BAB II

42

41

BAB IIREAKTOR GANDA2.1. Tujuan Percobaan Membuat neraca massa Menghitung konversi reaksi2.2. Tinjauan PustakaMengubah bahan baku menjadi produk yang lebih bernilai sintesis kimia banyak dilakukan di industri kimia. Seperti bahan baku asam sulfat, ammonia, etilen, propilena, asam fosfat, klorin, asam nitrat, urea, benzene, methanol, etanol, dan etilen glikol di olah menjadi serat/benang, cat, deterjen, plastic, karet, kertas, pupuk, inteksida, dll. Yang dirancang dan di oprasikan oleh reaktor kimia.[2]Ada tiga tipe utama yang digunakan dalam pengoprasian reactor yaitu:A. Reaktor batch1. Reaktor batch adalah tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal yaitu reaksi yang berlangsung hanya dengan satu persamaan laju reaksi yang berpasangan dengan persamaan kesetimbangan dan stokiometri.[3]Reactor batch ada 2 jenis yaitu: Reactor batch volume konstan yang berupa liquid Reactor batch yang berupa gasContoh gambar reactor batch

B. Reactor tangki berpengadukYaitu satu atau lebih reaktan masuk ke dalam suatu bejana berpengaduk dan bersamaan dengan itu jumlah produk yang sama dikeluarkan dari reactor

C. Reaktor alir pipaYaitu, satu atau lebih reaktan dipompake dalam suatupipa.Biasanya reaksi yang menggunakan Reaktor alir pipa adalah reaksifasegas.

V2O3Kecepatan dan konversi keseeimbangan reaksi kimia tergantung pada temperature, tekanan, dan komposisi reaktan.Misal oksidasi SO2 menjadi SO3.

300 0C2 SO2(g) + O2(g)2 SO3(g)Kecepatan reaksi bertambah dengan naiknya temperatur. Konversi keseimbangan SO3 turun dengan naiknya temperatur, yaitu dari 90 % pada 520 0C menjadi 50% pada 6800C. konversi keseimbangan menyatakan konversi maksimum yang dapat dicapai (dengan atau tanpa katalis). Keseimbangan dan kecepatan reaksi harus diperhatikan ketika kita memanfaatkan reaksi kimia untuk tujuan komersial.Meskipun kecepatan reaksi tidak berkaitan dengan termodinamika, tetapi konversi keseimbangan berkaitan.Kebanyakan reaksi di industry tidak dilangsungkan sampai tercapai keseimbangan, biasanya reactor dirancang terutama berdasarkan kecepatan reaksi.Meskipun demikian pemilihan kondisi operasi di pengaruhi oleh keseimbangan.Reaksi secara umum: [V1]A1 + [V2]A2 +.V1 adalah koefisien stoikiometri reaksi Konvensi tanda untuk i : Positif (+) untuk produk Negatif () untuk reaktan.[2]2. Perubahan konsentrasi A setelah berlangsung selama (t):[1]CACA = CAO (1XA) Waktu tinggalWaktu tinggal merupakan waktu yang diperlukan bahan baku untuk bereaksi di dalam reaktor pada kondisi tertentu. Waktu tinggal berbanding terbalik dengan laju reaksi, dimana semakin kecil waktu tinggal maka laju alir reaksi akan semakin besar. Hal ini sesuai dengan persamaan :

Volum (V)Volume berbanding terbalik dengan laju reaksi dimana semakin kecil volume maka laju alir reaksi akan semakin besar. Hal ini sesuai dengan persamaan :[4]

Aplikasi kriteria keseimbangan pada reaksi kimiaEnergi Gibbs total dari suatu system tertutup pada T dan P konstan akan berkurang selama proses irreversible dan kondisi keseimbangan akan dicapai jika Gt mencapai nilai minimum.Pada kondisi keseimbangan:(dGt)T,P = 0Jadi jka suatau campuran kimia tidak berasa pada keseimbangan kimia, maka reaksi kimia yang terjadi pada T dan P konstan akan menurunkan energi Gibbs total dari system.[1]Berikut ini akan dibahas neraca massa, dimana reaksi terjadi di dalam sistem yang ditinjau. Dalam reaksi kimia, stoikiometri reaksi kimia harus diperhatikan.Contoh suatu persamaan reaksi :a A + b B c C + d D Reaksi di atas mempunyai arti: 1. Kualitatif, yaitu bahan apa yang direaksikan dan yang dihasilkan. Bahan A dan B merupakan reaktan atau pereaksi.Bahan C dan D merupakan produk atau hasil reaksi.2. Kuantitatif, yaitu perbandingan mol-mol sebelum dan sesudah reaksi. Jika 1 mol A bereaksi maka (b/a) mol B yang bereaksi.Di dalam praktek, jarang terdapat peristiwa dimana reaksi berjalan secara stoikiometri tepat.Biasanya, salah satu reaktan berada dalam jumlah yang berlebihan, sehingga reaksi tidak bisa berjalan stoikiometris.Pada akhir reaksi masih ada sisa-sisa jenuh reaktan. Dalam perhitungan kuantitatif sistem reaksi yang demikian, perlu diketahui beberapa istilah seperti di bawah ini :Dalam perhitungan kuantitatif sistem reaksi yang demikian, perlu diketahui beberapa istilah seperti di bawah ini :1. limiting reactant (reaktan pembatas) Reaktan yang jumlah molnya paling sedikit bila ditinjau dari segi stoikiometri. Atau reaktan yang akan habis terlebih dulu dibanding reaktan lainnya. 2. Excess reactant (zat reaktan yang berlebihan). 3. Percent excess of reactant = persen kelebihan reaktan yang berlebih.%excessJumlah mol kelebihannya = (mol umpan ) (mol kebutuhan teoritisnya). Teoritis merupakan kondisi jika limiting reactant habis bereaksi.4. Konversi.

nilai konversi = 0 sampai dengan 100%( =1,00).[5]

2.3. Variabel PercobaanA. Variable Tetap Volume NaOH: 1500 mL Volume H2SO4: 800 mLB. Variable Berubah Konsentrasi H2SO4: 0,4 N dan 0,5 N Waktu tinggal: 0; 5; 10; 15 menit Bukaan valve: 450 dan 6002.4. Bahan-bahan yang digunakan:Aquadest (H2O)Asam oksalat (H2C2O4.2H2O)Asam sulfat (H2SO4)Indicator fenolftalein (C20H14O4)Natrium hidroksida (NaOH)Alat dan BahanA. Alat-alat yang digunakan: Batang pengaduk Beakerglass Buret Busur Corong kaca Erlemeyer Gelas arloji Gelas ukur Karet penghisap Neraca analitik Pipet tetes Pipet volume Seperangkat reactor Stopwatch Thermometer

2.5. Prosedur PercobaanA. Kalibrasi laju alir volumetric air pendingin Mengisi tangki air penampung dengan air pendingin Membukaglobe valve air pendingin pada reaktor 1 dengan bukaan valve, bukaan valve 450 dan 600 menghitung waktu untuk 250 mL air yang keluar.B. Persiapan bahan Membuat larutan asam oksalat 0,2 N sebanyak 250 mL Membuat larutan NaOH 0,2 N sebanyak 1500 mL Menstandarisasi larutan NaOH dengan menggunakan larutan asam oksalat Membuat larutan asam sulfat 0,4 N dan 0,5 N sebanyak 800 mL.C. Percobaan Mengatur bukaan valve pada 450 pada keluaran tangki NaOH, H2SO4, reaktor 1 dan 2 Memasukkan larutan NaOH sebanyak 1500 mL kedalam tangki NaOH dan biarkan mengallir secara kontinyu kedalam reaktor 1 Menyalakan motor pengaduk pada reaktor 1 Memasukkan larutan asam sulfat sebanyak 400 mL ke dalam tangki penampung dan mengalirkan larutan secara kontinyu dan menyalakan stopwatch Setiap 0;5;10 dan 15 menit, mencatat temperatur pada reaktor, temperatur pada air pendingin masuk dan keluar, dan mengambil hasil reaksi pada keluaran reaktor 1 lalu melakukan titrasi dengan 10 mL asam oksalat sebanyak 3 kali Mengambil hasil reaksi keluaran reaktor 2 setelah 15 menit reaksi dan melakukan titrasi sebanyak 10 mL asam oksalat. Mengulangi langkah-;angkah tersebut sesuai dengan run yang diminta.

2.6. Gambar Peralatan

Gambar 2.1.instrument reaktor gandaKeterangan gambar:1. Tangki air pendingin2. Tangki H2SO43. Tangki NaOH4. Tangki overflow5. Reaktor I6. Reaktor II7. Pompa8. Valve pengeluaran air pendingin9. Valve air pendingin10. Valve produk11. Valve tangki feed NaOH12. Valve tangki feed H2SO413. Tombol dynamo/motor penggerak14. Tombol pompa recycle air pendingin15. Valve coil pendingin16. Coil pendingin17. Pengaduk18. Motor penggerak19. Valve pengeluaran tangki overflow2.7. Data Pengamatan2.7.1. Data kalibrasi laju alir volumetric air pendinginBukaan valveVolume (mL)Waktu (s)Laju alir (mL/s)

45025013,46,2344

13,3

13,4

600250117,7882

10,5

10,6

2.7.2. Data standarisasi NaOH 0,2 N dengan asam oksalat 0,2 NNoVolume asam oksalat (mL)Volume titrasi NaOH (mL)

11011,6

21011,2

31011,5

Rata-rata11.43

2.7.3. Data hasil pengamatan suhu reaktor bukaan valve 450Konsentrasi H2SO4 (N)Waktu (menit)Suhu air masuk (0C)Suhu air keluar (0C)

0,402527

52526

102527

152527

0,502526

52526

102526

152527

2.7.4. Data hasil pengamatan standarisasi NaOH awal dan produk bukaan Valve 450Konsentrasi H2SO4Standarisasi produk (mL)

Reaktor IReaktor II

05101515

0,41522282932

132025,527,534,5

0,51724313942.5

16.52330,537,741,8

2.7.5. Data hasil pengamatan suhu reaktor bukaan valve 600Konsentrasi H2SO4 (N)Waktu (menit)Suhu air masuk (0C)Suhu air keluar (0C)

0,402526.5

52526

102527

152526

0,502526.5

52527

102527

152526

2.7.6. Data hasil pengamatan standarisasi NaOH awal dan produk bukaan valve 600Konsentrasi H2SO4Standarisasi produk (mL)

Reaktor IReaktor II

05101515

0,417232728.531

1521262733.5

0,51823313841

172430,536,540,9

2.7.7. Hasil perhitungan neraca massa reaktor I dengan konsentrasi H2SO4 0,4 N untuk bukaan valve 45 dengan waktu 5-15 menit Untuk waktu 5 menitKomponenMassa masuk (gram)Massa keluar (gram)

H2SO415.765618.9457

NaOH10.452013.0480

Na2SO4-4.6080

H202274.44972273.2815

Total2300.66722300.6672

Untuk waktu 10 menitKomponenMassa masuk (gram)Massa keluar (gram)

H2SO415.765624.4639

NaOH10.452017.5527

Na2SO4-12.6038

H202274.44972271.2544

Total2300.66722300.6672


H2SO415.765622.1765

NaOH10.452015.6854

Na2SO4-9.2893

H202274.44972272.0946

Total2300.66722300.6672


H2SO419.707118.6777

NaOH10.45209.6117

Na2SO4-1.4916

H202272.31372272.6919

Total2302.47292302.4729


H2SO419.707126.1181

NaOH10.452015.6854

Na2SO4-9.2893

H202272.31372269.9587

Total2302.47292302.4729


H2SO419.707121.5878

NaOH10.452011.9872

Na2SO4-2.7250

H202272.31372271.6229

Total2302.47292302.4729

2.7.9. Hasil perhitungan nerca massa pad reactor I dengan konsentrasi H2SO4 0,5 N pada bukaan valve 45 0CKomponenMassa masuk (gram)Massa keluar (gram)

H2SO49.911412.3106

NaOH5.67317.6316

Na2SO48.48265.0062

H202276.60022275.7189

Total2300.66722300.6672

2.7.10. Hasil perhitungan nerca massa pad reactor I dengan konsentrasi H2SO4 0,4 N pada bukaan valve 45 0CKomponenMassa masuk (gram)Massa keluar (gram)

H2SO426.118121.5878

NaOH15.685411.9872

Na2SO49.28932.7250

H202269.95872271.6229

Total2301.40292301.4029


H2SO47.84012.9619

NaOH10.49400.0000

Na2SO4-18.5523

H201879.86301884.5664

Total1906.08051906.0805


H2SO47.840124.4639

NaOH10.494017.5527

Na2SO4-12.6038

H201879.86301876.6676

Total1906.08051906.0805


H2SO47.840122.1765

NaOH10.494015.6854

Na2SO4-9.2893

H201879.86301877.5079

Total1906.08051906.0805


H2SO49.80006.9034

NaOH10.49400.0000

Na2SO4-18.5523

H201878.80091883.5043

Total1908.96001908.9600


H2SO49.800026.1181

NaOH10.494015.6854

Na2SO4-9.2893

H201878.80091876.4459

Total1908.96001908.9600


H2SO49.800021.5878

NaOH10.494011.9872

Na2SO4-2.7250

H201878.80091878.1101

Total1908.96001908.9600

2.7.13. Hasil perhitungan neraca massa reactor II dengan konsentrasi H2SO4 0,4 N pada bukaan valve 45 0CKomponenMassa masuk (gram)Massa keluar (gram)

H2SO412.433610.2021

NaOH6.25604.4344

Na2SO44.82808.0613

H202277.13342277.9532

Total2300.65102300.6510


H2SO413.197015.4510

NaOH3.66165.5016

Na2SO49.43316.1671

H201880.04711879.2191

Total1906.33881906.3388


H2SO410.202112.4336

NaOH4.43446.2560

Na2SO48.06134.8280

H201880.76141879.9417

Total1903.45931903.4593


H2SO413.197015.4510

NaOH3.66165.5016

Na2SO49.43316.1671

H202273.51842272.6904

Total2299.81012299.8101

2.8. GrafikA. Grafik Hubungan antara konversi dan waktu pengambilan sampel untuk konsentrasi H2SO4 0,4 N dan 0,5 N pada bukaan valve 45B. Grafik Hubungan antara konversi dan waktu pengambilan sampel untuk konsentrasi H2SO4 0,4 N dan 0,5 N pada bukaan valve 60

2.9. PembahasanA. Secara teori:Input = output + hilang karena reaksi + akumulasi1. Pada hasil percobaan yang telah dilakukan, dilihat dari hasil perhitungan neraca massa pada Bukaan valve 450 yaitu: Dilihat dari table 2.7.7. Pada konsentrasi H2SO4 0,4 N untuk waktu reaksi mulai dari 5-15 menit diperoleh massa input sama dengan massa output yaitu 2300.6672gram Dan dilihat dari table 2.7.8. Pada konsentrasi H2SO4 0,5 N untuk waktu reaksi mulai dari 5-15 menit diperoleh massa input sama dengan massa output yaitu 2272.6919gram2. Pada hasil percobaan yang telah dilakukan, dilihat dari hasil perhitungan neraca massa pada Bukaan valve 600 yaitu: Dilihat dari table 2.7.9. Pada konsentrasi H2SO4 0,4 N untuk waktu reaksi mulai dari 5-15 menit diperoleh massa input sama dengan massa output yaitu 1906.0805gram sedangkan input 1898.1971 gram. Dan dilihat dari table 2.7.10. Pada konsentrasi H2SO4 0,5 N untuk waktu reaksi mulai dari 5-15 menit diperoleh massa input sama dengan massa output yaitu 1908.9600 gram sedangkan input 1899.0949 gramHal ini tidak sama dengan teori karena kerja alat yang kurang maksimal, karena pada waktu percobaan bukaan valve 600 alat mengalami kerusakan yaitu karet pada motor penggerak putus.B. Secara teori semakin besar konsentrasi reaktan maka nilai konversi reaksi yang dihasilkan akan semakin besar. Dengan hasil perhitungan sebagai berikut: Pada bukaan valve 4501. Untuk konsentrasi H2SO4 0,4 N pada reaktor I diperoleh: waktu 0 menit konversi sebesar 18,2% waktu 5 menit konversi sebesar 20,5% waktu 10 menit konversi sebesar 22.34% waktu 15 menit konversi sebesar 30,5%sedangkan pada reactor II didapatkan konversi 18%2. Untuk konsentrasi H2SO4 0,5 N pada reaktor I diperoleh: waktu 0 menit konversi sebesar 37,8% waktu 5 menit konversi sebesar 71% waktu 10 menit konversi sebesar 86,9% waktu 15 menit konversi sebesar 97,3% sedangkan pada reaktor II didapatkan konversi reaksi sebesar 13,45%C. Secara teori hubungan antara konsentrasi H2SO4 dengan konversi adalah semakin besar konsentrasi asamsulfat (H2SO4), maka konversi semakin besar. Hal ini ditunjukkan pada persamaan :

Dimana :CAo = Konsentrasi zat yang masuk (mol bahan yang masuk/volume feed)CA = Konsentrasi zatXA = Konversi reaksi2.10. Kesimpulan Dari data yang diperoleh dalam suatu percobaan massa yang masuk dalam reactor sama dengan massa yang keluar pada bukaan valve 450, sedangkan pada bukaan valve 600 massa yang masuk ke dalam reactor tidak sama dengan massa yang keluar dari reactor Semakin besar konsentrasi reaktan yang bereaksi maka konversi yang dihasilkan semakin besar.

26

BAB II

Documents

Transcript of BAB II