Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1

7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1

http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 1/32

LAPORAN TUGAS BESAR

MATA KULIAH MODEL DAN KOMPUTASI PROSES

Perancangan dan Simulasi Reaktor CSTR Non Adiabatis Untuk

Reaksi Dehidrogenasi Isopropanol Menjadi Aseton Menggunakan

Program Scilab 5.1.1.

Disusun oleh :

1. Annizah Rahmatya Gerhana NIM 2103013120076

2. Bastian Widodo NIM 2103013120083

JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG2015



Reaktor CSTR

ModeldanKomputasiProses ii

HALAMAN PENGESAHAN

LAPORANTUGAS BESAR MATA KULIAH MODEL DAN

KOMPUTASI PROSES

Judul :Perancangan dan Simulasi Reaktor CSTR Non Adiabatis Untuk Reaksi

Dehidrogenasi Isopropanol Menjadi Aseton Menggunakan Program Scilab

5.1.1.

Nama/NIM : Annizah Rahmatya Gerhana /21030113120076

Nama/NIM : Bastian Widodo /21030113120083

Semarang, 18 Desember 2015

Telah Menyetujui

Asisten Pengampu

Cynthia Santoso

NIM. 21030112130134



Reaktor CSTR

ModeldanKomputasiProses iii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa berkat rahmat dan

hidayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan Tugas Besar Mata Kuliah Model

dan Komputasi Proses dengan judul “Perancangan Dan Simulasi Reaktor CSTR Non

Adiabatis Untuk Reaksi Dehidrogenasi Isopropanol Menjadi Aseton Menggunakan Program

Scilab 5.1.1.”.

Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, maka

laporan ini tidak akanterselesaikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis

mengucapkan terimakasih kepada :

1. BapakDr. Ir. Setia Budi Sasongko dan Luqman Buchori, S.T., M.T. selaku dosen

mata kuliah Model dan Komputasi Proses.

2. M. Barin Elyasa selaku koordinator asisten Laboratorium Komputasi Proses.

3. Cynthia Santoso selaku asisten pembimbing.

4. Segenap teman-teman yang telah memberikan dukungan baik materil maupun

spiritual.

Penulis berharap laporanini dapat bermanfaat dan menambah wawasan bagi segenap

pembaca umumnya.Penulis menyadari bahwa laporanini masih jauh dari sempurna, olehkarena itu kritik dan saran dari berbagai pihak sangat diharapkan untuk menuju

kesempurnaan laporanini.

Semarang, November 2015

Penulis



Reaktor CSTR

ModeldanKomputasiProses iv

DAFTAR ISI

HALAMANJUDUL ………………….……………………………………………………...i

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR ............................................................................................................. iii

DAFTAR ISI ............................................................................................................................ iv

DAFTAR TABEL ..................................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... vi

INTISARI ................................................................................................................................ vii

BAB IPENDAHULUAN .......................................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang .................................................................................................................. 11.2 Rumusan Masalah ............................................................................................................. 2

1.3 Tujuan ............................................................................................................................... 2

1.4 Manfaat ............................................................................................................................. 2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................. 3

2.1 Dasar Teori........................................................................................................................ 3

2.2. Studi Kasus Pembuatan Aseton dari Dehidrogenasi Isopropanol.................................... 6

BAB III METODE PENYELESAIAN ................................................................................. 11

3.1 Permodelan ..................................................................................................................... 11

3.2 Algoritma Penyelesaian .................................................................................................. 12

3.3 Logika Pemrograman ...................................................................................................... 16

3.4 Bahasa Pemrograman...................................................................................................... 17

BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISA ...................................................................... 19

4.1Hasil Simulasi .................................................................................................................. 19

4.2Analisa Hasil .................................................................................................................... 21

BAB V PENUTUP .................................................................................................................. 245.1Kesimpulan ...................................................................................................................... 24

5.2Saran ................................................................................................................................ 24

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 25



Reaktor CSTR

ModeldanKomputasiProses v

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Persamaan stoikiometri ........................................................................................... 13



Reaktor CSTR

ModeldanKomputasiProses vi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Tiga jenis reaktor ideal: (a) reaktor BR, (b) reaktor PFR, (c) reaktor CSTR 6

Gambar 3. 1 Pemodelan reactor CSTR dengan jaket pendingin 11

Gambar 3. 2 Logika pemograman..........................................................................................16

Gambar 4. 1 Deklarasi console scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan volume 19

Gambar 4. 2 Deklarasi console Scilab 5.1.1 grafik hubungan konversi dengan volume.......19

Gambar 4. 3 Deklarasi console Scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan suhu......................20

Gambar 4. 4 Deklarasi Console Scilab Grafik Hubungan Konversi dengan Suhu................20

http://c/Users/NOTEBOOK/Downloads/Bluetooth/KOMPROS%20ACC%20YEAY-2.docx%23_Toc437698546














Reaktor CSTR

ModeldanKomputasiProses vii

INTISARI

Dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi

kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di

teknik kimia. Sarjana teknik kimia diharapkan memiliki kualitas dalam konsepsi dan perancangan proses kimia untuk tujuan produksi, transformasi dan penanganan material,

memiliki wawasan ilmu yang luas sehingga mampu mengembangkan sumberdaya alam baik

fosil (minyak bumi, gas bumi, batubara) maupun non-fosil, menjadi komoditi yang bernilai

tambah tinggi.

Dalam perancangan reaktor harus menentukan ukuran reaktor, tipe reaktor dan

metode operasi paling tepat untuk menghasilkan kinerja reaktor terbaik.Selain itu juga

dibutuhkan bentuk matematis yang dapat mendiskripsikan reaksi yang terjadi didalam

reaktor.Salah satunya adalah persamaan laju reaksi, dari integral persamaan tersebut

dapat diketahui waktu tinggal didalam reaktor. Berdasarkan uraian diatas, akan dilakukan

perancangan dan simulasi reaktor tangki alir berpengaduk atau juga sering disebut CSTR

pada kondisi non adiabatis untuk reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton yangreaksinya bersifat endotermis dan irreversible. Perancangan dan simulasi disebut dilakukan

menggunakan program Scilab 5.1.1.

Jenis reactor ideal ada tiga diantaranya Batch Reactor, Plug Flow Reaktor dan

Continous Stirred Reactor. Klasifikasi jenis reaksi dibagi menjadi reaksi irreversible dan

reversible, reaksi endothermis dan eksothermis, reaksi monomolekuler dan bimolekuler,

reaksi adiabatic dan non adiabatic. Berdasar reaksi sampingnya dibagi menjadi reaksi seri

dan reaksi parallel. Reaksi yang digunakan adalah reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi

acetone. Diperoleh ∆H = +54.89 kJ/mol sehingga reaksi merupakan reaksi endotermis. Nilai

K atau konversi keseimbangan lebih dari 1 maka reaksi irreversible.

Simulasi dilakukan dengan memperhitungkan neraca massa dari reactor CSTR,

stoikiometri, dan neraca energy CSTR. Algoritma yang telah diperoleh dikonversi menjadi

bahasa pemograman di Scilab 5.1.1 dengan menambah variable yang diinginkan adalah

konversi dengan range 0.5-0.95. Variabel yang dicari adalah hubungan konversi terhadap

volume reactor CSTR dan suhu dari reactor tersebut.

Hasil simulasi menunjukan bahwa untuk konversi yang lebih tinggi maka diperlukan

volume dan suhu yang lebih besar pada kondisi operasi dari reactor tersebut.

Sebagai saran, diperlukan simulasi dengan reactor jenis yang lain sehingga dapat

diperoleh hasil jenis reactor yang efisien dan optimal untuk digunakan dalam produksi

acetone dari isopropanol dengan proses dehidrogenasi.



Reaktor CSTR

ModeldanKomputasiProses 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah suatu bejana tempat

berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak

variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reaktor kimia

harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk

dibandingkan masukan (input) yang besar dengan biaya yang minimum, baik

itu biaya modal maupun operasi (Anggieta, 2014).. Perubahan energi dalam suatu

reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau pendinginan, penambahanatau pengurangan tekanan dan gaya gesekan.

Teknik Kimia adalah suatu cabang ilmu teknik/rekayasa yang mempelajari

pemrosesan barang mentah menjadi barang yang berguna secara ekonomis, dengan

langkah-langkah yang melibatkan peristiwa kimia, biologis dan /atau fisis

sehingga mengalami perubahan tingkat wujud, kandungan energi, atau komposisi

(HMTK AKPRIND, 2015). Sarjana teknik kimia diharapkan memiliki kualitas

dalam konsepsi dan perancangan proses kimia untuk tujuan produksi, transformasi

dan penanganan material, memiliki wawasan ilmu yang luas sehingga mampu

mengembangkan sumberdaya alam baik fosil (minyak bumi, gas bumi, batubara)

maupun non-fosil, menjadi komoditi yang bernilai tambah tinggi (Teknik Kimia

UI, 2011). Saat ini kebutuhan dunia akan Industri terus meningkat sehingga peran

sarjana Teknik Kimia dalam perancangan pabrik sangat dibutuhkan untuk

pembangunan berkelanjutan (sustainable development). Pabrik yang dirancang

dapat berupa pabrik kimia, bioproses, makanan, dan masih banyak lainnya namun

lebih fokus ke arah proses, baik meningkatkan kapasitas produksi maupun

memperbaiki proses yang ada (FTI ITB, 2015). Salah satu perancangan yang

dilakukan ialah perancangan reaktor.

Dalam perancangan reaktor harus menentukan ukuran reaktor, tipe

reaktor dan metode operasi paling tepat untuk menghasilkan kinerja reaktor

terbaik.Selain itu juga dibutuhkan bentuk matematis yang dapat

mendiskripsikan reaksi yang terjadi didalam reaktor.Salah satunya adalah

persamaan laju reaksi, dari integral persamaan tersebut dapat diketahui

http://id.wikipedia.org/wiki/Efisiensi

http://id.wikipedia.org/wiki/Produk

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Biaya_modal&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Biaya_operasi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pemanasan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pendinginan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pendinginan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pemanasan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Biaya_operasi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Biaya_modal&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Produk

http://id.wikipedia.org/wiki/Efisiensi



Reaktor CSTR


waktutinggal didalam reaktor.Namun, hal ini tidak dapat memprediksi secara

keseluruhan kinerja reaktor.Temperatur dan komposisi fluida yang bereaksi

perubahannya sangat bervariasi dari titik ke titik dalam reaktor, tergantung

pada sifat reaksi yaitu endotermis atau eksotermis, ada tidaknya penambahan

atau penghilangan panas pada sistem, dan pola aliran fluida dalam

bejana.Beberapa uraian diatas, menunjukan bahwa banyak faktor yang

mempengaruhi kinerja reaktor.Perlakuan paling tepat pada faktor-faktor

tersebut merupakan masalah utama dalam perancangan reaktor (Levenspiel,

1999). Pada beberapa perancangan reaktor yang telah ada, perhitungan

berbagai macam data dilakukan dengan metode numerik secara manual.

Perhitungan tersebut merupakan masalah numerik yang kompleks. Sebagai

perbaikan metode yang telah ada, akan dilakukan perancangan dan simulasi

reaktor secara numerik menggunakan perangkat lunak yang disebut Scilab.

Perangkat lunak ini hampir menyerupai Matlab, sebagai sebuah program

interaktif untuk komputasi numerik dan visualisasi data (Sasongko, 2010).

1.2 Rumusan Masalah

Berdasarkan uraian diatas, akan dilakukan perancangan dan simulasi reaktor

tangki alir berpengaduk atau juga sering disebut CSTR pada kondisi non adiabatis

untuk reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton yang reaksinya bersifat

endotermis dan irreversible. Perancangan dan simulasi disebut dilakukan

menggunakan program Scilab 5.1.1.

1.3 Tujuan

1. Dapat mengoperasikan software Scilab 5.1.1 dengan benar

2. Dapat mensimulasikan dan menentukan profil hubungan konversi terhadap

volume3. Dapat mensimulasikan dan menentukan profil hubungan suhu terhadap

konversi

1.4 Manfaat

1. Mampu mengoperasikan software Scilab 5.1.1 dengan benar

2. Mampu mensimulasikan dan menentukan profil hubungan konversi terhadap

volume

3. Mampu mensimulasikan dan menentukan profil hubungan suhu terhadap

konversi.



Reaktor CSTR


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Jenis Reaktor

Ada berbagai jenis reaktor, hal yang paling mendasar dalam penggolongan

reactor adalah kondisi operasi dari reaksi yang diinginkan untuk dioperasikan.

Reaktor yang sering digunakan bias dibag imenjadi 3 jenis reactor utama

diantaranya Batch Reaktor (BR), Plug Flow Reaktor (PFR), dan Continuous Stirred

Tank Reaktor (CSTR).

Batch Reactor (BR)

Dalam BR, bahan baku atau reaktan dimasukkan semua pada awal

proses dalam container, kemudian dicampur dengan merata, dan dibiarkan

bereaksi pada jangka waktu tertentu. Setelah reaksi selesai, produk

dikeluarkan. Proses yang terjadi merupakan proses unsteady state atau tidak

tetap dimana komposisi berubah bergantung waktu, akan tetapi komposisi

saat berada dalam reactor tetap konstan(Levensiel, 1999).

Plug Flow Reactor (PFR)

Salah satu contoh jenis reactor alir steady ideal biasanya sering disebut

plug flow, slug flow, piston flow, ideal tubular, dan unmixed flow reaktor.

Secara umum, jenis reactor inidisebut PFR. Reaktor jenis ini ditandai dengan

adanya aliran fluida di dalam reactor tanpa adanya pencampuran dengan

pengadukan atau difusi dari satu senyawa dengan senyawa lain. Kondisi

yang perlu diperhatikan dalam PFR adalah waktu tinggal senyawadidalamnya (Levensiel, 1999).

Continous Stirred Tank Reactor (CSTR)

Mixed reaktor, backmixed reactor atau CSTR sesuai dengannamanya,

dalam reactor ini terdapat pengadukan yang mencampur dan membuat

campurannya homogen. Oleh karena itu produk yang keluar dari reactor ini

memiliki komposisi yang sama dengan fluida yang berada dalam reaktor.



Reaktor CSTR


Gambar 2.1 Tiga jenis reaktor ideal: (a) reaktor BR, (b) reaktor PFR, (c) reaktor CSTR

2.1.2 Reversibel - Irreversibel

Konstanta keseimbangan merupakan indicator dari arah suatu reaksi.Ada 2

jenis arah reaksi yaitu irreversible dan reversible. Reaksi irreversible adalah reaksi 1

arah dimana reaksi bergerak dari reaktan kearah produk sedangkan reaksi reversible

adalah reaksi 2 arah dimana reaksi dapat bergerak dari reaktan kearah produk.

Dalam reaksi reversible biasanya dipengaruhi oleh suhu, tekanan, dan komposisi

dari senyawa yang terlibat dalam reaksi (Smith, et al., 2001).

Dalam simulasi ini digunakan reaksi irreversible yaitu

(CH3)2CHOH(CH3)2CO + H2

Reaksi tersebut dikatakan irreversible karena memiliki harga konstanta

keseimbangan yang sangat besaryaitu 3.1x1023.

2.1.3 Eksotermis - Endotermis

Dalam sebuah reaksi ada yang disebut dengan reaksi endotermis atau reaksi

eksotermis. Hal tersebut ditinjau dari entalpi atau panas yang dihasilkan atau diserap

dalam sebuah reaksi. Reaksi endotermis adalah reaksi yang menyerap panas dari

lingkungan ke dalam reaksi, sedangkan reaksi eksotermis adalah reaksi yang

melepas panas dari reaksi ke lingkungan. Reaksi endotermis dan eksotermis dapat

dilihat darinilai ΔH-nya atau entalpinya. Jika positif maka reaksi endotermis, jika

negative maka reaksi eksotermis. Dalam reaksi yang disimulasikan merupakan

reaksi endotermis dimana proses reaksi membutuhkan panas atau dapat menyerap

panas dari lingkungan dengan nilai ΔH =+66.6 KJ/mol



Reaktor CSTR


2.1.4 Adiabatis – Non Adiabatis

Panas dapat dihasilkan atau diserap ke dalam sebuah reaksi. Panas tersebut

dilihat dari ΔQ atau kalor yang berpindah dalam sebuah reaksi. Dalam perancangan

reactor ada reaksi yang adiabatic dan non adiabatic. Adiabatic adalah reaksi dimana

terdapat perpindahan panas dari reaksi kelingkungan sekitar, sedangkan non

adiabatic adalah reaksi dimana tidak ada perpindahan panas dari reaksi ke

lingkungan (Smith, et al., 2001). Dalam simulasi kali ini dimaksudkan untuk

merancang reaktor yang non adiabatic.

2.1.5 Monomolekuler – Bimolekuler

Berdasarkan jumlah reaktannya, reaksi dibagi menjadi 2 yaitu reaksi

monomolekuler dan reaksi bimolekuler. Reaksi monomolekuler adalah reaksi dengan

1 jenis reaktan saja sedangkan reaksi bimolekuler adalah reaksi dengan jumlah jenis

reaktan 2 sesuai dengan namanya. Dalam simulasi kali ini digunakan reaksi

monomolecular yaitu isopropanol (CH3)2CHOH).

2.1.6 Seri – Parallel

Dalam sebuah reaksi hampir tidak mungkin ditemukan bahwa reaksi akan

bergerak kearah 1 produk saja namun akan terdapat reaksi samping atau produk

samping dari sebuah reaksi. Produk samping yang terbentuk dapat terjadi melalui

reaksi parallel atau reaksi seri. Reaksi parallel adalah reaksi dimana reaktan akan

bergerak ke 2 arah reaksi yang berbeda seperti

A B

A

CReaksi seri adalah reaksi dimana produk yang dihasilkan akan mengalami

reaksi lebih lanjut dan berubah menjadi produk lain (Fogler, 2004). Reaksi seri

digambarkan sebagai berikut

A B C

Dalam simulasi kali ini digunakan jenis reaksi parallel dimana reaktan

isopropanol bergerak kedua reaksi yang berbeda.



Reaktor CSTR


2.2. Studi Kasus Pembuatan Aseton dari Dehidrogenasi Isopropanol

2.2.1. Reaksi Pembuatan Aseton (CH3COCH3) dengan Isopropil Alkohol

((CH3)2COCH3).

Reaksi monomolekuler merupakan reaksi berlangsung dengan molekul

reaktan yang sama. Sebagai contoh adalah reaksi polimerisasi kondensasi,

dekomposisi, dan dehidrogenasi (cracking).

Reaksi paralel merupakan reaksi dimana suatu reaktan akan menghasilkan

produk yang berbeda, sehingga ada selektivitas reaktan untuk menghasilkan

produk yang satu terhadap yang lain.

Salah satu pembuatan aseton adalah dengan reaksi dehidrogenasi isopropyl

alkohol :

(CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)

Reaksi dekomposisi ini juga menimbulkan reaksi samping sebagai berikut:

(CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)

(Yuliani, 2014)

2.2.2. Tinjauan Termodinamika

Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi

(endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible / irreversible).

Reaksi utama: (CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)

∆H reaksi = ∆H produk - ∆H reaktan

= (∆Hof 298CH3COCH3(g) – (∆Hof 298(CH3)2CHOH(g))

=( -217.71+272.6) kJ/mol

= 54,89 kJ/mol

Dengan demikian reaksi yang berlangsung adalah reaksi endotermis yang

menghasilkan panas.Reaksi Samping : CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)

ΔHf (CH3)2CHOH(g) = -272.6 kJ/mol

ΔHf H2O(g) = -241,8 kJ/mol

ΔHf C3H6 (g) = 19.71 kJ/mol

ΔHf =ΔHf H2 + ΔHf CH3COCH3- ΔHf (CH3)2CHOH

= (-241.8+19.71+272.6) kJ/mole

= 50,51 kJ/mol

∆Go = ∆G

o produk - ∆G

o reaktan



Reaktor CSTR


= -153,15 + 173,5

= 20,35 kJ/mol

∆Go = -RT ln K

ln K = -∆Go / RT

= -20,35 kJ/kmol / (8,314 kJ/kmol K x 298 K)

= -8,21 x 10-3

= 0,00821

K = 0,991 reversible

Karena harga kosntanta kesetimbangan lebih besar dari 1, maka reaksi

berlangsung secara searah (irreversible).

Data Termodinamika lainnya adalah :

-Panas Spesifik :

= 140,67

= 798,144

= 28,83

= 64,78

= 33,52

-Perhitungan nilai Cp &∆

= 298

∆1 = 54.890 J/mol

∆2

= 50.490 J/mol

∆1 = + −

∆1 = 798,144 + 28,83 − 140,67 = 686,304

∆2 = + −

∆2 = 64,78 + 33,52 − 140,67 = −42,37

∆ = ∆1 + ∆2

∆= 686,304

−42,37 = 643,934

=1 = 2



Reaktor CSTR


=1 = 2 × 140,67 = 281,34

= 0 ()

2.2.3. Tinjauan Kinetika

Tinjauan secara kinetika dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh

perubahan suhu terhadap kecepatan reaksi. Secara kinetika, reaksi pembentukan

asam asetat merupakan reaksi orde dua dengan persamaan kecepatan reaksi

sebagai berikut :

Reaksi utama: (CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)

Reaksi samping (CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)

Laju reaksi: -r A = k 1.CA+ k 2.CA

dimana :

CA = konsentrasi etilen

k 1 = konstanta kecepatan reaksi utama

k 2 = konstanta kecepatan reaksi samping

Menurut persamaan Arhenius :

k = A e-E/RT

Dalam hubungan ini :

k = konstanta kecepatan reaksi

A = factor frekuensi tumbukan

E/R = faktor energy aktivasi/tetapan gas ideal

T = temperature mutlak

Dari persamaan Arhenius, diketahui bahwa dengan bertambahnya suhu

reaksi maka akan memperbesar harga konstanta kecepata reaksi (k), yang berarti

mempercepat kecepatan reaksinya.

2.2.3. Kondisi Operasi

Reaksi pembentukan aseton dengan proses degidrogenasi senyawa isopropanol

dengan kondisi operasi:

Suhu operasi: 350oC atau 623 K (Yuliani, 2014).

Reaksinya monomolekuler, parallel, bersifat endotermis dan irreversible.



Reaktor CSTR


Reaktor beroperasi dengan kondisi nonadiabatis dan isotermal (adanya

perpindahan kalor).

Dengan adanya kondisi operasi ini maka didapatkan:

Nilai konstanta kecepatan reaksi utama berdasarkan refferensi irda (2015)

dengan kondisi Isotermal:

1 = 3,51 × 1053 3

1 = 5,85

dimana : k = konstanta kecepatan reaksi

Nilai konstanta kecepatan reaksi samping berdasarkan refferensi Yaws (1999)

dengan kondisi Isotermal :

2 = 929,363

2 = 0,25

dimana : k = konstanta kecepatan reaksi

2.2.4 Perhitungan parameter yang dibutuhkan

Dalam perhitungan variabel volume serta suhu reaktor CSTR,

dibutuhkan beberapa parameter yang digunakan untuk menghitung variabel

yang telah ditentukan. Antara lain : = 5 / = 1 − = 5 1 − 0,95 = 0,25

0 = 15

/

= 8,314

= 1

= 110J

m2 s K()

= 1,5

=

4

1,5= 2,67

−1



Reaktor CSTR


= 293,7J

m3 s K= 0,2937

J

lt s K

=

=

5

15= 0,33



Reaktor CSTR


BAB III

METODE PENYELESAIAN

3.1 Permodelan

Simulasi dan perancangan reaktor yang akan dibuat adalah CSTR (Continuous Stirred

Tank Reactor ), non-adiabatis dari reaksi yang bersifat irreversible, endotermis,

monomolecular dan reaksi paralel. Suhu reaktor dijaga dengan cara menambahkan

pemanas.

Reaksi1:

(CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)

A→ B+ CReaksi2:

(CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)

A → D + E

F AO

Ta1

T

X

T

X

Ta2

k1

k2

Gambar 3. 1 Pemodelan reactor CSTR dengan jaket

pemanas



Reaktor CSTR


3.2 Algoritma Penyelesaian

Neraca massa CSTR :

+ ℎ − = [ ] − + + (− ) = 0 − = − − (1 − ) + = − = −

=

−

Lajureaksi :

a. − = 1. + 2.

Persamaan diubahmenjadi :

= −1. − 2 .

b. = 1. + 2.

Persamaandiubahmenjadi

= 1. + 2 .

c. = 1.


= 1.

d. = 2.


= 2.



Reaktor CSTR


Stoikiometri :

Jika Spesies A(Isopropanol) dianggap sebagai pereaktan pembatas, maka stoikiometri

untuk setiap spesies pada fase gas:

Tabel 3. 1 Persamaan stoikiometri

Spesies

Umpan

Masuk Reaktor

(mol/waktu)

Perubahan dalam

Reaktor

(mol/waktu)

Arus Keluar Reaktor

(mol/waktu)

A FA0 - FA0X FA = FA0(1-X)

B FB0 = FA0 FA0X FB = FA0(+

X)

C FC0 = FA0 FA0X FC = FA0(+ X)

D FD0 = FA0 FA0X FD = FA0(+

X)

E FE0 = FA0 FA0X FE = FA0(+

X)

= =

(1− ) (1)

= 1 + . . 0

. 0 (2) (Fase Gas)

Karena perubahan tekanan dianggap kecildansuhu reactor dengan keluar sama, maka = 1 + . (3)0 = 0 = 0 = 0 = 0 (4)

Jika: 0 = 0,99 (Kemurnian Reaktan Isopropyl 99%)

= 1 + 1

−1 = 1

= 0 = 0,99.1 = 0,99

Persamaan(3) disubstitusikankepersamaan (1), menjadi

= 1− 1+ . =

1− 1+ . (5)

Persamaan (4) disubtitusikan ke persamaan (5) masing-masing spesies menjadi :

= 0

(1 − )

(1 + 0,99

)



Reaktor CSTR


= 0 − 1

2

1 + 0,99

= 0 +1

2 1 + 0,99

= 0 +1

2

1 + 0,99

= 0 +1

2

1 + 0,99

Kombinasi − = 1 + 2

− = 1. 0

(1 − )

(1 + )+ 2 0

(1 − )

(1 + )

= 1. 0

(1− )

(1+0,99 )+ 2 0

(1− )

(1+0,99 )

=

5.

5,85. 0 (1− )(1+0,99 )

+ 0,25 0 (1− )(1+0,99 )

Neraca EnergiCSTR:

Untuk reaksi ganda dengan nilai Cp berbeda tiap spesies:

Q - - 0 0 + ∆ () + ∆( − )[ ] = 0

Jika :

Q = ( − ) karena non-adiabatis

Ws = 0 karenakerjapengadukkecil

Maka :

UA(Ta-T)- 0 =1 − 0 + ∆ () + ∆ ( − ) = 0



Reaktor CSTR


Reaksi berjumlah 2 dan paralel :

− − 0

=1

− 0 + 1 ∆1 + 2 ∆2 + ∆( − ) = 0

Dimana:

r 1A = k 1.CA

r 2A = k 2.CA



Reaktor CSTR


3.3 Logika Pemrograman

= + 1 ∆1 + 2 ∆2 − ∆ () + 0

1 − ∆ + 0 1

Didapat grafik hubungan V

terhadap X pada range tertentu

=

1.

0

(1− )

(1+0,99

)

+

2

0

(1− )

(1+0,99

)

Neraca Massa = = 0 −

Kecepatanreaksi =− = 1. + 2.

Stokiometri = = 0 1− 1+

Kombinasi=

Reaksi fase gas, paralel,

Monomolekular

A B+C

A D+E

T didapat dari X tertentu

Mencari Parameter yang diperlukan dari Studi

Pustaka/Literatur

Didapat nilai V pada X tertentu

X ditentukan T dihitung

CSTR

Didapat Hubungan T vs X pada range

Gambar 3. 2 Logika pemograman



Reaktor CSTR


3.4 Bahasa Pemrograman

a. Menentukan hubungan konversi terhadap volume reactor pada rentang konversi 0,5-

0,95 dengan range 0,05 :

clc clear FAo=5;k1=5.85;

k2=0.25;K1=3997.51;

XA=[0.5;0.55;0.6;0.65;0.7;0.75;0.8;0.85;0.9;0.95];vo=15;

E=0.99;CAo=FAo/vo;

CA=(CAo.*(1-XA))./(1+(E.*XA));ra=(k1*CA)+(k2*CA);

V=(FAo.*XA)./(ra);disp('Tabel Hubungan Konversi dengan Volume')

disp(' XA V(lt) CA') disp([XAVCA])

clf plot2d(XA,V,[2,5,-1]) xtitle('Hubungan Konversi terhadap Volume(liter)','Konversi','Volume')

b. Menentukan hubungan konversi terhadap volume reactor pada rentang konversi 0,5-

0,95 dengan range 0,05

clc

clearfunction y = CSTR (T)

UA=0.2937; FAo=5;

Ta=700;

Tr=298; To=623;

sigmatetacp=281.34;

deltaCp=643.934;

deltaH1=54890; deltaH2=54490;

k1=5.85;

k2=0.25;K1=3997.51;

vo=15;

E=0.99;

CAo=FAo/vo;CA=(CAo.*(1-XA))./(1+(E.*XA));

ra=(-k1*CA)+(-k2*CA);

V=(FAo.*XA).*((ra)^-1);

r1=k1.*CA;r2=k2.*CA;

y=(UA.*(Ta-T))-(FAo.*sigmatetacp.*(T-To))+(V.*r1.*deltaH1.*Tr)+(V.*r2.*deltaH2.*Tr)

endfunctionXA=[0.5;0.55;0.6;0.65;0.7;0.75;0.8;0.85;0.9;0.95];

Ttebak=[1000;298;300;312;213;273;300;312;312;300];

Treaktor=fsolve(Ttebak,CSTR)

disp(' XA T(K)')disp([XA Treaktor])



Reaktor CSTR


clf plot2d(XA,Treaktor,[2,5,-1])

xtitle('Hubungan Konversi terhadap Suhu','Konversi','Suhu(K)')



Reaktor CSTR


BAB IV

HASIL SIMULASI DAN ANALISA

3.1 Hasil Simulasi

3.1.1 Hubungan Konversi dengan Volume(lt)

Gambar 4. 1 Deklarasi console scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan volume

Gambar 4. 2Deklarasi console Scilab 5.1.1 grafik hubungan konversi dengan volume



Reaktor CSTR


3.1.2 Hubungan Konversi dengan Suhu (K)

Gambar 4. 3 Deklarasi console Scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan suhu

Gambar 4. 4 Deklarasi Console Scilab Grafik Hubungan Konversi dengan Suhu



Reaktor CSTR


3.2 Analisa Hasil

3.2.1 Hubungan Konversi (Xa) terhadap Volume Reaktor

Berdasarkan persamaan Volume Reaktor dan kecepatan reaksi monomolekuler-

parallel fase gas :

= −

− = 1 + 2

− = 1. 0

(1 − )

(1 + )+ 2 0

(1 − )

(1 + )

Dilakukan perhitungan Volume reaktor pada rentang 0,5-0,95 dengan range 0,05

menggunakan prinsip deklarasi Scilab AAP (Akar-Akar Persamaan), Sehingga

didapatkan hubungan Xa dengan V pada rentang tersebut sesuai dengan tabel :

Hubungan yang didapatkan ialah semakin besar nilai konversi, maka volume reaktor

menjadi naik. Volume pada konversi paling tinggi yaitu 0,95 adalah 90,66 lt. Setelah

mendapatkan hubungan Xa dengan V pada rentang tertentu, dengan memplotkan

pada grafik didapatkan Grafik Hubungan Volume dengan suhu :



Reaktor CSTR


3.2.2 Hubungan Konversi (Xa) terhadap Suhu Reaktor

Berdasarkan persamaan Suhu Reaktor pada RATB (Reaktor Alir Tangki

Berpengaduk) reaksi parallel :

= + 1 ∆1 + 2 ∆2 − ∆() + 0

1 − ∆ + 0 1

kukan perhitungan Suhu reaktor pada rentang 0,5-0,95 dengan range 0,05

menggunakan prinsip deklarasi Scilab AAP (Akar-Akar Persamaan), Sehingga

didapatkan hubungan Xa dengan T pada rentang tersebut sesuai dengan tabel :

Dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi konversi, maka suhu dalam reaktor

semakin rendah karena sifat reaksi yang endotermis. Suhu pada Konversi paling

tinggi yaitu 0,95 adalah 3,34 K. Setelah mendapatkan hubungan Xa dengan T pada

rentang tertentu, dengan memplotkan pada grafik didapatkan Grafik Hubungan

Volume dengan suhu :



Reaktor CSTR




Reaktor CSTR


BAB V

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Pada perancangan dan simulasi reaktor cstr non adiabatis untuk reaksi dehidrogenasi

isopropanol menjadi aseton menggunakan program scilab 5.1.1.diperoleh :

1. Volume Reaktor pada konversi 0,95 adalah 90,66 liter

2. Hubungan konversi terhadap volume reaktor adalah, semakin besar konversi maka

semakin besar pula volume reaktor.

3. Suhu Reaktor Isotermal pada konversi 0,95 adalah 3,34 K.

4. Hubungan konversi terhadap Suhu Reaktor adalah, semakin besar konversi, maka suhu

reaktor menjadi turun karena sifat reaksinya ialah endotermis

3.2 Saran

Perlu dilakukan perancangan dan simulasi reaktor dengan jenis reaktor lain pada

kondisi operasi sama agar dapat mengetahui jenis reaktor yang paling tepat dan efisien

pada reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton



Reaktor CSTR

DAFTAR PUSTAKA

Agustina, Irda.2015.Pembuatan Aseton dari Isopropil Alkohol .Palembang:

Politeknik Negeri Sriwijaya.

Fogler. H Scout, 2004, Element of Chemical Reaction Engineering 3rded , India :

Prentice-Hall of India

Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia AKPRIND.2015. Teknik Kimia

AKPRIND.http://hmtk-akprind.blogspot.co.id/2013/05/apa-itu-teknik-kimia-

dan-pentingnya.html diakses pada tanggal 26 November 2015 pukul 21.00

WIB

Levenspiel, Octave.1999. Chemical Reaction Engineering 3 st

Edition. Newyork

:John Wiley & Sons, Inc.

Program Sarjana Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung.2015. Fakultas

Teknologi Industri Institut Teknologi

Bandung .http://usm.itb.ac.id/Prodi/130.htm diakses pada tanggal 26

November pukul 21.00 WIB

Program Sarjana Teknik Kimia Universitas Indonesia.2011.Teknik Kimia

Universitas Indonesia.https://www.ui.ac.id/akademik/kelas-internasional/program-sarjana-teknik-kimia-kki.html diakses pada tanggal 26

November 2015 pukul 21.00 WIB

Sasongko, Budi Setia. 2010. Metode Numerik dengan Scilab.Yogyakarta : ANDI

Yogyakarta

Smith. J M et all. 2001. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamic 6th

edition, Mc. Graw Hill BookKogakusha Ltd, Tokyo

Yaws.1999. Makalah Industri Kimia Aseton. Medan : Universitas Sumatera Utara

http://hmtk-akprind.blogspot.co.id/2013/05/apa-itu-teknik-kimia-dan-pentingnya.html


http://usm.itb.ac.id/Prodi/130.htm

https://www.ui.ac.id/akademik/kelas-internasional/program-sarjana-teknik-kimia-kki.html





http://usm.itb.ac.id/Prodi/130.htm



Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1

Documents

Transcript of Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1