik Benzaldehyde dari Kulit Kayu Manis Kapasitas 600 ton/tahun REAKTOR (R)

Ditulis Guna Melengkapi Sebagian Syarat Untuk Mencapai Jenjang Sarjana Strata Satu (S1) Jakarta 2015

SIMULASI PROSES EVAPORASI BLACK LIQUOR DALAM FALLING FILM EVAPORATOR DENGAN ADANYA ALIRAN UDARA

PERHITUNGAN NERACA PANAS

BAB II. DISKRIPSI PROSES. bahan baku yang bervariasi. Berdasarkan bahan baku ada 2 proses komersial

BAB IV. PERHITUNGAN STAGE CARA PENYEDERHANAAN (Simplified Calculation Methods)

BAB II DISKRIPSI PROSES. 2.1 Spesifikasi Bahan Baku, Bahan Pendukung dan Produk. Isobutanol 0,1% mol

KINETIKA STERILISASI (STR)

Gambar 1 Proses Reaksi Kimia

V. BIOREAKTOR SISTEM KONTINYU. Kompetensi: Setelah mengikuti kuliah mahasiswa dapat menyusun alur proses kontinyu dalam bioreaktor

PEMILIHAN DAN URAIAN PROSES

FISIKA 2. Pertemuan ke-4

1. Dalam perhitungan gas, temperatur harus dituliskan dalam satuan... A. Celsius B. Reamur C. Kelvin D. Fahrenheit E. Henry

KINETIKA & LAJU REAKSI

PROSES ADIABATIK PADA REAKSI PEMBAKARAN MOTOR ROKET PROPELAN

BAB II. KESEIMBANGAN

Chapter 6. Gas. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

FORMULASI PENGETAHUAN PROSES MELALUI SIMULASI ALIRAN FLUIDA TIGA DIMENSI

PRARANCANGAN PABRIK ACRYLAMIDE DARI ACRYLONITRILE MELALUI PROSES HIDROLISIS KAPASITAS TON/TAHUN BAB II DESKRIPSI PROSES

Pokok Bahasan. Teori tentang asam, basa dan garam Kesetimbangan asam-basa Skala ph Sörensen (Sörensen ph scale) Konstanta keasaman

KONVERSI KATALITIK GLYCEROL MENJADI ACETOL (HYDROXI-2 PROPANON) Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Suprapto, DEA

II. TINJAUAN PUSTAKA. Polyethylene terephthalate dibuat melalui dua tahapan proses, yaitu proses esterifikasi

BAB II DASAR TEORI. FeO. CO Fe CO 2. Fe 3 O 4. Fe 2 O 3. Gambar 2.1. Skema arah pergerakan gas CO dan reduksi

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

LANDASAN TEORI. P = Pc = P 3 = P 2 = Pg P 5 P 4. x 5. x 1 =x 2 x 3 x 2 1

TL 2104 PTL TL 2104 PENGANTAR TEKNIK LINGKUNGAN. Prodi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan Institut Teknologi Bandung

Handout_Reaktor_10_11_12 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

V Reversible Processes

PENGETAHUAN PROSES PADA UNIT SINTESIS UREA

LAMPIRAN A HASIL PERHITUNGAN NERACA MASSA

Teknik Sistem Pengaturan Teknik Elektro - Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Fisika Dasar I (FI-321)

Karena volumnya adalah satu liter, maka konsentrasinya tinggal masukkan molnya masingmasing.

Kesetimbangan dinamis adalah keadaan dimana dua proses yang berlawanan terjadi dengan laju yang sama, akibatnya tidak terjadi perubahan bersih dalam

Bab 4 Analisis Energi dalam Sistem Tertutup

Purwanti Widhy H, M.Pd. Laju Reaksi

KESETIMBANGAN ENERGI

BAB II LANDASAN TEORI

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

KESETIMBANGAN KIMIA SOAL DAN PEMBAHASAN

ALAT TRANSFER MASSA ABSORBER DAN STRIPPER

BAB II DESKRIPSI PROSES

LEMBAR AKTIVITAS SISWA ( LAS )_ 1

Gas. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Transkripsi:

REKTOR BTCH Chp. 12 Missen, 1999

BTCH VERSUS CONTINUOUS OPERTION

DESIGN EQUTIONS FOR BTCH RECTOR (BR) Pertimbangan umum t adalah waktu reaksi yang diperlukan untuk mencapai konversi f 1 sampai f 2 adalah limiting reactant Besaran yang diketahui: N 0, f 1, & f 2 Besaran yang tidak diketahui: t, (-r ), V, dan T Pertimbangkan reaksi: + ν C C + Waktu reaksi: r t V = ( f ) dn dn N 0df = = = dt dt dt N 0 f 2 df r V f 1 0 1

Kecepatan reaksi -r = f(f, T) Neraca Energi Memberikan T = f(f, V) Persamaan keadaan V = f(n, T, P) Interpretasi nilai t/n 0 dapat ditentukan melalui grafik 1/(-r)V rea = t/n 0 rea t/n 0 f 1 f 2 f

Kecepatan produsi (pembentukan) C pada basis kontinyu Waktu siklus adalah total waktu per batch tc = t + td, t = waktu reaksi td = down time adalah waktu yang diperlukan untuk pengisian, pengeluaran, dan pencucian Pr Pr mol C terbentuk C = batch ( ) ( C) = N C 2 batch waktu NC1 NC ν C N = = tc tc t + td C Dalam konversi f ν C N 0 ( ) ( f 2 f 1 ) Pr C = t + td Dalam banyak kasus f 1 = 0 dan f 2 = X

NERC ENERGI; TEMPERTUR BERUBH Bentuk umum: R in R Out + R gen = R acc Untuk RB: Panas masuk dapat dari pemanas koil/ jaket, panas keluar dapat dari pendingin koil/ jaket, dan panas generasi adalah panas yang dihasilkan atau dibutuhkan oleh reaksi

Transfer panas: R in/ R out ditunjukkan dengan pers.: Q = Uc(Tc T) m U = koef. Transfer panas keseluruhan, J m -2 s -1 K -1 atau w m -2 k -1 ditentukan dengan perc. tau korelasi empiris c = Luas pemanas/ pendingin koil Tc = Suhu koil (Tc T)m = beda suhu rata2 Tm utk trasfer panas Bila Q > 0 (Tc>T) Panas masuk Q < 0 (Tc<T) panas keluar

Panas generasi R gen = (- H R )(-r )V atau (- U R )(-r )V Bila H R > 0 (reaksi endotermis) H R < 0 (reaksi eksotermis) Panas akumulasi: R acc = dh/dt = N t Cp dt/dt = m t Cp dt/dt Total mole: n N t = N i i= 1 (termasuk inert)

Kapasitas panas sistem pada P tetap: dengan xi = fraksi mole komponen i Massa total sistem Kapasitas panas spesifik sistem: dengan wi = fraksi massa komponen i Neraca energi RB non isotermal dan non adiabatis:

RB Operasi Isotermal t = C 0 f 2 df r f 11 (densitas konstan) (densitas konstan) Contoh 12-1 Missen Determine the time required for 80% conversion of 7.5 mol in a 15-L constant-volume batch reactor operating isothermally at 300 K. The reaction is first-order with respect to, with k = 0.05 min -1 at 300 K. Solusi

Contoh 12-2 Missen liquid-phase reaction between cyclopentadiene () and benzoquinone (B) is conducted in an isothermal batch reactor, producing an product (C). The reaction is first-order with respect to each reactant, with k = 9.92 X 10e 3 L mol -1 s -1 at 25 C. Determine the reactor volume required to produce 175 mol C h -1, if f = 0.90, C 0 = C B0 = 0.15 mol L -1, and the down-time td between batches is 30 min. The reaction is + B C. Solusi

Densitas sistem berubah Berimplikasi pada volume reaktor atau sistem reaksi tidak konstan Untuk RB dapat dilihat pada reaktor vessel yg dilengkapi piston Densitas berubah biasanya fasa gas Densitas dapat berubah bila minimal salah satu T, P, atau N t (mole total) berubah

Contoh 12-3 Missen Reaksi fasa gas B + C dilangsungkan dalam 10 L (mula-mula) reaktor batch isotermal pada 25 o C tekanan tetap. Reaksi orde 2 terhadap dengan k 023 = 0,023 L mol -1 s -1. Tentukan waktu yang diperlukan untuk konversi 75% dari 5 mol. Solusi

Pengendalian Transfer Panas Untuk Menjaga Kondisi Isotermal Bila reaksi eksotermis atau endotermis, maka diperlukan pengendalian temperatur t (T) untuk menjaga kondisi i isotermal dengan memberi pendingin atau pemanas Tinjau reaksi: + Produk Operasi isotermal dt/dt = 0, sehingga Dari neraca mol reaktor batch Substitusi ke pers. Energi didapat Bila diasumsi temperatur koil (Tc) konstan

Contoh 12-4 Missen Tentukan Q dan Tc (sebagai fungsi waktu) yang diperlukan untuk menjaga kondisi reaktor isotermal dalam contoh 12-1, jika H R = -47500 J mol -1, dan Uc = 25,0 WK -1. pakah Q mewakili kecepatan penambahan panas atau pengambilan panas? Solusi

OPERSI NON ISOTERML diabatis (Q = 0) Non diabatis (Q 0) Operasi diabatis: Temperatur akan naik dalam reaksi eksotermis dan turun dalam reaksi endotermis Persamaan Neraca Energi Sistem diabatis, Q = 0 Substitusi (-r )V dari neraca massa dalam term f

Karena hubungan df /dt dengan dt/dt adalah implisit terhadap t, shg pers. menjadi Di integralkan: Bila (- H R ), Cp, dan n t konstan Waktu yang diperlukan untuk mencapai konversi f, dari pers. Neraca massa: t

lgoritma menghitung t RB diabatis Pilih harga f : f 0 f f (ditentukan) Hitung T pada f dari pers. Neraca energi Hitung (-r) dari persamaan kecepatan Hitung volume dari persamaan keadaan Ulangi langkah 1 s.d. 4 untuk beberapa nilai f Hitung t dari pers. Neraca massa

Contoh 12-5 Missen Dekomposisi fasa gas R + S, dilangsungkan dalam reaktor batch dengan kondisi awal T 0 = 300 K, V 0 = 0,5 m 3, dan tekanan total konstan 500 kpa. Harga Cp untuk, R, dan S adalah 185,6; 104,7; dan 80,9 J mol -1 K -1. Entalpi reaksi = -6280 J mol -1 dan reaksi orde satu terhadap dg k =10 14-10000/T -1 e h. Tentukan f dan T sebagai fungsi t, bila Q = 0, f = 0,99. Solusi

MULTIPLE RECTIONS IN BTCH RECTORS Contoh-1: Menentukan kecepatan reaksi keseluruhan dari sejumlah reaksi Diawali dengan menentukan koefisien stoikiomeri untuk tiap komponen dari tiap reaksi

sumsi semua reaksi elementer, shg kec reaksi dapat dinyatakan sebagai: Menentukan kecepatan reaksi tiap komponen menggunakan rumus atau

Sehingga diperoleh persamaan

Neraca mole RB untuk N komponen dan M set reaksi: Diperoleh N set PD ordiner, satu untuk tiap komponen dan M set persamaan kec reaksi komponen, satu untuk tiap reaksi. Dari N set PD ordiner harus diket N set kondisi awal dll.

Contoh-2: Selesaikan persamaan design reaktor batch untuk set reaksi contoh-1. sumsi sistem fasa cair dengan densiti konstan. Penyelesaian: Untuk densiti konstan berarti volume reaktor adl konstan shg pers design menjadi: Set pers ini akan sukar diselesaikan dengan cara analitis dan akan lebih mudah dg cara numeris

Contoh-3 Selesaikan persamaan design RB untuk reaksi dalam contoh-2. Digunakan k I =0.1 mol/(m 3 h), k II =1.2 h -1, k III =0,06 mol/(m 3 h). Kondisi awal adalah a 0 = b 0 = 20 mol/m 3. Waktu reaksi adalah 1 jam.

REKTOR SEMIBTCH IGS Budiaman

Tipe reaktor semibatch Reaktor semibatch tipe -1 Digunakan untuk reaksi-reaksi sangat eksotermis Salah satu umpan dimasukan secara perlahan selama reaksi berlangsung Konsentrasi >> terjadi reaksi samping Reaktor semibatch tipe -2 Umpan dimasukan secara bersamaan Salah satu produk diuapkan supaya reaksi tetap bergeser kekanan Laju reaksi besar konversi besar

Reaktor semibatch tipe -1 Q B Start-up CSTR, B Reaktor semibatch tipe -2 C Q Q, B Q, B

Reaktor semibatch tipe -1 Contoh reaksi: monolisis Khlorinasi Hidrolisis Reaksi secara umum: + B C Neraca mol Q B F r V 0 0 + = dn dt (1)

Dalam bentuk konsentrasi q 0 dcv dv C 0 + rv = = C + V dt dt dc dt (2) Selama reaksi berlangsung volume V berubah thd waktu Neraca massa total: Rin Rout + Rgen = ρ q 0 + 0 = 0 0 d R ( ρv ) dt acc (3) Bila densitas larutan konstan, berlaku: dv dt V = q0 dv = q V 0 t 0 0 dt V = V 0 + q 0 t (4)

Pers 4 dibagi q 0 V q V0 = + t = τ 0 q q 0 0 Substitusi pers. 4 ke 2 q q 0 0 C r V C τ (5) q 0 + = 0 + ( C C ) 0 + rv = chain hi rule dc dt dc d τ dτ = dt dc d τ + t dc V dt dc V dt () = dc d τ (6) = 1 (7)

Substitusi 7 ke 6 dan dibagi q 0 dc ( C 0 C ) + rτ = τ dττ Jika umpan ditambahkan secara pelan, CB awal >> reaksi dianggap order 1 thd ' ' = k CCB = k CCB0 r = dc C0 C + τkc = τ dτ dc 1 + τ k C0 + C = dτ τ τ ic : τ = τ 0 bila C = C i kc ode ( konsent awal dlm reaktor ) (7) (8) (9) Dapat diselesaikan secara analitis atau numeris

Bila reaksi bukan order nol atau bukn order 1 dan jika tidak isotermal, maka sebaiknya penyelesaian model menggunakan metode numerik untuk menghitung konversi atau konsentrasi sebagai fungsi waktu. Q Contoh: B Mula-mula dalam reaktor hanya berisi, lalu B diumpankan perlahan scr kontinyu. Reaksi order 1 thd dan order 1 thd B + B C + D r = kc C (10) B

Neraca mol [mol dlm reaktor pd t] = [mol mula-mula] [mol bereaksi] N = N 0 N 0 Neraca mol B, dengan cara sama N N t x (11) = NBi + FB 0dt N x (12) B 0 0 untuk kec r B V = N Bi F + B0 F B0 tetap t N dari neraca mol V = = V 0 0 x dn atau r V = dt + q t 0 N dx dt 0, dan (13) (14) (15)

Persamaan 13, 14, dan 15 dapat diselesaikan secara numeris, misal metode Euler: x i+ +11 = x i + ( r ) V i ( t) N 0 ingat N C = dan CB = V N V B

Derivation of Batch Reactor Design Equations Return

Derivation of PFR Reactor Design Equations Return

Solusi contoh o 12-1 Missen Kembali

Solusi contoh 12-2 Missen from the stoichiometry, Since C 0 = C B0 t 1 Kembali

Solusi contoh 12-3 Missen Persamaan design untuk RB Kecepatan reaksi Perubahan jumlah mole dan volume setelah reaksi berlangsung ditentukan menggunakan tabel stokiometri

Untuk gas ideal Untuk kasus ini R, T, dan P konstan sehingga berlaku atau Substitusi ke pers. Kecepatan reaksi dan pers desain: Untuk integral, ambil a = 1 f f = 1 a df = -da, integral menjadi: Sehingga diperoleh: 1 Return

Solusi 12-4 Missen Diketahui: n 0 = 7,5 mol, V = 15 L, f 0 =0, f = = -1 0,8, k 0,05 min Neraca mole: Diintegralkan diperoleh: Neraca energi untuk operasi isotermal: Karena Q < 0 panas diambil dari sistem reaksi eksotermis

Menghitung Tc sebagai fungsi waktu, dari neraca energi T C = 300 ( 47500 )( 7,5 ) 0,0505 0,05t 0,05t 25,0 60 e = 300 11,9 e Buat grafik Tc (K) versus t (menit) Return

Solusi 12-5 Missen Pers. Laju reaksi: Dari pers. Neraca massa: Substitusikan (-r ) diperoleh: Dengan t = f df k 1 f 0 ( ) () (B) Neraca energi operasi adiabatis (Bila - H R, Cp, dan nt konstan): t

Substitusikan ke pers. Neraca enargi: (C) Pers. (), (B), dan (C) diselesaikan secara simultan pada inkremen ff G* = 0,5(G j + G j-1 )

C, B,, f T/K k /h -1 G G* t/h -1 0 300.00 0.33 3.00 0.00 01 0.1 303.3838 048 0.48 230 2.30 265 2.65 026 0.26 0.2 306.76 0.70 1.80 2.05 0.47 03 0.3 310.1414 099 0.99 144 1.44 162 1.62 063 0.63 0.4 313.52 1.41 1.19 1.31 0.76 05 0.5 316.90 197 1.97 101 1.01 110 1.10 087 0.87 0.6 320.28 2.76 0.91 0.96 0.97 0.7 323.66 3.82 0.87 0.89 1.06 0.8 327.04 5.25 0.95 0.91 1.15 0.9 330.42 7.18 1.39 1.17 1.27 Pers. diselesaikan dengan Trapezoidal Rule rata- rata 0.99 333.46 9.47 10.56 5.98 1.80 Return