PENDAHULUAN Teknik Kimia meliputi aplikasi pengetahuan tentang proses industri yang menitik beratkan pada KONVERSI perubahan suatu bahan (row material) menjadi bahan lain (produk) baik dengan proses kimia (unit proses) maupun proses fisika (unit operation)

Daftar konversi kimiawi

NoKonversi kimiawi Nama Alat1Oksidasiconverter, Oxidazing-room, Chamber, Sulfur burner2NitrasiNitrator, Reaktor3SulfonasiSulfonator4NetralisasiSettler, reaktor, cristallizer, Tanki5ElectrolysisElectrolysis cell6KalsinasiRotary kiln, calciner, drier7EsterifikasiAcetylator, Mixer, Reactor8Aminasi/amonolisisAutoclave9HalogenasiHalogenator, Khlorinator, Reactor10Hidrasi dan hidrolisisHydrator, hydrolyzer, reactor,autoclave, fusion pot, absorber11AlkilasiAutoclave, alkylator, reactor12PolimerisasiPolymerizer, reactor13FermentasiFermentor

Struktur Sistem Proses

Kegiatan proses mengubah suatu bahan menjadi produk secara keseluruhan dapat dipandang sebagai sebuah sistem yang terdiri atas sub-sub sistem yang menggambarkan suatu tahapan proses produksi

Gambar 1. Rangkaian proses sebagai sebuah sistem tahapan proses

Unit Persiapan bahan baku Unit FinishingUnit Reaksi

Secara garis besar sistem proses produksi dapat dibagi dalam tiga unit, yaitu:Unit I : Unit persiapan bahan bakuUnit II : Unit sintesis/reaksiUnit III : Unit finishing

Tugas dari masing-masing unit berbeda, namun secara keseluruhan mempunyai beban yang sama, dan satu sama lain saling berhubungan dalam menghasilkan produk yang diinginkan.

Adapun tugas masing-masing unit adalah sbb:I. Unit Persiapan bahan baku.Unit ini bertugas mempersiapkan bahan baku/raw material agar sesuai kondisinya dengan kondisi yang dipersaratkan oleh unit II (Unit pengolahan).Persiapan ini dapat berupa:Penyesuaian bentuk dan fasa : besar, kecil, serbuk, cair, gas dsbPenyesuaian konsentrasi/komposisi : murni, pekat, encer, larutan dsbPenyesuaian kondisi operasi : tekanan, suhu, perbandingan komposisi dsbTransportasi bahan dasar, penampungan sementara sebelum diolah di unit IIDan lain-lain

Alat-alat pada unit I ini pada umumnya digunakan:Alat penyesuaian bentuk dan fasa Contoh : crusher, ball mill, melter, condensor, evaporator, sublimator dll Alat penyesuaian konsentrasi/komposisi Contoh : kolom fraksinasi, kolom distilasi, screen, absorber dll

Alat penyesuaian kondisi operasi Penyesuaian suhu : heat exchanger (HE), cooler, heater, preheater dll Penyesuaian tekanan: kompresor, pompa, valve, expansion valve dllPenyesuaian komposisi: mixer, blender, tangki berpengadul dllAlat transportasi dan penampungan Contoh: belt conveyor, elevator, pompa + pipa Tanki-tanki penampung, silo dll

II. Unit Pengolahan/ proses sintesis

Unit ini bertugas mensintesis/mereaksikan bahan dasar untuk mengubah menjadi senyawa hasil (produk) yang diinginkan. Alat untuk tempat terjadinya reaksi kimia disebut REAKTOR

( proses sintsis ini akan dibahas dalam bab tersendiri)

III. Unit finishing Hasil yang diperolah dari unit II, kemungkinan masih memerlukan penyesuaian kualitas, berupa: Penyesuaian bentuk dan fasa Penyesuaian komposisi/konsentrasi Penyesuaian kondisi : suhu dan tekanan Pengantongan, penyimpanan/gudang

Pada unit ini peralatan yang digunakan sama dengan unit I

PROSES SINTESIS DALAM UNIT PENGOLAHAN

Untuk mempelajari proses kimia dalam unit pengolahan, dapat ditinjau dalam 2 segi, yaitu:Alat/tempatSintesis atau reaksi

1. Alat/tempatSebagai tempat terjadinya reaksi pengolahan, siperlukan alat yang disebut REAKTOR. Reaktor ini harus bisa memenuhi persyaratan tertentu yang harus disesuaiakan dengan sifat bahan yang diolah dan sifat bahan yang dihasilkan. Misalnya: alat harus tahan terhadap korosi, tahan terhadap tekanan, tahan terhadap suhu tinggi dsb.Demikian juga karena kondisi reaksi (tekanan, suhu dan konsentrasi dsb) untuk suatu reaksi perlu diatur dan diawasi untuk menghasilkan hasil yang diinginkan, maka biasanya reaktor dilengkapi dengan alat-alat penunjuk/indikator dan alat-alat pengontrol/pengatur.

Termasuk sebagai alat penunjuk (indokator) antara lain: termometer, pH meter dsb. Lambang : Flow indikator (FI), thermo indikator (TI); pressure indikator (PI)

Termasuk alat kontrol : flow indicator and control (FIC), thermoindicator and control (TIC), pressure indicator and control (PIC).

II. Sintesis/reaksiKondisi reaksi yang tepat sangat penting untuk berlakunya suatu reaksi kimia . Reaksi kimia seringkali dapat berlangsung dengan cepat pada kondisi tertentu dan tidak dapat berlangsung sama sekali pada kondisi yang lain, sehingga pengetahuan tentang kondisi operasi ini sangat penting dalam penanganan reaktor.Mengingat hal tersebut diatas, maka sangatlah penting untuk mempelajari/mengetahui KINETIKA dan TERMODINAMIKA dari reaksi kimia yang terjadi dalam sintesis proses tersebut.

KinetikaDigunakan antara lain :Memahami mekanisme reaksiMenghitung ukuran reaktorMemperkirakan usaha-usaha yang dapat ditempuh untuk mempelajari reaksi yang berjalan lambat dan reaksi yang berjalan terlalu cepat agar dapat dikontrol

Termodinamika Digunakan antara lain untuk:Memperkirakan energi/panas yang diperlukan (endotermis) atau energi/panas yang dikeluarkan (eksotermis) dari reaksi kimiaMemperkirakan konversi maksimum yang dapat dicapai pada kesetimbanganMemperkirakan usaha-usaha yang dapat ditempuh untuk memperbesar konversi kesetimbangan

Usaha-usaha untuk mempercepat reaksi dan memperbesar konversi ditinjau dari KINETIKA

Misalnya reaksi: aA + bB cC + dD Kecepatan reaksi: - rA = k (A)a (B)b Keterangan:- rA: kecepatan berkurangnya Ak: konstanta kecepatan reaksi(A): konentrasi reaktan A(B): konsentrasi reakstan Ba,b: pangkat/tingkat reaksi

Hukum Arrhenius mendefinisikan :

Keterangan: A: faktor frekwensi tumbukanE: tenaga aktifasiR: Tetapan gasT: suhu reaksi (oK)

Terlihat bahwa k, dipengaruhi oleh A, E dan T.

1. Faktor Frekwensi tumbukan (A) Faktor frekwensi tumbukan dipengaruhu oleh:a) Sifat pencampuran pereaksi. Jika pereaksi tidak saling melarutkan atau tidak dapat bercampur secara sempurna maka diperlukan pengaduk, sirkulasi.b) Luas permukaan Untuk memperbesar faktor tumbukan diusahakan pereaksi berupa gas atau cair. Jika pereaksi berupa zat padat maka perlu dilakukan gasifikasi atau dibuat partikel-pertikel kecil (penumbukan)

c) Salah satu pereaksi dibuat excess Pemihihan pereaksi yang dibuat excess adalah pereaksi yang lebih mudah didapatkan, harga lebih murah, jumlah melimpah dll.

2. Tenaga aktivasi (E) Tenaga aktivasi adalah tenaga awal yang diperlukan agar reaksi dapat berlangsung . Tenaga aktivasi ini dapat diperbesar atau diperkecil oleh suatu katalisator. Katalisator positif: memperkecil tenaga aktivasi sehingga mempercepat reaksi.

Katalisator negatif (inhibitor) : memperbesar tenaga aktivasi sehingga memperlambat reaksi. Inhibitor ini digunakn untuk reaksi yang berjalan sangat cepat seperti: reaksi polimerisasi, reaksi inti, nuklir dan reaksi rantai.

Inhibitor dapt bekerja sebagai: Penghalang bertemunya pereaksiBereaksi dengan salah satu pereaksi membentuk senyawa yang lebih stabilMenurunkan keaktifanMempengaruhi kestabilan sususunan elektron

3. Suhu (T)

Dari persamaan

Nilai k dipengaruhi oleh suhu (T). Bila T dinaikkan, maka harga E/RT kecil dan k makin besar (reaksi berjalan makin cepat). Disamping dipengaruhi oleh besarnya harga k, kecepatan reaksi juga

Dipengaruhi oleh konsentrasi peraksi (A) dan (B), yang dapat ditempuh dengan menggunakan konsentrasi pereaksi yang tinggi dan memperkecil/meniadakan inert dari campuran pereaksi.

Usaha memperolah hasil yang besar di tinjau dari TERMODINAMIKA

Contoh reaksi:

Pada keadaan kesetimbangan berlaku hubungan sbb:

Ket.( ) = konsentrasi K = konstanta kesetimbangan

Untuk gas berlaku hukum gas ideal, Sehingga

, maka

Keterangan: a, b, c, d: koefisien reaksinA, nB, nC, nD: jumlah mol komponenP: tekanannt: jumlah mol total (nA + nB + nC + nD + ninert)

Besarnya harga k dipengaruhi oleh suhu reaksi, sedangkan dari persamaan K dapat dilihat bahwa untuk memperoleh C dan D yang banyak, dapat ditempuh dengn memakai (A) dan (B) yang tinggi, dan perbandingan pereaksi yang baik,sehingga hasil perkalian (A)a x (B)b maksimum.

Usaha lain yaitu mengusir salah satu hasil C atau D dari campuran hasil reaksi. Jika hasil yang diinginkan adalah D, maka C yang segera diusir atau sebaliknya. Pengusiran salah satu hasil akan mengakibatkan hasil yang terbentuk terus-menerus (maksimum).

Jika hasil yang diinginkan adalah D, maka:

Untuk memperoleh hasil D yang banyak dapat ditempuh dengan:

a) K dibuat besar : Jika reaksi eksotermis, makin rendah suhu, K makin besar. Jika reaksi endotermis, makin tinggi suhu, makin besar harga K.b) Konsentrasi A dan B yang dipakai diusahakn tinggic) Salah satu hasil diusir, misalnya C sehingga nC kecil, maka nD menjadi besar.d) Perbandingan pereaksi yang tepat

e) Tekanan:Bila (a + b) ( c + d) positif, maka tekanan tinggi menguntungkan.Bila (a + b) ( c + d) negatif, maka tekanan tinggi tidak menguntungkan.Bila (a + b) ( c + d) adalah nol, maka tekanan tidak berpengaruhi kesetimbangan

f)Jumlah mol total dipengaruhi inert:Bila (a + b) ( c + d) positif, maka adanya inert tidak menguntungkanBila (a + b) ( c + d) negatif, maka adanya inert menguntungkan

Kadang-kadang usaha dari segi termodinmika bertolak belakang dengan usaha ditinjau dari segi kinetika, maka perlu dicari optimasi melalui penelitian. Demikian juga kemampuan alat, kestabilan senyawa-senyawa dan efisiensi tenaga akan menjadi batasan usaha yang ditempuh untuk mendapatkan hasil yang optimal dengan waktu singkat.

Sebagai contoh. Penentuan suhu (T), jika ditinjau dari segi kinetika semakin tinggi suhu, hasil (produk) semakin tinggi, namun penentuan suhu (T) jika dilihat dari segi termodinamika belum tentu jika suhu tinggi akan menghasilkan produk yang besar, bahkan bisa sebaliknya justru mengurangi hasil (produk).

Menentukan suhu optimum.

Proses eksotermis

K

x T optimum Suhu (T) kx

Menentukan suhu optimum.

Proses endotermis

K

x T optimum Suhu (T)kx