Reaktor CSTR

(1)

TEKNIK REAKSI KIMIA II

KINETIKA REAKSI

KINETIKA REAKSI P

PADA REAKTOR CSTR

ADA REAKTOR CSTR

((

Continuous Stirred Tank Reactor

₎₎

Disusun Oleh :

Kelompok 12

Kelompok 12 (kelas A)

(kelas A)

Aldiaz Cipta. P

(33351422!)

"

"lliil

l A

An

ns

sh

ho

o##ii

((3

33

35

51

14

41

11 1$

$%

%))

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

2016

(2)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Laa! B"#a$a%&

Dalam teknik kimia& 'eakto# adalah suatu eana tempat e#lan*sun*n+a #eaksi kimia. Pe#an,an*an suatu #ea,to# kimia ha#us men*utamakan e-isiensi kine#a #ea,to#& sehin**a didapatkan hasil p#oduk diandin*kan masukan input +an* esa# den*an ia+a +an* minimum& aik itu ia+a modal maupun ope#asi. entu saa -a,to# keselamatan pun tidak oleh dikesampin*kan. /ia+a ope#asi iasan+a te#masuk esa#n+a ene#*+ +an* akan die#ikan atau diamil& ha#*a ahan aku& upah ope#ato#& dll. Pe#uahan ene#*+ dalam suatu #ea,to# kimia isa ka#ena adan+a suatu pemanasan atau pendin*inan& penamahan atau pen*u#an*an tekanan& *a+a *esekan (pen*adukan dan ,ai#a).

'eakto# e#dasa#kan p#osesn+a ada ti*a enis& +aitu : #ea,to# at,h& #ea,to# kontinu& dan #ea,to# semi at,h. Pada makalah ini akan memahas tentan* kinetika #eaksi pada #ea,to# kontinu enis C0'. Continuous sti##ed tank #ea,to# (C0') e#upa suatu adah +an* umumn+a e#entuk silinde# den*an diamete# te#tentu& dimana sekelilin* #ea,to# isa diia#kan te#uka (te#adi koneksi eas anta#a #ea,to# den*an uda#a sekelilin*n+a)& isa diisolasi dden*an ahan (isolato#) te#tentu& atau isa u*a dikelilin*i (diali#i sekelilin*n+a) den*an ,ai#an (ai#) pendin*in pemanas untuk men+e#ap panas +an* timul.C0' an+ak di*unakan dalam indust#+ p#oses& ila dalam tahap #eaksi diutuhkan ali#an #eaktan +an* kontin+u dan hasil #eaksi dipe#oleh se,a#a e#tahap selama p#oses e#lan*sun*. 0elain itu C0' u*a di*unakan apaila diha#apkan te#adin+a kese#a*aman komposisi dan

tempe#atu#e dalam p#oses.

1.2 R''a% Maa#a*

'umusan masalah pada makalah ini +aitu memahan tentan* kinetika #eaksi pada #ea,to# C0' den*an metode tinauan pustaka atau men,a#i da#i ee#apa lite#atu#.

1.+ T','a% P"%'#-a%

uuan da#i penulisan makalah ini +aitu : kinetika #eaksi pada #ea,to# C0'& enis #ea,to# C0'& ne#a,a massa dan ne#a,a ene#*i pada #ea,to# C0'.

(3)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 R"a$! CSTR (Continuous Stirred Tank Reaktor ₎

'eakto# C0' adalah #ea,to# ideal +an* e#entuk tan*ki ali# e#pen*aduk. 'eakto# tipe ini dipasan* e#ti,al den*an pen*adukan sempu#na. Pen*adukan pada masin*masin* tan*ki dilakukan se,a#a kontinu sehin**a dipe#oleh suatu keadaan dimana komposisi ,ampu#an didalam #ea,to# ena#ena# se#a*am. Pada #ea,to# model sepe#ti ini & pen*adukan dian**ap #ata disemua a*ian& sehin**a komposisi p#oduk +an* kelua# sama den*an komposis ahan +an* ada didalam #ea,to#. 'eakto# tan*ka ini iasan+a di*unakan untuk #eaksi#eaksi dalam -ase ,ai#& untuk #eaksi hete#o*en ,ai#padat atau #eaksi homo*en ,ai,ai# dan sea*ain+a.

2.2 K"#"/-*a% a% K"$'!a%&a% R"a$! CSTR

a) Keleihan

- /ia+a pemasan*an leih mu#ah

- udah untuk men*ont#ol suhu disetiap saat& ka#ena heat

t#ans-e# pada pe#mukaan dapat diatu# den*an mudah.

- 0uhu dan komposisi ,ampu#an dalam #ea,to# sama

) Keku#an*an

- idak e--isien untuk #eaksi -ase *as dan #eaksi +an* e#tekanan

tin**i.

- "ntuk men*hasilkan kone#si +an* sama& olume +an*

diutuhkan C0' leih esa# da#i P6'.

2.+ N"!aa Maa R"a$! CSTR

(4)

8nput 9 output  disappea#an,e + #ea,tion  a,,umulation 9 

Pada -i*u#e 5.3& ika F A 0

=

v0C _A0 adalah mola# -eed #ate da#i komponen A

pada #ea,to#& maka pe#samaan ne#a,a massan+a : 8nput o- A& molestime 9 F A 0

(

1

−

X A 0

)

=

F A0

Output o- A& molestime 9 F A

=

F A0

(

1

−

X A

)

Disappea#an,e o- A + #ea,tion& molestime

−

r

(¿¿

A

)

V

=

(

moles A reacting

(

time

)(

volume of fluid

)

(

volume of reactor

)

¿

Da#i keti*a pe#samaan diatas didapatkan :

−

r

(¿¿

A

)

V F _A 0 X _A

=¿

Da#i pe#samaan diatas dipe#oleh :

V F _A0

=

τ C _A 0

=

∆ X A

−

r_A τ

=

1 s

=

V v0

=

V C A0 F _A 0

=

C A 0 X _A

−

r_A … … … …

(

11

)

Dimana X A _dan r A _{diuku# pada kondisi ali#an kelua#& +an* sama den*an}

kondisi didalam #ea,to#.

V F _A0

=

∆ X A

(

−

r_A

)

_f

=

X _Af

−

X _Ai

(

−

r_A

)

_f

(5)

Atau

τ

=

V v

=

C _A 0 X A

F _A 0

=

C A 0

(

X A f

−

X Ai

)

(

−

r_A

)

_f … … … …

(

12

)

"ntuk kasus pada sistem +an* densitasn+a konstan X A

=

1

−

C _A

C A 0 dimana

pada kasus ini pe#samaan dapat ditulis dalam hal konsent#asi& +aitu : "ntuk ε A

=

0

−

r C _A 0

(¿¿

A

)

V F _A0

=

X A

−

r_A

=

C _A 0

−

C _A

¿

atau τ

=

V v

=

C _A 0 X A

−

r_A

=

C _A 0

−

C A

−

r_A … … … .

(

13

)

Constant densit+ s+stem

C _A C AO

=

1

−

_X

A, untuk o#de ke 1& pe#samaann+a

+aitu:

kτ

=

X A

1

−

_X_A

=

C _A 0

−

C _A

C _A untuk ε A

=

0… … … …

(

14a

)

(6)

V

=

V 0

(

1

+

ε_A X _A

)

dan C _A C _AO

=

1

−

_X A 1

+

_ε_A_X_A

0ehin**a untuk #eaksi o#de pe#tama& pe#samaan 11 menadi :

kτ

=

X A

(

1

+

ε A X A

)

1

−

_X

A

for any ε_A… … … … …..

(

14_b

)

"ntuk #eaksi o#de ke dua& A P#oduk.

−

r A

=

k C A

2

, ε_A

=

0, _{Pe#samaan 11}

menadi:

kτ

=

C A0

−

C A

C _A2 atauC A

=

−

1

+

√

1

+

4kτ C _A0

2kτ … … … … …

(

15

)

2. N"!aa E%"!&- R"a$!

"ntuk #ea,to# ali#an ,ontinu& sepe#ti #ea,to# C0'& ne#a,a ene#*+ me#upakan enthalp+ (;) keseiman*an. <ika kita men*aaikan pe#edaan dalam ene#*+ kineti, dan potensial da#i ali#an st#eam. aka ne#a,a ene#*+ C0' menadi :

¿

m c_d!

+

" A_c

(

! _c

−

!

)

+(−

∆ # _$A

)(¿−

r A

)

V

=

d# dt … … …

(

14.3

−

8

)

m0c 0d!

−

∫

! ref !

¿

∫

! ref ! 0

¿

Pe#samaan (14.3=) dapat disede#hanakan dalam e#a*ai ,a#a. "ntuk

ope#asi tunak& m

=

m0 dan sisi kanan len+ap. 0elanutn+a& ika c_ dan ! _c

konstan& dan ika kita memilih ! ref

=

! 0 . aka enthalp+ input menadi nol.

Pe#samaan+a menadi :

m c_

(

! ₀

−

!

)

+

" A_c

(

! _c

−

!

)

+

(

−

∆ # _$A

) (

−

r_A

)

V

=

0… … … …

(

14.3

−

9

)

(7)

m c_

(

! 0

−

!

)

+

" Ac

(

! c

−

!

)

+

(

−

∆ # $A

)

F A 0f A

=

0…..… … … …

(

14.3

−

10

)

Pe#samaan (14.31) f A dan ! dikelua#kan . maka pe#samaann+a menadi :

f _A

=

m c ! 0

+

" Ac! c

(

−

∆ # _$A

)

F _A0

+

[

mc 

+

" Ac

(

−

∆ # _$A

)

F _A0

]

! … … … .

(

14.3

−

11

)

2.3 R"a$! CSTR

S"!-Pada #ea,to# C0' dipasan* se#i maka tidak ada pe#uahan

olumet#i, -lo #ate

(

v

=

v0

)

.

Konsent#asi e--luent da#i #eaktan A da#i C0' pe#tama dapat ditemukan den*an men**unakan pe#samaan : C _A 1

=

C _A0 1

+

_τ₁_k₁ Den*an τ 1

=

V 1

v0 da#i mole alan,e pada #ea,to# 2

V 2

=

F A 1

−

F A 2

−

r_A2

=

v0

(

C A1

−

C A 2

)

k 2C _A 2

Pen+elesaian da#i C A 2. Konsent#asi kelua#an pada #ea,to# ke dua& kita pe#oleh

C _A₂

=

C A1

1

+

τ 2k 2

=

C A 0

(8)

<ika kedua #ea,to# mempun+ai uku#an +an* sama

(

τ 1

=

τ 2

=

τ

)

dan e#ope#asi pada

tempe#atu#e +an* sama

(

k 1

=

k 2

=

k

)

& maka

C _A₂

=

C A 0

(

1

+

τk

)

2

<ika C0' sean+ak n memiliki uku#an dan tempe#atu#e +an* sama maka pe#samaann+a menadi :

C _An

=

C A0

(

1

+

_τk

)

n

2.6 R"a$! CSTR Pa!a#"#

>olume pe# satuan da#i #ea,to#

V _i

=

F _A0_i

(

X _i

−

r_Ai

)

… … … .

(

4.12

)

Ka#ena #ea,to# +an* sama esa#& e#ope#asi pada suhu +an* sama dan memiliki -eed #ate +an* identi,. Kone#si akan sama untuk setiap #ea,to#.

X 1

=

X 2

=

…

=

X n

=

X

?au #eaksi pada masin*masin* #ea,to# sama.

(9)

>olume masin*masin* #ea,to#

V

(¿¿

i

)

¿

& e#kaitan den*an total olume

(

V

)

_{. Da#i}

semua #ea,to# den*an pe#samaan

V _i

=

V n

;uun*an +an* sama da#i total mola# -lo #ate. Pe#samaann+a +aitu:

F _A0_i

=

F _A0 n 0ustitusikan ke pe#samaan (4.12) V n

=

F _A0 n

(

X _i

−

r_Ai

)

Atau V

=

F A 0 X i

−

r_Ai

=

F _A0 X

−

r_Ai … … … …

(

4.13

)

(10)

BAB III CONTOH SOAL Diketahui : ! 0

=

310 % f _A

=

0.75 A

=

3.5_&1013_s−1 '_A

=

100000(

/

mol )

=

8.3 *

/

s V

=

15000 * C _A₀

=

0.8mol

/

* ∆ # _$A

=

51000₍

/

_mol +

=

950_g

/

_* C _

=

3.5(

/

g% "A

=

10000(

/

s% $

=

8.314₍

/

_mol% m c_

(

! _c

−

!

)

+

" A_c

(

! _c

−

!

)

+

(

−

∆ # _$A

) (

−

r_A

)

V

=

0

(

! _c

−

!

) (

m c_

+

" A_c

)

=

(

∆ # _$A

)(

−

r_A

)

V

(

! _c

−

!

)

=

(

∆ # $A

) (

−

r A

)

V

(

m c_

+

" A_c

)

(11)

! _c

=

!

+

[

(

∆ # $A

) (

−

r A

)

V

(

mc_

+

" A_c

)

]

Dimana :

m

=

+ . )

Ka#ena o#de pe#tama dan #eaksi A /  C

aka :

(

−

r A

)

=

k . C A 0

(

1

−

f A

)

k

=

A . e − ' A $ .! Pe#samaann+a menadi : ! _c

=

!

+

[

(

∆ # $A

)

. A . e − ' A $ .! .C _A0

(

1

−

f _A

)

V

(

+. ) . c_

+

" A_c

)

]

! _c

=

310

+

[

51000

(

3.5 &10 13

)

e −100000 8.314(310)

(

0.80

)

(

1

−

0.75

)

15000

(

950

)

(

8.3

)(

3.5

)+(

10000

)

]

! _c

=

310

+

[

2.009592

]

! _c

=

312.0096_%

(12)

DAFTAR PUSTAKA

6o*le#& ;. 0,ott. 25.Elements of Chemical Reaction Engineering . P#enti,e ;all P#o-essional e,hni,al 'e-e#en,e : he "nie#sit+ o- i,hi*an.

?eenspiel& O,tae 1%%%.Chemical Reaction Engineering Third Edition. Depa#tment o- Chemi,al @n*inee#in* : O#e*on 0tate "nie#sit+.

issen& 'onald & Cha#les A. ims& /#adle+ A. 0aille. Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics. Depa#tment o- Chemi,al @n*inee#in* and Applied Chemist#+ : "nie#sit+ o- o#onto.