Reaktor Reaktor Ideal1

20
Reaktor batch (Batch Reactor) Dalam TRK 1 akan dibahas reaktor batch untuk reaksi homogen Dalam BR pereaksi-pereaksi dimasukkan ke dalam sebuah tangki yang dilengkapi dengan pengaduk, dibiarkan dalam satu periode tertentu sehingga terjadi reaksi yang dikehendaki, kemudian hasil-hasil yang didapat dikeluarkan. Reaktor batch beroperasi secara unsteady karena komposisi berubah sebagai fungsi waktu. Dalam industri, BR biasanya digunakan untuk fase larutan, jarang untuk fase gas, karena dengan adanya pengaduk resiko kebocoran cukup tinggi Reaktor disebut ideal jika pada setiap posisi di dalam reaktor pada suatu saat tertentu komposisinya uniform/seragam REAKTOR-REAKTOR IDEAL UNTUK REAKSI TUNGGAL

description

zas

Transcript of Reaktor Reaktor Ideal1

Page 1: Reaktor Reaktor Ideal1

Reaktor batch (Batch Reactor)

Dalam TRK 1 akan dibahas reaktor batch untuk reaksi homogenDalam BR pereaksi-pereaksi dimasukkan ke dalam sebuah tangki yang dilengkapi dengan pengaduk, dibiarkan dalam satu periode tertentu sehingga terjadi reaksi yang dikehendaki, kemudian hasil-hasil yang didapat dikeluarkan.Reaktor batch beroperasi secara unsteady karena komposisi berubah sebagai fungsi waktu.Dalam industri, BR biasanya digunakan untuk fase larutan, jarang untuk fase gas, karena dengan adanya pengaduk resiko kebocoran cukup tinggi Reaktor disebut ideal jika pada setiap posisi di dalam reaktor pada suatu saat tertentu komposisinya uniform/seragam

REAKTOR-REAKTOR IDEAL UNTUK REAKSI TUNGGAL

Page 2: Reaktor Reaktor Ideal1
Page 3: Reaktor Reaktor Ideal1

BR idealDalam reaktor batch tidak ada fluida yang masuk ke

ataupun yang keluar dari reaktor, maka neraca massa untuk komponen A dapat dituliskan :

Input = output + disappearance +accumulation

Atau secara matematis dapat dinyatakan sebagai:

Kecepatan berkurangnya zat A sesuai dengan reaksi yang terjadi = - kecepatan akumulasi A di dalam reaktor

Page 4: Reaktor Reaktor Ideal1

Berkurangnya zat A sesuai dengan reaksi yang terjadi = (-rA)V= (mole A bereaksi per satuan waktu per satuan volume fluida) x volume fluida ---- satuannya menjadi mole/waktuAkumulasi A di dalam reaktor =

dtAXd

ANdt

AXANd

dtANd

0 )]1(0[

......4) t

AC

ACArAdC

ArAdXAX

ACVArAdXAX

ANt

0)(

00)3......

)(0

0

Pers 2) dan pers 3) berlaku untuk sistem dengan densitas konstan, jika selama reaksi terjadi perubahan densitas, maka persamaan menjadi

)1)((0

0)1(0)(0

0 AXArAdXAX

ACAXVAr

AdXAX

ANt

………….5)

………….2)

Jika pers 2) diintegralkan, t (waktu reaksi) dapat dinyatakan sebagai

Page 5: Reaktor Reaktor Ideal1

Persamaan-persamaan di atas berlaku untuk proses isotermal ataupun nonisotermal dan bila digambarkan kurvanya adalah sebagai berikut :

Page 6: Reaktor Reaktor Ideal1

Jika waktu reaksi digunakan untuk mengukur kinerja sebuah reaktor batch, maka untuk reaktor-reaktor alir performance diukur dengan space time atau space velocity

Space time : waktu yang diperlukan untuk mengumpankan sejumlah tertentu zat/pereaksi pada suatu kondisi tertentu ke dalam reaktor sehingga proses reaksi dapat berjalan , satuannya :------ [waktu]

= 1/s Space velocity : jumlah reaktor dengan volume tertentu per satuan waktu yang dapat menerima umpan pada kondisi tertentu sehingga reaksi dapat berlangsung, satuannya : ------[waktu -1]

s = 1/

Space time dan space velocity

Page 7: Reaktor Reaktor Ideal1

Hubungan s, , dengan beberapa variabel lain yang terkait

=

reaktor] [Volume

waktumasuk A moleumpan volume

masuk A yangmole

0AF

V0AC

s

1

volumetrik kecepatanreaktor volume

0vV

Page 8: Reaktor Reaktor Ideal1

Steady State Mixed Flow Reactor (RTB)

CA0

FA0

XA0 = 0v0

V, XA, CA, (-rA)

CAf = CA

FA

XAf = XA

Vf

(-rA)f = (-rA)

Page 9: Reaktor Reaktor Ideal1

Perhitungan seharusnya didasarkan pada tinjauan elemen volume tertentu, tetapi karena komposisi di dalam reaktor dapat dianggap uniform pada setiap titik dan setiap waktu, maka neraca massa secara keseluruhan dapat diberlakukan, sehingga untuk komponen A dapat dituliskan:

Input = output + disappearance by reaction + accumulation ------ 6)

Input A = A yang masuk (mole/waktu) = FA0 (1 - XA0) = FA0

Output A = A yang keluar (mole/waktu) = FA = FA0 (1 - XA)

Sedangkan disappearance of A = (-rA) V

Sehingga pers 6) dapat dituliskan : FA0 (XA) = (-rA) V

Dan untuk A 0, berlaku :

Page 10: Reaktor Reaktor Ideal1

secara umum/general case/ untuk setiap ε dapat dituliskan :

ArAX

ArAΔX

A0Cτ

A0FV

= reaktor] [Volume

waktumasuk A moleumpan volume

masuk A yangmole

0AF

V0AC

s1

= volumetrik kecepatan

reaktor volume

0v

V =

ArAXA0C

fAriAXfAX

ArAX

A0C

A0F

V)()(

f

………11)

………7)

………8)

………9)

=

0AF

V0AC

0V

V

s

1

fAriAXfA(X0AC

)(

)

………10)

Page 11: Reaktor Reaktor Ideal1

=

dan untuk A = 0,

)( Ar0AC

AC0AC

ArAX

A0F

V

)( Ar

AC0AC

Ar

AX0AC

s1

Berdasarkan persamaan tersebut di atas kinerja RTB dapat dilukiskan sebagai berikut :

………..12)

………..13)

Page 12: Reaktor Reaktor Ideal1

k = A

AC0AC

C

….……..14)

Untuk reaksi order 1 dan A = 0, maka :

sedangkan untuk sembarang nilai A,

V = V0(1+A) dan )Aε (1

AX1

A0CAC

….……..15)

k =

AX1

)Aε (1 A

X

untuk reaksi order 2 dan A = 0,

2AC

AC0AC

….……..18)

atau CA =

k2

A0Ck411

….……..17)k =

….……..16)

Page 13: Reaktor Reaktor Ideal1

Steady state plug flow reactor

Di dalam plug flow reactor komposisi dari fluida berubah dari titik ke titik sepanjang aliran. Persamaan NM untuk komp A disusun berdasarkan :

A yang masuk : FA mole/waktu

A yang keluar : FA + dFA mole/waktu

A yang berkurang krn bereaksi : (-rA)dV

elemen volfluida) l(waktu)(vo

bereaksi A mol

Page 14: Reaktor Reaktor Ideal1
Page 15: Reaktor Reaktor Ideal1

……..17)

fAX

0 ArAdX

0AC0AF0AVC

0v

fAX

0 ArAdX

0AC0AF

V

fAX

0 ArAdX

V

0 0AF

dV

Persamaan 17 dapat digunakan untuk menghitung volume reaktor untuk kecepatan umpan tertentu dan konversi tertentu yang ingin dicapai

Page 16: Reaktor Reaktor Ideal1

fAX

iAX ArAdX

0AC fAX

iAX ArAdX

0AF

V

Persamaan 17 dapat digunakan pula untuk menghitung volume plug flow reactor dan space time nya dengan konversi tertentu ( yang ≠ 0) pada posisi umpan

…..18)

Pada keadaan khusus yaitu untuk sistem dengan densitas konstan

0ACAdC

AdX dan 0AC

AC1AX

Page 17: Reaktor Reaktor Ideal1

fAC

0AC ArAdCfAX

0 ArAdX

0AC0AF0AVC

0v

V

fAC

0AC ArAdC

0AC

1fAX

0 ArAdX

0AC0AF

V

Persamaan 19) berikut menunjukkan kinerja PFR untuk A = 0

Dalam bentuk grafik dapat digambarkan sebagai berikut :

Page 18: Reaktor Reaktor Ideal1
Page 19: Reaktor Reaktor Ideal1

Untuk reaksi-reaksi sederhana dan homogen dengan sembarang nilai εA :

.......23)AX1

AX2)Aε(1AX2Aε )AX-(1 ln )Aε(1Aε 2kτA0C

hasil2A reaksi atau equimolar yang umpan dengan

hasilBA:balikbolak tidak 2 orde reaksi d)untuk

2).........2AXAε)AeXAX

)ln(1AeXAε1(-rM

XAeM1k

Ae Xankeseimbang konversi dengan dan RC2kAC1kAr: reaksinya kinetika persamaan

M,A0C

R0C dengan rR,A :balikbolak 1 orde aksi c)

21)..........AXAε)AX)ln(1Aε(1k

hasil Abalikbolak tidak 1 order Reaksi b)

.....20)..........A X0AC0AF

V0AkCk 0 orde Reaksi a)

Re

Page 20: Reaktor Reaktor Ideal1

Catatan :

untuk sistem dengan densitas konstan persamaan kinerja untuk PFR analog dengan persamaan kinerja reaktor batch, karena (space time) pada PFR = t (waktu tinggal) pada reaktor batch

Tabel 5.1 pers kinerja PFR dan MFR untuk reaksi orde n dan densitas konstan (εA = 0)

Tabel 5.2 pers kinerja PFR dan MFR untuk reaksi orde n dan densitas εA ≠ 0