Azas Teknik Kimi1

7/31/2019 Azas Teknik Kimi1

1/30

AZAS TEKNIK KIMIA

Kelompok 6

Evert (110405046)

Alfarodo (110405061)

Resi Levi Permadani (110405072)Budi Warman (110405074)

Yosef Carol (110405081)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

FAKULTAS TEKNIK

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

MEDAN

2012


2/30

NERACA ZAT DALAM SISTIM YANG MELIBATKAN REAKSI KIMIA

Neraca massa yang melibatkan reaksi kimia akan membahas tranformasi rumus kimia

yang dituliskan dalam persamaan-persamaan reaksi stokiometi. Azas yang digunakan dalam

peneracaan ini adalah hukum Dalton dan konsep molekul Avogadro. Konsep Dalton

memberikan logika dasar bahwa zat-zat yang bergabung secara kimia akan menghasilkanproduk dengan perbandingan yang sama. Sedangkan Avogadro menyatakan bahwa setiap

unsur yang terlibat dalam reaksi akan kekal. Aplikasi kedua hukum ini dalam perhitungan

reaksi kimia dikenal sebagai persamaan-persamaan reaksi stokiometri. Persamaan stokiometri

sangat penting dalam membangun neraca zat yang melibatkan reaksi kimia.

3.1 Neraca-neraca Zat dengan Reaksi Kimia TunggalJadi dalam reaksi kimia ada zat yang beraksi akan berkurang dan zat yang dihasilkan

akan bertambah. Jadi neraca massa zat :

Laju molar zat s masuk = laju molar zat s keluar

adalah tidak selalu benar apabila melibatkan suatu reaksi.

Perbedaan antara laju umpan dan keluaran (Rs) merupakan laju produksi molar zat s

iaitu: Rs = Nkeluar

s - N(masuk)

s

Ataus

masuk

s

keluar

ss

M

FFR

Dimana: Ms adalah berat molekul zat s

Contoh 3.1

Dalam proses pembuatan amonia melalui reaksi N2 + 3 H2 2NH3, 40 mol/jam H2 dan

12 mol/jam N2 dimasukkan ke dalam reaktor katalitik sehingga menghasilkan 8 mol/jam N2,

28 mol/jam H2 dan sisa 8 mol/jam NH3.

Dari definisi di atas, laju produksi setiap zat adalah:

RNH3 = Nkeluar

NH3 - N(masuk)

NH3 = 80 = 8 mol/jam

RN2 = Nkeluar

N2 - N(masuk)

N2 = 8 - 12 = -4 mol/jamRH2 = N

keluarH2 - N

(masuk)H2 = 28 - 40 = -12 mol/jam

Tanda (-) menunjukkan laju reaktan yang dihabiskan, sedangkan produk NH3 mempunyai

laju positif.

Laju produksi zat yang melibatkan reaksi kimia dapat dituliskan:

Nkeluar

s = Nmasuk

s + Rs 3.1

atau Fkeluar

s = Fmasuk

s + MsRs 3.2

Jadi ada satu tambahan variabel dalam perhitungan neraca zat iaitu laju produksi. Laju

produksi dan pengurangan pereaksi mesti semuanya sebanding dengan salah satu zat yang


3/30


4/30

Bila s merupakan koefisien stokiometri zat s dalam reaksi kimia dengan tanda

negatif untuk reaktan dan positif untuk produk.Laju reaksi runtuk reaksi kimia

didefinisikan:

r = Rs/

s dimana s = 1, 2, 3, ., Sdari definisi, laju produksi zat s yang terlibat dalam reaksi dapat diperoleh dengan

mengkalikan laju reaksi dengan koefisien stokiometri zat, dalam hal ini:

Rs = sr dimana s = 1, 2, 3, ., S

Selanjutnya, mengikut pada persamaan nerca mol zat persamaan 3.1 dapat ditulis menjadi:

Nkeluar

s = Nmasuk

s + sr dimana s = 1, 2, 3, ., S (3.3)

Dan dari neraca massa zat (3.2) dapat ditulis:F

keluars = F

masuks + s Msr dimana s = 1, 2, 3, ., S (3.4)

Jadi dalam perhitungan neraca zat akan menambah satu variabel baru iaitu laju reaksi r.

Contoh 3.4

Lihat kembali contoh 3.2. Ada sebanyak 12, 40 dan 0 mol/jam, masing-masing untuk N2, H2

dan NH3 diumpan ke reaktor dimana amonia dihasilkan menurut reaksi:

N2 + 3 H2 2 NH3

Bila laju keluar N2 8 mol/jam, hitung laju keluar zat lainnya.

Penyelesaian:

Dari reaksi kimia untuk reaktan dan produk diperoleh:

N2 = -1 H2 = -3 NH3 = 2

Neraca zat adalah:

rrNN

rrNN

rrNN

masukNH

keluarNH

masuk

H

keluar

H

masukN

keluarN

202

340)3(

812)1(

33

22

22

Dari neraca pertama diperoleh: r = 4 mol/jam

Jadi untuk dua neraca berikutnya dapat diperoleh:

jam/mol8)4(20N

mol/jam28))4(3(40N

keluar

NH

keluar

H

3

2

= = = = = = = = = =


5/30

Dari contoh di atas dapat diperoleh bahwa harga numerik laju reaksi, meskipun TTSL pada

reaksi setiap zat, namun TSL pada harga numerik koefisien stokiometri reaksi. Semua

koefisien stokiometri dapat dikalikan atau dibagikan dengan berbagai faktor sembarang tanpa

mempengaruh ketepatan stokiometri reaksi.

Contoh 3.5. Ulangi perhitungan contoh 3.4 tetapi reaksi dituliskan seperti berikut:

N2 + 3/2 H2 NH3

Penyelesaian:

Pada kasus ini, N2 = -1/2 H2 = -3/2 NH3 = 1

Maka persamaan neraca zat menjadi:

r)1(0N

r)2/3(40Nr)2/1(12N8

keluar

NH

keluar

H

keluar

N

3

2

2

Dari neraca N2 diperoleh: r = 8 mol/jam (2 kali harga r contoh 3.4)

Meskipun demikian semua laju zat keluar lainnya tidak berubah.

jam/mol8)8(10N

mol/jam28))4)(2/3((40N

keluar

NH

keluar

H

3

2

Jadi meskipun harga r tergantung pada harga koefisien stokiometri, laju keluaran tidak

berubah karena harganya hanya tergantung pada perbandingan koefisien stokiometri.

Dari persamaan 3.3 dan 3.4 dapat dicatat bahwa laju reaksi r umumnya berperan

sebagai variabel intermedit dalam perhitungan. Umumnya laju alir masuk atau keluar suatu

zat ditentukan, kemudian dengan menggunakan neraca zat laju alir r dapat dihitung. Setelah r

diketahui, dan dengan mengetahui salah satu laju masuk atau keluar, laju alir yang tak

diketahui dapat dihitung.

3.1.2. Konversi dan Reaktan Pembatas

Untuk mengukur kesempurnaan reaksi kimia digunakan konversi fraksi atau konversi

suatu zat. Konversi reaktan s yang dinyatakan dalam Xs adalah fraksi reaktan yang berkurang

yang dapat dirumuskan:

masuk

s

keluar

s

masuk

ss

N

NNX


6/30

Konversi suatu zat merupakan hubungan antara laju alir masuk dan keluar zat. Hubungan ini

dapat digunakan untuk menghitung laju reaksi.

masukskeluar

s NN sr

dan dari defenisi konversi zat s diperoleh:

s

masuk

s

keluar

s

masuk

s XNNN

setelah disubsitusi dengan persamaan di atas diperoleh:

s

s

masuk

s XNr

(3.5)

Jadi, bila konversi suatu komponen diketahui, laju reaksi dapat dihitung dan perhitungan

neraca bahan dapat diselesaikan dengan laju tersebut.

Contoh 3.6

Proses modern untuk menghasilkan asam nitrat didasarkan pada kosidasi amonia melalui

reaksi Haber. Tahap pertama rekasi adalah oksidasi NH3 pada katalis Pt untuk menghasilkan

NO

4NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O

Pada kondisi tertentu, dengan laju umpan 40 mol/jam NH3 dan 60 mol/jam O2 diperoleh

konversi NH3 sebesar 90%. Hitung laju keluar masing-masing komponen dari reaktor.Penyelesaian:

NH3 = -4 O2 = -5 NO = +4 H2O = +6

Dari persamaan 3.5 ,

jammolXN

rNH

NHmasukNH /9

)4(

)9,0(40

3

33

Dengan harga laju reaksi ini, semua laju keluar dapat dihitung dari persamaan neraca zat:

jammolrNN

rNN

rNN

jammolrNN

masukOH

keluarOH

masukNO

keluarNO

masukO

keluarO

masukNH

keluarNH

/54)9(606

mol/jam36)9(404

mol/jam15)9(5605

/4)9(4404

22

2

22

33

Konversi fraksi selalu diberikan dalam fraksi positif mengikut: 0NN keluarsmasuk

s

Dengan demikian konversi hanya untuk reaktan. Konversi diperoleh dari hubungan antara

laju alir masuk dan keluar zat, dan harus didasarkan pada reaktan tertentu. Bila konversi tidak


7/30

disebut reaktan tertentu, maka konversi didasarkan pada pada reaktan pembatas. Reaktan

pembatas adalah reaktan yang terlebih dahulu habis dengan berlangsungnya reaksi.

Tinjau rNN smasuk

s

keluar

s

Dimana s adalah reaktan, s < 0. Reaksi akan selesai berlangsung apabila 0Nkeluar

s ,

sehingga harga laju reaksi dapat ditulis:

s

masuk

sNr

Setiap reaktan mempunyai ciri harga r makin habis. Untuk reaktan yang paling kecil, ciri laju

reaksi r akan habis sehingga tak diperoleh lagi reaktan tersebut. Reaktan dengan harga

s

masuk

s /N paling kecil merupakan reaktan pembatas. Rumus sederhana dapat ditentukan

reaktan pembatas.

Contoh 3.7. Tinjau reaksi pada contoh 3.6 dan anggap konversi 80% diperoleh dengan

campuran molar sama antara amonia dan oksigen umpan pada laju 100 mol/jam. Hitung laju

keluar semua zat.

Penyelesaian:

Konversi tidak didasarkan pada salah satu reaktan, jadi harus didasarkan pada reaktan

pembatas. Reaktan mempunyai molar yang sama:

jam/mol50Ndanjam/mol50N masuk2Omasuk

3NH

2O

masuk

2O

3NH

masuk

3NH N

5

50

4

50N

Jadi oksigen merupakan reaktan pembatas. Dari persamaan 3.5, laju reaksi dapat ditulis:

mol/jam85

)50(8,0NX

r 2O

masuk

2O2O

Neraca bahan zat dapat ditulis:

jam/mol48)8(60N

mol/jam32)8(40N

mol/jam10)8(550N

jam/mol18)8(450N

keluar

O2H

keluar

NO

keluar

O

keluar

3NH

2

3.1.2 Analisa Derajat Kebebasan


8/30

Untuk zat yang tak ikut bereaksi (s = 0) dapat ditulis neraca bahan masing-masing.

Selanjutnya semua neraca zat S dapat dijumlahkan untuk menghasilkan neraca total.

Neraca mol:

s

1s

s

masukkeluar rNN

Neraca massa:

s

1s

ss

masukkeluar MrFF

Ada sebanyak S neraca yang TTSL dari S+1 persamaan, yaitu sama dengan jumlah zat.

Jumlah variabel neraca bahan terdiri dari jumlah banyaknya zat masuk dan keluar

ditambah zat yang ada karena reaksi kimia, ditambah variabel baru yaitu laju reaksi. Jumlah

variabel alur terspesifikasi dan hubungannya sama dengan perhitungan dalam Bab II, pada

bab ini ada hubungan baru yaitu konversi.

Contoh 3.8

Campuran stokiometri H2-N2 (75%H2 dan 25% N2) untuk sintesa amonia dibuat dengan

mencampur gas producer (78% N2, 20% CO dan 2% CO2) dan water gas (50% H2 dan

50% CO). CO disisihkan dengan mereaksikan campuran gas dengan uap untuk membentuk

CO2 dan H2 melalui reaksi :

CO + H2O CO2 + H2

CO2 kemudian disisihkan oleh pencucian dengan absorbent yang sesuai. Anggap semua

komposisi adalam % mol, dan uap yang ditambah tidak berlebih untuk merubah CO, hitung

perbandingan alur gas producer dan gas water yang boleh dicampurkan.

Penyelesaian:

Dari diagram alir dapat dilihat ada 9 variabel alur dan laju reaksi. Sistem mempunyai 5 zat, 4

zat terspesifikasi, sehingga dapat ditulis 5 neraca TTSL dan 4 komposisi yang terspesifikasi.

Bila dipilih satu basis, maka derjat kebebasan sistem adalah: 10 541 = 0. Jadi sistem

N2 = 78%

CO=20%

CO2

H2 = 50%CO

CO2

H2 = 75%

N2

H2O

1

2

3

4

5


9/30

terspesifikasi dengan tepat. Pada reaksi ini CO terkonversi sempurna yang berarti tak ada CO

dalam alur produk.

N2 = 0; CO = -1; H2O = -1; CO2 = +1; H2 = +1

Neraca bahan zat dapat ditulis:CO 0 = 0,2 N

1+ 0,5 N

2r

H2O 0 = N3r

CO2 N4

= 0,02N1

+ r

H2 0,75N5

= 0,5N2

+ r

Pilih basis 100 mol/jam untuk alur 1, maka neraca N2 diperoleh: N5

= 312 mol/jam

Eleminasi r dengan cara menjumlahkan neraca CO dan H2 diperoleh:

N2

= 0,75(312) - 0,2(100) = 234 - 20 = 214 mol/jam

Hitung harga r dari neraca CO:

r = 0,2(100) + 0,5(214) = 127 mol/jam

Dari neraca H2O dan CO2 dapat dihitung laju pada alur 3 dan 4:

N3 = 127 mol/jam dan N4

= 2 + 127 = 129 mol/jam

= = = = = = = = = =

Analisa derajat kebebasan dapat juga dilakukan pada sistem reaksi yang melibatkan multi

unit. Seperti analisa pada tanpa reaksi, neraca bahan dapat dibuat untuk masing-masing unit

dan keseluruhan proses. Perbedaan utama adalah bila ada satu unit dalam proses adalah

reaktor, ketika membuat neraca keseluruhan proses dianggap proses keseluruhan merupakan

sebuah reaktor. Laju keseluruhan harus diperhitungkan sebagai variabel.

Contoh 3.9

Untuk memastikan konversi CO yang sempurna agar keracunan katalis dapat dihindari, reaksi

shift CO + H2O CO2 + H2

Dilaksanakan pada dua buah reaktor unggun yang terpisah dengan katalis yang berbeda.

Reaktor pertama, menggunakan katalis yang murah, dan reaktor kedua lebih mahal tetapi

dapat dengan sempurna mengkonversi sisa CO dari reaktor pertama.

Pada proses ini gas umpan producer dan gas water mempunyai komposisi yang

sama dengan contoh 3.8 direaksikan dengan uap untuk menghasilkan alur produk yang

mengandung H2 dan N2 dengan perbandingan 3:1. Bila laju alir uap diatur sehingga dua kali

laju gas kering total dan bila konversi 80% terjadi pada reaktor pertama, hitung komposisi

alur intermedit.

Penyelesaian:N2 = 78%

CO = 20%

CO2 1


10/30


11/30

H2 N5

H2 = 0,5 N2

+ r

Hubungan:

H2 : N2 N5

H2 = 3N5

N2 = 3(78) = 234 mol/jam

Perb. Uap N3

= 2(N1

+ N2)

Bila neraca H2 dan CO ditambahkan untuk menghilangkan r, maka dapat diperoleh N2 :

N2

= 23420 = 214 mol/jam

Subsitusi hasil ini ke neraca CO, sehingga diperoleh:

R = 20 + 107 = 127 mol/jam

Harga N3

dihitung dari perbandingan uap:

N3

= 2(100 + 214) = 628 mol/jam

Akhirnya neraca CO2 dan H2O memberikan:

N5

CO2 = 129 mol/jam

N5

H2O = 628127 = 501 mol/jam

Perhitungan diatas hanya untuk neraca keseluruhan. Neraca reaktor 1 dan 2 sekarang dapat

digunakan untuk menyelesaikan alur yang tak diketahui (alur 4). Dari tabel derajat kebebasan

diketahui derjat kebebasan reaktor 1 adalah 2. Bila diketahui laju alir sebanyak dua dari tiga

alur 1, 2 dan 3 diketahui, neraca di reaktor 1 akan terspesifikasi. Disamping itu derajat

kebebasan reaktor 2 adalah 4, apabila tiga variabel alur 5 diketahui dan satu variabel

tambahan alur 4, maka neraca reaktor 2 dapat terpsesifikasi. Dari neraca keseluruhan telah

diperoleh laju alir alur 1, 2, 3 dan 5, maka komposisi pada alur 5 juga dapat dihitung. Jadi

derjat kebebasan reaktor 2 dikurangi menjadi 1, dan reaktor 1 menjadi 0. Jelas neraca reaktor

1 harus digunakan untuk menyelesaikan persoalan.

Pada reaktor 1 dapat dihitung laju reaksi dengan menggunakan konversi.

mol/jam101,60,5(214)][0,2(100)8,01

NXr

masuk

COCO

Dari harga r ini dapat dihitung komposisi di alur 4 dari neraca zat.

N2 N4

N2 = 0,78(100) = 78 mol/jam

CO N4

CO = 127r = 25,4 mol/jam

H2O N4

H2O = 628101,6 = 526,4 mol/jam

CO2 N4

CO2 = 2 + r = 103,6 mol/jam

H2 N4

H2 = 107 + r = 208,6 mol/jam

Komposisi aliran 4 (fraksi mol) adalah:

(N2, CO, H2O, CO2, H2 ) = ( 0,083; 0,027; 0,559; 0,110; 0,221)Dari perhitungan diatas dapat dilihat bahwa laju reaksi pada reaktor 2 dapat dihitung iaitu:


12/30

r2 = rkeseluruhanrreaktor 1 = 127101,6 = 25,4 mol/jam

3.2 Neraca Zat dengan Reaksi Kimia GandaRs = NkeluarsNmasuks

Rumus ini dapat digunakan untuk membangun persamaan neraca zat.

Apabila ada dua reaksi kimia yang melibatkan zat s dengan masing-masing laju produksi Rs

dan Rs, maka persamaan neraca zat dapat ditulis:

Nkeluars = Nmasuks + Rs = Nmasuks + Rs + Rs

Contoh 3.11

Untuk mereduksi Fe3O4 direaksikan dengan gas H2. Reaksi yang berlangsung adalah:

Fe3O4 + H2 3FeO + H2O (1)

FeO + H2 Fe + H2O (2)

Bila 4 mol/jam H2 dan 1 mol/jam Fe3O4 dimasukkan ke reaktor, dalam keadaan tunak

diperoleh keluaran 0,1 mol/jam Fe3O4 dan 2,5 mol Fe. Hitung keluaran reaktor.

Penyelesaian:

Fe3O4 hanya bereaksi pada reaksi (1), sehingga

RFe3O4 = 0 dan RFe3O4 = RFe3O4

RFe3O4 = 0,11 = -0,9 mol/jam

Dengan cara yang sama diperoleh:

RFe = RFe

RFe = 2,50 = 2,5 mol/jam

Dari stokiometri reaksi (1) diperoleh:

RH2 = RFe3O4 = -0,9 mol/jam

RH2O = -RFe3O4 = 0,9 mol/jam

RFeO = -3RFe3O4 = 2,7 mol/jam

Dan dari stokiometri reaksi (2) diperoleh:

RH2 = -RFe = -2,5 mol/jam

RH2O = + RFe = 2,5 mol/jam

RFeO = -RFe = -2,5 mol/jam

Dari persamaan reaksi menunjukkan bahwa H2 dikonsumsi pada kedua reaksi, kemuadian

H2O diproduksi kedua reaksi, sementara FeO diproduksi pada reaksi (1) dan dikonsumsi

pada reaksi (2). Sehingga, laju neraca zat yang mewakili laju bersih produksi untuk semua

reaksi sebagai berikut:


13/30

NkeluarH2 = NmasukH2 + RH2 = NmasukH2 + RH2 + RH2

= 40,92,5 = 0,6 mol/jam

NkeluarH2O = NmasukH20 + RH2O = NmasukH2O + RH2O + RH2O

= 0 + 0,9 + 2,5 = 3,4 mol/jam.

NkeluarFeO = NmasukFeO + RFeO = NmasukFeO + RFeO + RFeO

= 0 + 2,72,5 = 0,2 mol/jam

Jadi keluaran rekator terdiri dari: 0,6 mol/jam H2, 3,4 mol/jam H2O, 0,1 mol/jam Fe3O4, 0,2

mol/jam FeO dan 2,5 mol/jam Fe.

= = = = = = = = =

3.2.1 Stokiometri yang DigeneralisasiApabila s adalah koefisien stokiometri zat s pada reaksi kimia, maka harga s < 0 untuk

reaktan dan s > 0 untuk produk. Keberadaan zat s dalam reaksi ganda dinayatakan dalam

koefisien stokiometri. Untuk membedakan zat s terlibat dalam reaksi mana, maka simbol

koefisien stokiometri dimodifikasi menjadi termasuk dalam indeks yang menunjukkan reaksi.

sr artinya koefisien stokiometri zat s pada reaksi ke-r. Laju reaksi zat s dalam reaksi ke-r,

maka dapat didefinisikan:

.S...2,3,1,sR

rsr

sr

r

dimana: Rsr = laju produksi s dengan reaksi r

Dari definisi ini, maka laju produksi bersih zat s dengan R reaksi kimia adalah:

R

1r

rsr

R

1r

srs rRR (3.8)

Persamaan ini menerangkan secara jelas hubungan antara laju reaksi dari reaksi kimia R yang

terjadi dalam sistem dan laju produksi pada berbagai zat.

Contoh 3.11

Tinjau kembali sistem reaksi berikut:

Fe3O4 + H2 3FeO + H2O (1)

FeO + H2 Fe + H2O (2)

Misalkan zat kimia yang terlibat dalam reaksi diberi indeks sebagai berikut:

s = 1 Fe3O4; s=2 FeO; s = 3 Fe; s = 4 H2; s = 5 H2O

Dan reaksi-reaksi juga diberi indeks.Koefisien stokiometri reaksi 1 ditulis seperti berikut:


14/30

11 = -1; 21 = 3; 31 = 0; 41 = -1; 51 = 1

Koefisien stokiometri reaksi 2 adalah:

12 = 0, 22 = -1; 32 = 1; 52 = 1

Laju produksi Fe3O4 dan Fe berdasarkan laju reaksi r1 dan r2 adalah:

RFe3O4 = R1 = 11r1 + 12r2 = -r1

RFe = R3 = 31r1 + 32r2 = r2

Laju produksi FeO yang melibatkan kedua reaksi adalah:

RFeO = R2 = 21r1 + 22r2 = 3r1r2

Dari definisi laju produksi zat netto dapat ditulis dalam persamaan neraca mol yang umum

untuk zat s yang melibatkan sebanyak R reaksi kimia adalah:

R

1r

rsr

masuk

s

keluar

s rNN s = 1, 2, 3, . . . ., S

Persamaan ini dapat dirumuskan dalam satuan massa :

R

1r

rsrs

masuk

s

keluar

s rMFF s = 1, 2, 3, . . . ., S

Dari hubungan di atas dapat dilihat, untuk sistem yang melibatkan S komponen dengan

sejumlah R reaksi kimia berlangsung simultan, dapat dibuat s buah neraca komponen dengan

melibatkan variabel reaksi rr.

Contoh 3.13

Klorinasi benzen menghasilkan campuran mono-, di-, tri- dan quadrosubsitusi melalaui reaksi

berantai sebagai berikut:

C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HCl

C6H5Cl + Cl2 C6H4Cl2 + HCl

C6H4Cl2 + Cl2 C6H3Cl3 + HCl

C6H3Cl3 + Cl2 C6H2Cl4 + HCl

Produk utama yang diinginkan adalah triklorobenzen, tetapi produk lain tak dapat dihindari.

Misalkan perbandingan umpan molar Cl2 terhadap benzen adalah 3,6 : 1, diperoleh

komposisi produk:

C6H6 = 1%; C6H5Cl = 7% C6H4Cl2= 12% C6H3Cl3 = 75%

C6H2Cl4 = 5%

Bila laju umpan 1000 mol/jam benzen masuk ke reaktor, hitung laju produk utama danproduk samping.


15/30

Penyelesaian:

Dalam sistem ada 4 reaksi yang simultan yang masing-masing mempunyai laju reaksi.

Kemudian ada 9 variabel alur sehingga diperoleh 13 variabel. Selanjutnya ada 7 neraca zat, 4

komposisi, 1 perbandingan umpan dan 1 basis. Dari informasi ini dapat diperoleh derajat

kebebasan yaitu:

Derajat Kebebasan = 137 - 4 - 1 - 1 = 0

Diketahui laju alir benzen (N1benzen) = 1000 lb/jam.

Laju alir Cl2 (N2) = (3,6/1) x 1000 = 3600 mol/jam, maka neraca zat dapat ditulis:

Benzen: 0,01N4 = N1r1

C6H5Cl 0,07N4 = 0 + r1r2

C6H4Cl2 0,12N4 = 0 + r2r3

C6H3Cl3 0,75N4 = 0 + r3r4

C6H2Cl4 0,05N4 = 0 + r4

Cl2 N3Cl2 = N2r1r2r3r4

HCl N3HCl = 0 + r1+ r2 + r3 + r4

Bila dijumlahkan persamaan 1 sampai 5 diperoleh:

N4 = N1 = 1000 mol/jam

Dari neraca:

benzen: 0,01(1000) = 1000r1 r1 = 990 mol/jam

C6H5Cl 0,07(1000) = 0 + 990r2 r2 = 920 mol/jam

C6H4Cl2 0,12(1000) = 0 + 920r3 r3 = 800 mol/jam

C6H3Cl3 0,75(1000) = 0 + 800r4 r4 = 50

Jadi diperoleh :

N3Cl2 = 3600990 - 92080050 = 840 mol/jam

dan N3HCl = 0 + 990 + 920 + 800 + 50 = 2760 mol/jam

Reaktor klorinasi

1

2

3

4

Cl2

HCl

C6H6 1%

C6H5Cl 7%

C6H4Cl2 12%

C6H3Cl3 75%

C6H2Cl4 5%

Cl2

C6H6


16/30

Jadi jumlah C6H3Cl3 yang dihasilkan = 0,75(1000) = 750 mol/jam

Contoh soal 3.14

Isomer adalah senyawa kimia yang mempunyai rumus molekul sama tetapi struktur molekul

yang berbeda. Sebab perbedaan struktur, bermacam bentuk isomer senyawa umumnya

mempunyai sifat fisika dan kimia yang berbeda. Oleh sebab itu dalam suatu industri yang

melibatkan reaksi isomerasi, senyawa yang diinginkan harus diusahakan pembentukannya

setinggi mungkin. Contoh kasus isomer triplet yang teridiri dari 1-butena C4H8 dan isomer

cis-butena dan trans-butena. Tiga isomer ini dapat interkonversi melalui katalis alumina

dengan reaksi berikut:

1-Butena cis-2-butena

cis-2-butene trans-2-butene

trans-2-butene 1-butene

Pada suhu dan tekanan yang ditentukan, 60% alur umpan 1-butena murni dirubah menjadi

produk yang mengandung 25% cis-2butene. Hitung komposisi yang tak diketahui.

Penyelesaian:

Variabel: 4 variabel alur

3 reaksi

Dapat dibuat tabel derajat kebebasan berikut:

Jumlah variabel 7

Jumlah Neraca 3

Komposisi 1

Hubungan 1

Basis 1

Derajat kebebasan 1

Dari tabel derajat kebebasan menunjukkan bahwa persoalan ini tidak dapat diselesaikan

untuk 7 variabel. Namun untuk sekedar contoh, dicoba untuk menyelesaikannya.

Ambil basis 100 mol/jam, sehingga:

1-butena

1-butene

cis-2-butene

trans-2-butene


17/30

jam/mol40Natau

100

N100

N

NN6,0X

keluar

1

keluar

1

masuk

1

keluar

1

masuk

11

Neraca zat:

1-butene keluar1N = 100r1 + r3 = 40

cis-butene keluar2cN =0 + r1r2

trans-butene keluar2tN =0 + r2r3

Produk mengandung 25% cis-2-butene,

mol/jam25

)]rr)(rr()rr-0,25[(100

)(25,0

322131

2212

keluart

keluarc

keluarkeluarc NNNN

Dari neraca cis- diperoleh: r1r2 = 25 mol/jam

Neraca 1-butene r1r3 = 60 mol/jam

Sehingga :

keluar

2tN = r2r3 = (r1r3)(r1r2)

= 6025 = 35 mol/jam

Dari problem di atas diperoleh bahwa penyelesaian keseluruhan dapat dinyatakan

dalam dua kuantitas laju reaksi yang berbeda yaitu:

r = r1 r3

dan r = r1 r2

Kedua kuantitas ini memenuhi untuk persamaan reaksi:



Apabila hanya ada dua reaksi, dan dua variabel laju reaksi, maka problem diatas mempunyai

derajat kebebasan nol, yang berarti semua alur dan variabel dapat dihitung.

Untuk membuktikannya, ditulis persamaan neraca zat:

1-butene keluar1N = 100r1

cis-butene keluar2cN =0 + r2

trans-butene keluar2tN =0 + r1 r2


18/30

Dengan basis 100 mol/jam butene dan konversi terspesifikasi, neraca zat pertama

menghasilkan r1 = 60 mol/jam. Neraca cis-2-butene digabungkan dengan 25% komposisi

terspesifikasi, maka diperoleh r2 = 25 mol/jam, sehingga:

keluar

2tN = 0 + 6025 = 35 mol/jam.

Jadi dua himpunan reaksi tersebut diatas memberikan harga laju variabel yang sama,

ini berarti kedua himpunen reaksi tersebut ekivalen.

Himpunan reaksi kimia yang dapat direduksi menjadi himpunan kimia ekivalen

dengan jumlah reaksi yang lebih sedikit disebut dependent.

Suatu himpunan reaksi dependentmengandung satu atau lebih reaksi yang berlebihan

(redundant) yang dapat dihilangkan tanpa memberi akibat perubahan penyelesaian persamaan

neraca. Suatu reaksi disebut independent jika tidak mungkin lagi mereduksi himpunentersebut menjadi himpunan equivalen dengan jumlah reaksi lebih sedikit.

Aturan umum untuk mengenali independent suatu reaksi; suatu himpunan disebut

independent jika masing-masing reaksi dalam himpunan melibatkan paling tidak satu

komponen yang tidak terdapat pada reaksi sisa lainnya.

3.2.2 Fraksi HasilFraksi hasil suatu reaksi ganda dapat dituliskan :

masuk

s

R

1r

rsr

sN

r

X

Fraksi hasil Ypq pada produk p dari reaktan q didefinisikan sebagai rasio produksi netto

produk P dengan laju produksi maksimum yang mungkin diperoleh, jika seluruh laju

pengurangan reaktan q dialokasikan untuk menghasilkan p saja.

maksp

p

pq R

RY

maks

pR = laju produksi maksimum produk p pada nilai laju pengurangan (konsumsi) reaktan q.

Contoh 3.16

Reaktan etilen oksida digunakan dalam produksi glikol, dengan proses oksidasi parsial etilen

dengan air berlebih melalui katalis Pt. Reaksi utama adalah:

2C2H4 + O2 2C2H4O

Reaksi samping dapat juga terjadi:

2C2H4 + O2 2CO2 + 2H2O


19/30

Anggap bahwa umpan mengandung 10% etilen dan konversi etilen 25%, yield oksida 80%

diperoleh dari reaktan. Hitung komposisi alur keluar reaktor.

Penyelesaian:

Analisa derajat kebebasan:

Jumlah variabel 9+2=11

Jumlah neraca 6

Komposisi 1

Hubungan spesifik 3

Basis 1

Derajat kebebasan 0

Dapat diselesaikan dengan mengambil basis perhitungan pada umpan 1000 mol/jam.

Komposisi umpan NMasukC2H4 = 0,1(1000) = 100 mol/jam

Udara (79% N2 dan 21 % O2) = 1000100 = 900 mol/jam

NmasukN2 = 0,79(900) = 711 mol/jam

NmasukO2 = 0,21(900) = 189 mol/jam

Diketahui konversi etilene 25%, maka

masuk4H2C

keluar

4H2C

masuk

4H2C

N

NN25,0

atau NkeluarC2H4 = 75 mol/jam

Spesifikasi yield :

Maks

O2H2C

masuk

O2H2C

keluar

O2H2C

Maks

O2H2C

O2H2C

N

NN

R

R8,0

Laju maksimum produksi C2H2O diperoleh bila 25 mol/jam C2H4 dikonversi untuk

menghasilkan oksida, yang berarti tidak ada produk samping CO2.

Neraca CO2 0 = 0 + 2r2; yang berarti r2 = 0

C2H4 10%

O2

N2

C2H4O

CO2

H2O

C2H4

O2

N2


20/30

Neraca C2H4 75 = 100 - 2r1r2 = 1002r1

Diproleh: r1 = 12,5 mol/jam

Sehingga: Maks O2H2CR = 2r1 = 25 mol/jam

Hubungan yield dapat disederhanakan menjadi:

mol/jam20Nsehingga25

0N8,0 keluarO2H2C

keluar

O2H2C

Berdasarkan informasi diatas maka diperoleh:

Neraca C2H2O 20 = 0 + 2r1

Neraca C2H4 75 = 100 - 2r1r2

Neraca O2 keluar2ON = 189r13r2

Neraca H2O 2keluar

O2H r20N

Neraca CO2 keluar2CON = 0 + 2r2

Neraca N2 keluar2NN = 711

dari neraca C2H4O r1 = 10 mol/jam

dan dari neraca C2H4 r2 = 5 mol/jam

Laju reaksi ini dapat digunakan untuk menghitung laju keluar zat yang lainnya.

3.2.3 Analisa Derajat KebebasanContoh 3.18

Untuk pemisahan uranium U dan zirkonium Zr direaksikan unsur ini dengan HCl, menurut

diagram alir berikut ini. 10 mol/jam campuran 90% Zr-10% U direaksikan dengan alur HCl

yang mengandung sebagian air untuk menghasilkan logam klorida menurut reaksi:

U + 3HCl UCl3 + 3/2 H2

Zr + 4HCl ZrCl4 + 2 H2

U dan Zr semuanya bereaksi dengan HCl, dan jumlah HCl yang diumpan ke reaktor adalah

dua kali dari jumlah yang diperlukan secara stokiometri. UCl3 adalah padatan sehingga dapat

keluar langsung dari reaktor 1, zat lainnya akan dialirkan ke reaktor 2. ZrCl4 direaksikan

dengan uap agar terbentuk ZrO2 padat menurut reaksi:

ZrCl4 + 2H2O ZrO2 + 4HCl

Reaksi berjalan sempurna dan ZrO2 padat dipisahkan dari produk gas lainnya.

Proses berikutnya adalah mendaur ulang HCl, yang dimulai dengan memisahkan gas H2 pada

unit absorber dengan menggunakan larutan H2O(10%) - HCl (90%) untuk mengabsrobsi


21/30

HCl. Dari absorber diperoleh larutan HCl 50% yang selanjutnya larutan tersebut dipekatkan

pada unit striper untuk menghasilkan larutan HCl pekat (90%) yang selanjutnya dilairkan ke

unit pencampur untuk ditambah dengan larutan HCl segar, sedangkan larutan yang keluar

dari bagian bawah (HCl 10% - H2O 90%) didaur ulang ke absorber sebagai pelarut.Hitung

semua laju setia laur dan komposisinya, anggap semua komposisi dalam % mol.

Penyelesaian:

Ada 2 reaktor, reaktor 1 ada 2 reaksi dan reaktor 2 ada 1 reaksi, jadi reaksi independent.

Untuk neraca keseluruhan, ketiga reaksi ini harus dimasukkan. Derajat kebebasan untuk

proses ini dapat dilihat pada tabel berikut.

Dari tabel menunjukkan bahwa perhitungan dapat dimulai pada unit striper dan

keseluruhan. Bila dimulai perhitungan pada unit striper, maka alur 8 dan 9 dapat dihitung,

maka derjat kebebasan di absorber menjadi 1. Selanjutnya alur 10 dapat dihitung dan derjat

kebebasan di pencampur menjadi 1. Jadi perhitungan tidak dapat dilanjutkan. Oleh sebab itu

dipilih neraca keseluruhan sebagai awal perhitungan.

Banyaknya Reaktor

1

Reaktor

2

Absorber Striper Pencam

pur

Prose

s

Keselu

ruhan

Variabel

Neraca

9+2 9+1 9 6 5 23+3 8+3

HCl 11

10

HCl 90%

H2O

2 UCl35 ZrO2

HCl 10%

H2O 8

9 HCl 50%

H2O

H2

HCl

H2O

6

H2

HCl

H2O

ZrCl4

3

H2 90%

HCl 7

H2O

4

U 10%

Zr 1

Pencampur

Reaktor 1

Reaktor 2

Absorber

Stripper


22/30

U

UCl3

Zr

ZnCl4

ZrO2

H2

H2O

HCl

Total

Komposisi

Perb.

Umpan

Derj. Keb.

1

1

1

1

1

1

1

7

1

1

2

1

1

1

1

1

5

5

1

1

1

3

3

3

1

1

2

3

1

1

1

2

1

2

1

1

1

2

1

3

5

5

19

5

1

1

1

1

1

1

1

1

1

8

2

1

-1

0

Basis perhitungan: 10 mol/jam umpan logam.

Pada neraca keseluruhan melibatkan tiga reaksi, r1 untuk laju reaksi klorinasi uranium, r2

untuk laju reaksi klorinasi zirkonium dan r3 untuk laju reaksi oksidasi zirkonium.

Persamaan neraca :

U 0 = 1r1

Zr 0 = 9r2

UCl3 N2 = 0 + r1

ZrCl4 0 = 0 + r2r3

ZrO2 N5 = 0 + r3

H2 0,9N7 = 0 + 3/2 r1 + 2r2

H2O 0 = N42r3

HCl 0,1N7 = N113r14r2 + 4r3

Dari dua neraca pertama diperoleh r1 = 1mol/jam dan r2 = 9 mol/jam

Dari neraca ZrCl4 diperoleh r3 = 9 mol/jam.

Dengan demikian dapat dihitung laju alur dari neraca:

UCl3 N2 = 1 mol/jam

ZrO2 N5 = 9 mol/jam

H2 N7 = 21,67 mol/jam

HCl N11 = 5,167 mol/jam


23/30

Juga telah ditentukan N1 = 10 mol/jam (basis), N2 = 1 mol/jam, hal ini berarti derjat

kebebasan pada reaktor 1 menjadi nol (perhitungan dilanjutkan).

Dari 7 neraca yang ada pada reaktor 1, ada 3 neraca (U, Zr, UCl3) yang telah dibuat dalam

neraca keseluruhan, jadi masih ada 4 neraca zat yang tersisa.

Laju alur 12 mengandung HCl sebanyak 2 kali yang diperlukan untuk bereaksi dengan U dan

Zr.

N12HCl = 2(3N1U + 4N1Zr) = 2(3 + 36) = 78 mol/jam

Dengan demikian derajat kebebasan pada pencampur menjadi nol. Neraca di pencampur:

HCl 78 = 0,9N10 + 5,167

H2O N12H2O = 0,1 N10

sehingga diperoleh: N10 = 80,926 mol/jam dan N12H2O = 8,093 mol/jam

Dengan diketahui laju alur 12, maka derajat kebebasan di reaktor 1 menjadi nol, dan dengan

laju alur 10 diketahui, maka derajat kebebasan di striper menjadi nol.

Neraca di striper

HCl 72,833 + 0,1 N8 = 0,5 N9

H2O 8,093 + 0,9N8 = 0,5N9

Diperoleh : N8 = 80,926 dan N9 = 161,852

Dengan diperoleh harga N7, N8 dan N9, maka derajat kebebasan pada unit absorber menjadi

nol. Dari neraca zat diperoleh komposisi pada alur 6 yaitu:

N6 = (N6H2, N6H2O, N6HCl) = (19,5; 8,093; 75) mol/jam.

Sekarang laju pada alur 4, 5 dan 6 serta laju reaksi ke 3 telah diketahui. Akibatnya neraca

pada reaktor 2 dapat dihitung yang menghasilkan:

N3 = (N3ZrCl4,N3ZrO2, N3H2, N3H2O, N3HCl) = (9; 0; 19,5; 8,093; 39) mol/jam

3.3 Aljabar Reaksi Kimia GandaSecara umum perumusan persamaan neraca bahan zat yang melibatkan reaksi kimia sering

dihadapkan pada reaksi ganda. Sehingga akan diperoleh banyak konversi-konversi kimiawi

dan banyak laju reaksi. Akan tetapi dalam himpunan reaksi dapat terjadi satu atau lebih reaksi

hanya merupakan penambahan atau pengurangan reaksi-reaksi lainnya. Himpunan reaksi

penjumlahan itu merupakan persamaan reaksi yang satu sama lainnya saling tak

terhubungkan secara linier (TTSL).

3.3.1 Reaksi yang Tak Terhubungkan Secara Linier (TTSL)Contoh 3.19. Menurut contoh 3.14, dapat disimpulkan bahwa sistem mempunyai reaksi:


24/30




adalah TSL karena penyelesaian yang sama diperoleh untuk masalah bila dua reaksi terakhir

yang digunakan. Gunakan indeks berikut:

Senyawa Indeks, i Reaksi Indeks, j

1-Butena

cis-2-butena

trans-2-butene

1

2

3


cis-2-butene trans-2-

butene


1

2

3

Dengan menggunakan indeks tersebut, koefisien stokiometri yang terdapat dalam tiap reaksi

dapat disusun sebagai 3 vektor, satu untuk tiap reaksi, yang berdimensi 3:

j3

j2

j1

j untuk reaksi 1(j=1)

0

1

1

31

21

11

1 ; untuk reaksi 2 (j=2)

1

1

0

33

22

12

2; untuk reaksi 3 (j =3)

1

0

1

33

23

13

1

Untuk ketiga vektor ini, dapat dicari k yang bukan nol sehingga:

0k

3

1k

k

ambil 1 = 1; 2 = 1 dan 3 = 1, maka:

(1)1 + (1)2 + (1)3 = 0

0

0

0

1

0

1

)1(

1

1

0

)1(

0

1

1

)1(

jadi koefisien stokiometri reaksi di atas adalah TSL

Dari uraian di atas dapat disimpulkan:

1. Himpunan reaksi adalah TSL bila salah satu reaksi dalam himpunan dapatditimbulkan dengan menambah atau mengurangi reaksi-reaksi lainnya.


25/30

2. Himpunan reaksi adalah TTSL bila setiap reaksi yang mengandung satu zat tidakterdapat dalam reaksi lainnya. Bila setiap vektor koefisien stokiometri mempunyai

komponen tak nol dimana setiap vektor lainnya mempunyai komponen nol, maka

himpunan lengkap koefisien stokiometri harus TTSL.

3.3.2 Penentuan TTSLPenentuan TTSL dilakukan dalam 4 operasi sederhana yang secara sistematik yang dilakukan

pada susunan koefisien stokiometri reaksi.

Contoh 3.20

Tinjau kembali contoh 3.18

U + 3HCl UCl3 + 3/2 H2

Zr + 4HCl ZrCl4 + 2 H2

ZrCl4 + 2H2O ZrO2 + 4HC

Dari aturan umum, ketiga reaksi adalah TTSL sebab zat U, Zr dan ZrO2 hanya terjadi dalam

salah satu reaksi.

Penentuan koefisien:

Komponen Indeks Reaksi Indeks

UZr

ZrO2

UCl3

ZrCl4

HCl

H2

H2O

12

3

4

5

6

7

8

U + 3HCl UCl3 + 3/2 H2Zr + 4HCl ZrCl4 + 2 H2

ZrCl4 + 2H2O ZrO2 + 4HC

12

3

Vektor koefisien stokiometri dapat disusun menjadi:

0

2/3

3

0

1

0

0

1

1 ;

0

2

4

1

0

0

1

0

2 ;

2

0

4

1

0

1

0

0

3


26/30

Dari ketiga vektor ini jelaslah TTSL sebab hanya ada tiga komponen pertama yang dikaji,

sehingga tidak ada harga 1, 2 dan 3 yang bukan nol, sehingga:

(-1)1 + (0) 2 + (0)3 = 0

(0) 1 + (-1) 2 + (0)3 = 0

(0) 1 + (0) 2 + (1)3 = 0

Vektor strokiometri disusun menjadi matrik 8 x 3

2-00

023/244-3-

1-10

001

100

01-0

001

Penentuan TTSL dengan aturan umum dilakukan dengan: mencari satu baris

(komponen) yang memiliki satu harga parameter yang bukan nol pada kolom (reaksi) yang

berbeda. Walaupun demikian tidak selalu didapatkan baris yang langsung memenuhi kriteria

di atas. Kalau bentuk susunan tidak seperti diatas, maka perlu dibuat susunan baru sehingga

diperoleh R (banyaknya jumlah reaksi) baris pertama mengandung koefisien yang bukan nol

dalam satu diagonal.

Tahapan operasi dalam membuat susunan baru:

a. Perkalian satu kolom susunan dengan suatu konstantab. Mempertukarkan letak baris susunanc. Mempertukarkan letak kolom susunand. Menambahkan satu kolom dengan kolom lainnya.

Prosedur reduksi susunan dapat dijelaskan sebagai berikut:

Tahap A.

Tinjau kolom pertama, bagi setiap elemen kolom tersebut dengan elemen paling atas.

Tahap B.

Tambahkan hasil perkalian kolom pertama dengan konstanta pengali yang sesuai, dengan

masing-masing kolom lainnya sehingga elemen paling atas pada masing-masing kolom

menjadi nol.


27/30

Untuk tahap berikutnya, urutan tahapan diulangi, yaitu untuk kolom j.

Tahap A.

Tinjau kolom ke j, bagi setiap elemen dalam kolom j dengan elemen ke j dalam kolom

tersebut. Jika elemen ke j dalam kolom tersebut sama dengan nol, lanjutkan ke tahap C.

Tahap B.

Tambahkan hasil perkalian kolom ke j dengan masing-masing kolom lainnya sehingga

elemen ke j dalam masing-masing kolom sama dengan nol. Setelah tahap ini selesai, untuk j

= j+1 ulangi tahap A.

Tahap C.

Bila elemen ke j dalam kolom ke j sama dengan nol, pertukarkan baris j dengan baris

dibawah j yang tidak berharga nol ke posisi ke j. Kembali ke tahap A. Bila tidak ada baris,

dibawah baris ke j yang memiliki elemen bukan nol dalam kolom j, pertukarkan kelom j

dengan kolom lain disebelah kanan kolom j. Kembali ke tahap A.

Prosedur reduksi selesai apabila seluruh kolom telah tereduksi, atau bilamana semua

kolom yang tersisa sama dengan nol. Kolom yang bukan nol pada susunan yang dihasilkan

(misalkan R) akan TTSL karena kolom ke j mengandung elemen dengan harga 1 pada posisi

ke j dan nol pada sisa R-1 elemen sisanya.

Jika himpunan yang direduksi hanya memiliki R kolom yang TTSL (sisa R-R kolom

sama dengan nol), himpunan semula koefisien stokiometri hanya mempunyai R dalam

kolom yang TTSL. Himpunan tertentu Rreaksi TTSL dapat ditentukan dengan mengambil

kolom yang bukan nol dari susunan yang direduksi.

Contoh 3.21

Produksi gas CO2 dibuat dengan mereaksikan uap air dengan gas metana.

CH4 + CO2 2CO + 2H2

CO + H2O CO2 + H2

CH4 + H2O CO + 3 H2

CH4 + 2H2O CO2 + 4H2

Gas yang disintesa digunakan untuk menghasilkan metanol dengan reaksi:

CO + 2 H2 CH3OH

Untuk meminimumkan reaksi samping melalui alur di atas, gas sintesa diharapkan memiliki

sedikit kelebihan H2. Oleh sebab itu reformer dioperasikan dengan :

- komposisi gas umpan: 50% CH4, 35% H2O dan 15% CO2- Produks gas sintesa dengan H2 :CO = 2.2 : 1


28/30

- Konversi gas metan 80%Hitung komposisi dari gas sintesa.

Penyelesaian:

Disusun rangakaian reaksi dengan koefisien stokiometri diperoleh:

Komponen Reaksi 1 Reaksi 2 Reaksi 3 Reaksi 4

CH4

CO2

CO

H2O

H2

-1

-1

2

0

2

0

1

-1

-1

1

-1

0

1

-1

3

-1

1

0

-2

4

Tahap A: Bagikan elemen pada kolom pertama dengan elemen paling atas (-1)

Tahap B: Kalikan kolom pertama yang baru dengan -1, kemudian tambahkan

kolom yang baru tersebut dengan kolom 3 dan 4. (ingat kolom 2 sudah

mempunyai elemen paling atas nol)

Hasilnya adalah:

2112

2-1-1-0

1-1-1-2

2111

0001

Lanjutkan reduksi pada kolom 2

Tahap A: Kolom ke dua tak berubah (elemen paling atas sudah nol)

Tahap B: Tujuan membuat nol elemen baris kedua pada kolom 3. Kalikan kolom dua

dengan +1 kemudian masing-masing elemen tambahkan pada kolom 3.

Kalikan kolom ke dua dengan -2 dan tambahkan dengan kolom ke empat.Kalikan kolom kedua dengan -1 dan tambahkan ke kolom pertama.

CH4 50%

H2O 35

CO2 15

CH4

H2O

CO2

CO

H2


29/30

Hasil operasi tersebut adalah:

0013

001-1

001-1

0010

0001

2

2

2

4

H

OH

CO

CO

CH

Kolom 3 dan 4 sudah nol sehingga reduksi telah selesai. Kolom yang TTSL adalam kolom 1

dan 2, berarti dari himpunan reaksi hanya 2 reaksi yang TTSL.

Dari kolom 1 dan 2 diperoleh reaksi yang TTSL:

CO + 3 H2 CH4 + H2O

CO + H2O CO2 + H2

Dengan telah diketahui reaksi TTSL, maka dapat dibuat tabel analisa derajat kebebasan.

Variabel 8(komponen) + 2(reaksi TTSL) = 10

Pers. Neraca 5

Variabel terspesifikasi

-komposisi : 2

-konversi : 1

- H2:CO : 1

Total 9

Derajat kebebasan 1

Pilih basis perhitungan sehingga diperoleh derjat kebebasan = 0

Pilih basis : 100 mol/jam CO produk.

Dari perbandingan H2:CO= 2,2 , diperoleh: NkeluarH2 = 220

Dari koefisien stokiometri diperoleh persamaan neraca komponen:

CH4 NkeluarCH4 = 0,5 Nmasuk + r1

H2O NkeluarH2O = 0,35 Nmasuk + r1r2

CO2 NkeluarCO2 = 0,15 Nmasuk + r2

CO 100 = 0 - r1r2

H2 220 = 0 -3r1 + r2

Dari hubungan konversi diperoleh:

NkeluarCH4 = NmasukCH4(1XCH4) = 0,5Nmasuk(10,8) = 0,1 Nmasuk

Tambahkan neraca CO dan H2 diperoleh:r1 = 320/-4 = -80 mol/jam


30/30

Subsitusi kembali ke salah satu neraca CO atau H2 diperoleh

r2 = -20 mol/jam

Dari neraca CH4 dan hubungan koversi diperoleh:

Nmasuk = 200 mol/jam

Jadi alur keluar terdiri dari:

(NkeluarCH4, NkeluarH2O, NkeluarCO2, NkeluarCO, NkeluarH2) = (20, 10, 10, 100, 220)

mol/jam dan komposisinya masing-masing (0,0556; 0,0278; 0,0278; 0,2778; 0,6111)

Azas Teknik Kimi1

Documents

Transcript of Azas Teknik Kimi1