PENGENDALIAN PROSES KIMIA SIMULTAN TEKA

(1)

PENGENDALIAN PROSES KIMIA SIMULTAN - TEKANAN DAN RASIO H2O:CH4 Supranto Supranto

18-Apr-18

Departemen Teknik Kimia FT UGM, 18 April 2018

Pada reaksi: CH4 + H2O ↔ CO + 3H2

Diketahui : pada suhu 1000 K, tekanan 5 atm, perbandingan mol CH4 : H2O = 1:1, konversi CH4=29%.

a) Apabila parameter rasio H2O/CH4 berubah antara 1 sampai 10 , secara simultan, parameter tekanan berubah antara 1 sampai 10, bagaimana pengaruhnya terhadap konversi CH4 dan H2O pada kesetimbangan? b) Buat grafik hubungan perubahan konversi CH4 yang terjadi, x = f (r, P)

JAWAB T=1000 K; P=5 atm; rasio =1:1, konversi CH4= 29% % Konversi CH4 pada Tekanan (atm)

rasio H2O/CH4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 29

2 3 4 5 6 7 8 9 10

KONDISI PROSES YANG DIKETAHUI

T = 1000 K

P = 5 atm

CH4/H2O = 1:1

(2)

CH + H O ↔ CO + H

Menghitung konstanta kesetimbangan (K) pada kondisi proses yang diketahui

rasio=1:1 CH4 = 1 mol

H2O = 1 mol

CH4 yang bereaksi = konversi x CH4 umpan = 29%

CH4 yang bereaksi = 29%= 0,29 mol

CH + H O ↔ CO + H

CH₄ H₂O CO H₂ TOTAL

Awal (mol) 1 1 0 0 1

Konversi (mol) 0,29 0,29 0,29 0,87

Akhir (mol) 0,71 0,71 0,29 0,87 2,58

Fraksi mol 0,2752 0,2752 0,1124 0,3372 1

K = = 1,42278624

MENGHITUNG KONVERSI CH4 PADA KONDISI PROSES YANG BERBEDA

KONDISI PROSES YANG DIKETAHUI

T (K)= 1000

P (atm)= 1 sampai dengan 10

CH4/H2O = 1:1 sampai dengan 10:1

(3)

1,1 sampai dengan 1,10

KONDISI PROSES 1,1

RASIO H2O/CH4 = 1:1

TEKANAN (atm)= 1

K= 1,422786236

CH + H O ↔ CO + H

reaksi (mol) H2O/CH4 = 1

CH4 H2O CO H2 TOTAL

Awal (mol) 1 1 - - 2

reaksi (mol) x x x 3x

Akhir (mol) 1-x 1-x x 3x 2+2X

Fraksi mol (1-x)/(2+2x) (1-x)/(2+2x) x/(2+2x) 3x/(2+2x) 1

K = 1,422786236 =(x/(2+2x))*(3x/(2+2x)^3)/((1-x)/((2+2x)*(1-x)/(2+2x))

Blindfolded

trial x nilai K

0,4 0,244897959

0,6 2,135742188

0,56 1,408968654

0,5608 1,420746573

0,56093 1,422669629 diperoleh nilai x =0,56093667

(4)

konversi CH4 konversi H2O

What-If Analysis Goal seek

P x (x/1) nilai K

1 0,560961198 0,560961198 1,423131516

2 0,432060723 0,432060723 1,422381974

3 0,364316139 0,364316139 1,422812

4 0,320876595 0,320876595 1,422833332

5 0,29 0,29 1,422786236

6 0,266608885 0,266608885 1,422814892

7 0,248094469 0,248094469 1,422809326

8 0,232968923 0,232968923 1,422805485

9 0,220310392 0,220310392 1,422802489

10 0,209513607 0,209513607 1,422795211

CH + H O ↔ CO + H

K = 1,422786236 =P^2*(x/(3+2x))*(3x/(3+2x)^3)/((1-x)/((3+2x)*(2-x)/(3+2x))

P x (x/2) nilai K

1 0,755664259 0,37783213 1,422806396

2 0,600467633 0,300233816 1,422837399

3 0,512194561 0,25609728 1,422831292

4 0,453945284 0,226972642 1,42282658

5 0,411899892 0,205949946 1,422823612

6 0,379730722 0,189865361 1,422821651

7 0,354096564 0,177048282 1,422820325

8 0,333048717 0,166524359 1,422819384

9 0,315364938 0,157682469 1,422818696

10 0,300234977 0,150117489 1,422818181

0

tekanan, atm

pengaruh tekanan terhadap konversi CH4

dan H2O pada rasio H2O:CH4= 1:1

CH4

tekanan, atm

pengaruh perubahan tekanan pada konversi CH4 dan H2O pada rasio H2O/CH4= 2:1

CH4

(5)

CH + H O ↔ CO + H

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 3 - - 4

reaksi (mol) x x x 3x 2x

Akhir (mol) 1-x 3-x x 3x 4+2x

K = 1,422786236 =P^2*(x/(4+2x))*(3x/(4+2x)^3)/((1-x)/((4+2x)*(3-x)/(4+2x))

P x (x/3) nilai K

1 0,854997194 0,284999065 1,422809928

2 0,711304298 0,237101433 1,4229859

3 0,618166946 0,206055649 1,42295081

4 0,553481299 0,184493766 1,422924984

5 0,505865353 0,168621784 1,427916651

6 0,468149587 0,156049862 1,422899921

7 0,438034912 0,146011637 1,422893427

8 0,413091761 0,137697254 1,422888853

9 0,391994022 0,130664674 1,422885504

10 0,373846173 0,124615391 1,422882976

CH + H O ↔ CO + H

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 4 - - 5

Akhir (mol) 1-x 4-x x 3x 5+2x

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ko

n

v

e

rs

i

tekanan,atm

(6)

K = 1,422786236 =P^2*(x/(5+2x))*(3x/(5+2x)^3)/((1-x)/((5+2x)*(4-x)/(5+2x))

P x (x/4) nilai K

1 0,909602885 0,227400721 1,422769766

2 0,788639339 0,197159835 1,422760416

3 0,698710686 0,174677671 1,422717209

4 0,632439882 0,15810997 1,422628556

5 0,58167888 0,14541972 1,42258934

6 0,541366692 0,135341673 1,422540758

7 0,508410475 0,127102619 1,422518182

8 0,480836341 0,120209085 1,422501945

9 0,457331724 0,114332931 1,422489603

10 0,436988781 0,109247195 1,422479804

CH + H O ↔ CO + H

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 5 - - 6

Akhir (mol) 1-x 5-x x 3x 6+2x

K = 1,422786236 =P^2*(x/(6+2x))*(3x/(6+2x)^3)/((1-x)/((6+2x)*(5-x)/(6+2x))

P x (x/5) nilai K

1 0,94099436 0,188198872 1,422744942

2 0,843569622 0,168713924 1,423430871

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

CH4

H2O

0,7 0,8 0,9 1

(7)

3 0,761088271 0,152217654 1,422877472

4 0,69646466 0,139292932 1,423679858

5 0,645085478 0,129017096 1,422964292

6 0,603404174 0,120680835 1,422816446

7 0,56877262 0,113754524 1,422284439

8 0,5395426 0,10790852 1,422733535

9 0,514386331 0,102877266 1,422769992

10 0,492454043 0,098490809 1,422622476

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 6 - - 7

Akhir (mol) 1-x 6-x x 3x 7+2x

K = 1,422786236 =P^2*(x/(7+2x))*(3x/(7+2x)^3)/((1-x)/((7+2x)*(6-x)/(7+2x))

What-If Analysis Goal seek Goal seek

P x (x/6) nilai K

1 0,959836554 0,159972759 1,422916598

2 0,882771542 0,14712859 1,422956212

3 0,809663722 0,134943954 1,422856714

4 0,748564349 0,124760725 1,422823434

5 0,698266492 0,116377749 1,42281078

6 0,656449282 0,109408214 1,42280446

7 0,62116321 0,103527202 1,422795925

8 0,59089752 0,09848292 1,422125397

9 0,564706243 0,094117707 1,422379087

10 0,541714553 0,090285759 1,422532497

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

CH4

H2O

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

(8)

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 7 - - 8

Akhir (mol) 1-x 7-x x 3x 8+2x

K = 1,422786236 =P^2*(x/(8+2x))*(3x/(8+2x)^3)/((1-x)/((8+2x)*(7-x)/(8+2x))

P x (x/7) nilai K

1 0,971621179 0,138803026 1,422658708

2 0,910998658 0,130142665 1,422828183

3 0,8475833 0,121083329 1,422810266

4 0,791248422 0,113035489 1,422799668

5 0,743089106 0,106155587 1,422794904

6 0,701977692 0,100282527 1,421953583

7 0,666747943 0,095249706 1,422061211

8 0,636195933 0,090885133 1,422130288

9 0,60943127 0,08706161 1,422184897

10 0,585761456 0,083680208 1,42222531

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 8 - - 9

Akhir (mol) 1-x 8-x x 3x 9+2x

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

CH4

(9)

K = 1,422786236 =P^2*(x/(9+2x))*(3x/(9+2x)^3)/((1-x)/((9+2x)*(8-x)/(9+2x))

P x (x/8) nilai K

1 0,979301588 0,122412699 1,422990028

2 0,931456546 0,116432068 1,421954265

3 0,877179034 0,109647379 1,4218891

4 0,826154478 0,10326931 1,42208565

5 0,780872182 0,097609023 1,422230646

6 0,741286823 0,092660853 1,422320124

7 0,70668378 0,088335473 1,422383873

8 0,676273991 0,084534249 1,422427995

9 0,649360586 0,081170073 1,422459897

10 0,625367025 0,078170878 1,422483798

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 9 - - 10

Akhir (mol) 1-x 9-x x 3x 10+2x

K = 1,422786236 =P^2*(x/(10+2x))*(3x/(10+2x)^3)/((1-x)/((10+2x)*(9-x)/(10+2x))

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

pengaruh perubahan tekanan pada konversi CH4 dan H2O pada rasio H2O/CH4= 8:1

(10)

P x (1/9) nilai K

1 0,984474756 0,109386084 1,422655042

2 0,946510072 0,105167786 1,422604812

3 0,900433541 0,100048171 1,422362384

4 0,854806473 0,094978497 1,422398268

5 0,812817107 0,090313012 1,422463586

6 0,775163469 0,086129274 1,422514655

7 0,741636559 0,082404062 1,422551261

8 0,711763738 0,07908486 1,42257762

9 0,685043149 0,076115905 1,422597074

10 0,661020165 0,073446685 1,42261183

CH4 H2O CO H2 total

Awal (mol) 1 10 - - 11

Akhir (mol) 1-x 10-x x 3x 11+2x

Fraksi mol (1-x)/(11+2x)(10-x)/(11+2x) x/(11+2x) 3x/(11+2x) 1

K = 1,422786236 =P^2*(x/(11+2x))*(3x/(11+2x)^3)/((1-x)/((11+2x)*(10-x)/(11+2x))

P x (x/10) nilai K

1 0,988079656 0,098807966 1,422764867

2 0,957651142 0,095765114 1,42206999

3 0,918697338 0,091869734 1,422621616

4 0,878274115 0,087827412 1,422583516

5 0,839768924 0,083976892 1,422600449

6 0,804360836 0,080436084 1,422623881

7 0,772241526 0,077224153 1,422643704

8 0,743216435 0,074321643 1,42265911

9 0,716967802 0,07169678 1,422670959

10 0,693162182 0,069316218 1,422680167

0

CH4

(11)

konversi CH4 pada berbagai tekanan dan rasio H2O/CH4

tekanan, atm rasio H2O/CH4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 0,561 0,756 0,855 0,910 0,941 0,960 0,972 0,979 0,984 0,988

2 0,432 0,600 0,711 0,789 0,844 0,883 0,911 0,931 0,947 0,958

3 0,364 0,512 0,618 0,699 0,761 0,810 0,848 0,877 0,900 0,919

4 0,321 0,454 0,553 0,632 0,696 0,749 0,791 0,826 0,855 0,878

5 0,290 0,412 0,506 0,582 0,645 0,698 0,743 0,781 0,813 0,840

6 0,267 0,380 0,468 0,541 0,603 0,656 0,702 0,741 0,775 0,804

7 0,248 0,354 0,438 0,508 0,569 0,621 0,667 0,707 0,742 0,772

8 0,233 0,333 0,413 0,481 0,540 0,591 0,636 0,676 0,712 0,743

9 0,220 0,315 0,392 0,457 0,514 0,565 0,609 0,649 0,685 0,717

10 0,210 0,300 0,374 0,437 0,492 0,542 0,586 0,625 0,661 0,693

1 2

pengaruh perubahan tekanan dan rasio H2O/CH4 pada konversi CH4

0,200-0,250 0,250-0,300 0,300-0,350 0,350-0,400 0,400-0,450 0,450-0,500 0,500-0,550 0,550-0,600 0,600-0,650 0,650-0,700 0,700-0,750 0,750-0,800 0,800-0,850 0,850-0,900 0,900-0,950 0,950-1,000

1 2

(12)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0,200-0,250 0,250-0,300 0,300-0,350 0,350-0,400 0,400-0,450 0,450-0,500 0,500-0,550 0,550-0,600 0,600-0,650 0,650-0,700 0,700-0,750 0,750-0,800 0,800-0,850 0,850-0,900 0,900-0,950 0,950-1,000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10