Teknologi Proses Industri Kimia - Spada UNS

Teknologi Proses Industri Kimia

Tinjauan termodinamika, kinetika dan kondisi proses

Skema proses industri kimia

Unit operasi Unit proses Unit operasi

recycle

produk bahan baku

Proses fisis Proses kimia Proses fisis

Tugas masing - masing unit berbeda tetapi mempunyai beban yang sama/terkait satu dengan yang lain, contoh :

 Tugas unit persiapan bahan baku :

mempersiapkan bahan baku agar sesuai kondisinya dengan kondisi yang dipersyaratkan unit pengolahan.

 Tugas unit pengolahan :

melakukan pengolahan bahan baku menjadi hasil yang diinginkan (pada umumnya proses kimia).

 Tugas unit pemurnian :

memisahkan campuran hasil utama dengan senyawa - senyawa yang lain dari unit pengolahan, untuk pemurnian dan penyesuaian

kualitas produk.

Unit-unit operasi

Separasi /

pemisahan Size reduction Mixing /

pencampuran Transfer massa/panas Evaporasi Crushing Agitasi (pengadukan) Heat transfer

Filtrasi Milling Pumping

Distilasi Humidifikasi

Absorbsi Dispersi

Adsorpsi Drying

Screening Precipitasi Dekantasi

Unit-unit operasi

Separasi /

pemisahan Fungsi

Evaporasi Pemisahan campuran cair-cair dengan cara penguapan Filtrasi Pemisahan campuran padat-cair dengan penyaringan Distilasi Pemisahan campuran cair-cair/cair-uap yang saling larut

berdasarkan perbedaan titik didih Absorbsi &

stripping Pemisahan satu atau lebih komponen dari suatu campuran berdasarkan perbedaan kelarutan.

Absorbsi : campuran gas-gas dengan solven cair Stripping : campuran cair-cair dengan solven gas

Unit-unit operasi

Separasi /

pemisahan Fungsi

Adsorpsi Pemisahan suatu campuran fluida dengan menggunakan penjerap/adsorben padatan.

Precipitasi Pemisahan campuran padat cair dengan cara pengendapan Dekantasi Pemisahan campuran yang tidak saling larut berdasarkan

prinsip perbedaan densitas

• Absorber • Evaporator

Distilasi

Centrifuge

Unit-unit proses

Alkilasi Dehidrogenasi

Alkoholisis Ion exchanger

Hidrolisis Esterifikasi

Pembakaran / oksidasi Netralisasi

Aminasi Pirolisis

Kondensasi Dekomposisi

Dehidrasi Fermentasi

Elektrolisis Karboksilasi

RAB/CSTR

Fix Bed Reactor RAP/PFR

Termodinamika dan kinetika

proses

Termodinamika kimia perlu dipelajari dalam proses industri kimia kaitannya dengan :

• Kemungkinan reaksi dan konversi reaksi dapat terjadi

• Pengaruh suhu dan tekanan terhadap kelangsungan dan perilaku reaksi

• Komposisi produk apabila reaksi mencapai kesetimbangan

• Driving force dari masing-masing reaksi

• Jumlah panas yang dihasilkan dalam suatu reaksi

Hukum-hukum yang perlu dipelajari :

• kekekalan massa

• kekekalan energi

• hukum kesetimbangan proses/termodinamika kimia

• hukum fisika

• hukum gas ideal

• Sifat-sifat larutan.

Istilah-istilah yang perlu dipahami :

• Reaksi eksotermis

• Reaksi endotermis

• Reaksi isotermal/non isotermal

• Reaksi adiabatis/non adiabatis

• Reaksi katalitik/non katalitik

• Reaksi kesetimbangan (reversibel), persamaan reaksi

kesetimbangan dan tetapan kesetimbangan

Hukum kekekalan massa (Lavoisier, 1743-1794, Perancis)

• Dalam suatu sistem

tertutup, massa bahan dalam sistem selalu

tetap, meskipun berubah wujud, fasa atau

jenisnya.

Hukum kekekalan energi (Joule, 1818-1889, Inggris)

“ Energi tidak dapat diciptakan atau

dimusnahkan, tetapi dapat

berubah bentuk menjadi

energi lain”

Hukum kesetimbangan kimia

• Dalam keadaan setimbang pada suhu tertentu, hasil perkalian

konsentrasi hasil reaksi dibagi perkalian konsentrasi pereaksi yang masing-masing dipangkatkan koefisiennya mempunyai nilai konstan.

Untuk gas ideal Untuk fase cair ideal

Pada suatu reaksi :

k

A + B  C + D k

Tetapan kesetimbangan dapat dinyatakan : K = k

k

Pergeseran kesetimbangan

• Prinsip Le Chatelier:

ketika suatu sistem dalam kesetimbangan diberikan stress, maka sistem tersebut akan bereaksi untuk menghilangkan stress tersebut.

• Posisi kesetimbangan kimia akan bergeser ke suatu arah untuk menghilangkan stress.

aA + bB ⇌ cC + dD Contoh:

penambahan A/B atau penghilangan C/D akan menggeser kesetimbangan ke arah kanan reaksi.

• Konsentrasi pada kesetimbangan berdasarkan pada konsentrasi awal atau faktor lain seperti:

Temperatur

Tekanan

Kondisi reaksi spesifik

Perubahan salah satu atau beberapa kondisi di atas akan menimbulkan stress pada sistem sehingga terjadi pergeseran kesetimbangan.

Pergeseran kesetimbangan

Perubahan konsentrasi

• Pada suhu konstan, perubahan konsentrasi tidak mengubah nilai K.

Nilai K hanya dipengaruhi oleh suhu (K = f(T)).

• Bila suatu materi ditambahkan pada kesetimbangan, kesetimbangan akan bergeser dari sistem yang ditambahkan.

• Bila suatu materi dihilangkan dari suatu sistem kesetimbangan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah yang kehilangan.

Perubahan tekanan

• Pada suhu konstan, perubahan tekanan tidak mengubah nilai K.

Nilai K hanya dipengaruhi oleh suhu (K = f(T)).

• Zat padat dan cairan tidak dipengaruhi oleh tekanan.

• Perubahan tekanan dengan suatu gas inert tidak akan menggeser kesetimbangan.

• Perubahan tekanan hanya mempengaruhi fasa gas dalam suatu sistem kesetimbangan.

Perubahan suhu

• Nilai K dapat berkurang atau bertambah dengan kenaikan suhu, tergantung pada reaksi spesifik (eksoterm atau endoterm).

• Kenaikan suhu akan menggeser reaksi ke arah endoterm.

• Contoh :

CH⁴ (g) + H²O (g)  2 H² (g) + CO (g) (endotermis)

N² (g) + 3 H² (g)  2 NH³ (g) (eksotermis)

Hukum Gas Ideal

PV = nRT

P : tekanan gas V : volume

n : mol T : suhu

R : konstanta gas ideal