catalyst technology lecture dr. · pdf fileyproses katalisis terjadi melalui perubahan senyawa...
Post on 06-Feb-2018
217 Views
Preview:
TRANSCRIPT
3/26/2010
1
(in CATALYST TECHNOLOGY Lecture )
Instructor: Dr. Istadi(http://tekim.undip.ac.id/staf/istadi )
Email: istadi@undip.ac.id
Instructor’s Background
BEng. (1995): Universitas DiponegoroMeng. (2000): Institut Teknologi BandungPhD. (2006): Universiti Teknologi Malaysia
Specialization: Catalyst Design for Energy ConversionProcess Design for Energy ConversionCombustion EngineeringComputational Fluid Dynamic (CFD)
Peningkatan aktifitas katalis mempunyaibeberapa keuntungan
Laju reaksi yang tinggi untuk kondisi operasi yang samaLaju reaksi yang ekivalen tetapi hasil reaksi yang lebih banyak atau reaktor yang lebih kecilLaju reaksi yang ekivalen pada suhu dan tekananyang lebih rendah dimana yield keseimbanganmeningkat, operasi menjadi lebih mudah, deaktifasimenjadi lebih kurang, atau selektifitas yang lebihbaik.
Jenis‐Jenis Katalis
Katalis HomogenKatalis EnzymeKatalis Heterogen
3/26/2010
2
Katalis Homogenkatalis mempunyai fasa yang sama dengan reaktan dan produk reaksiProses katalisis terjadi melalui perubahan senyawa menjadi senyawayang kompleks dan terjadi pengubahan susunan molekul dan ligankatalisOperasi reaksi katalisis fasa cair mempunyai keterbatasan pada suhudan tekanan, sehingga peralatan reaktor menjadi lebih kompleksKatalis setelah reaksi juga harus dipisahkan dari produk sehinggaKatalis setelah reaksi juga harus dipisahkan dari produk, sehinggamenambah kesulitan lagisistem katalisis homogen hanya dijumpai pada industri‐industri tertentu saja misalnya industri bahan kimia, obat‐obatan, dan makananBeberapa industri petrokimia seperti produksi asam asetat, alkilasiolefin, dan hidroformilasi juga menggunakan sistem katalisis homogen
Katalis EnzimEnzim adalah molekul‐molekul protein denganukuran koloid yang berada diantara ranah homogenmolekular dan heterogen makroskopikBiasanya enzim merupakan katalis yang sangat efisiendan selektif. Sebagai contoh, reaksi dekomposisi H2O2 g , pyang dikatalisasi oleh enzim catalase adalah lebihcepat 109 kali daripada dikatalisasi oleh katalisanorganik
Katalis Heterogenkatalis dan reaktan berbeda fasanyaDengan perbedaan fasa antara katalis dan reaktan, makamekanisme reaksi menjadi sangat kompleksLaju reaksi dikendalikan oleh fenomena‐fenomena adsorpsi, absorpsi, dan desorpsilaju dan energi desorpsi, struktur permukaan aktif, dan sifat‐sifatj g p , p ,terbentuknya produk antara yang memerlukan kerja‐kerjaeksperimen yang panjangBahkan, dalam setiap aplikasi katalisis heterogen tertentuterdapat banyak kontroversi tentang detil mekanisme suatureaksisistem katalis heterogen adalah yang paling mudah digunakan diaplikasi industri karena pelet katalis yang mudah dibuat, katalismudah diletakkan di dalam tabung reaktor di mana reaktanmengalir, dan konstruksi sederhana
Steps in Heterogeneous Catalysis
External DiffusionInternal DiffusionAdsorptionSurface ReactionDesorptionInternal DiffusionExternal Diffusion
3/26/2010
3
Potential Energy in Catalytic ProcessStruktur Katalis
Desain atau formulasi katalis yang benar adalah jika terdapatkesesuaian antara aliran fluida, aktifitas, dan stabilitasHal ini sangat tergantung kepada reaksi, desain reaktor, kondisi proses, dan faktor ekonomi
Atuk
≅ A ktifitas bahan kim ia≅ P erm ukaan aktif spesifik
yang tinggi≅ P ellet berpori
AKTIFITA S TING G IA LIR AN FLUID A≅ D istribusi a liran≅ Penurunan tekanan yang
rendah≅ Kekua tan m ekanik Aktifitas
Porositas
Keku
a tan
Ukura
n, B
entu
Um ur Panjang
PELET KATALIS
STA BILITASTahan terhadap:
- s intering- racun kata lis- fouling
Komponen‐Komponen Katalis Komponen Aktif (Active Agents)Komponen aktif merupakan komponen katalis yang bertanggungjawab terhadap reaksi kimia yang utama. Pemilihan komponen aktif adalah tahap pertama dalammendesain katalis. S i h k i k li ikSementara itu, pengetahuan tentang mekanisme katalitikadalah sangat saintifiksehingga metode pemilihan komponen aktif menjadi lebihsaintifik juga, walaupun kadang‐kadang bersifat empirikKatalis yang bersifat asam biasanya merupakan pendorongmekanisme ion karbonium, seperti pada reaksi isomerisasiatau perengkahan
3/26/2010
4
Classification of Catalytic Materials Penyangga (Support)Fungsi yang paling penting adalah menjaga agar luas permukaankomponen aktif tetap besarperan penyangga menjadi sangat penting dimana logam aktif(Pt) didispersikan di permukaan penyangga. Penyangga sendiri harus tahan terhadap perubahan termal, sehingga seharusnya mempunyai titik leleh sedikit di ataskomponen aktifPenyangga dengan luas permukaan yang besar antara lain: γ‐alumina, SiO2, karbon aktif, diatomaceous clay, dan SiO2‐Al2O3Besarnya konsentrasi komponen aktif atau biasa disebut loading juga mempunyai efek yang signifikan agar penyangga bisamemberikan tingkat dispersi komponen aktif yang besar
Oksida dengan titik leleh tinggisebagai penyangga katalis
Jenis/Sifat Oksida Titik leleh (oC)Basa MgO 3073
CaO 2853Ca2SiO4 2407BaO 2196
Amfoter ThO2 2323ZrO2 2988CeO2 2873Cr2O3 2708La2O3 2588α-Al2O-3 2318TiO2 2113
Netral MgAl2O4 2408MgCr2O4 2300ZnCr2O4 2173ZnAl2O4 2100CaSiO3 1813
Asam γ-Al2O-3 2318SiO2 1973SiO2-Al2O3 1818
Promotor (Promoter)
Tujuan pemberian promotor ini adalah untukmenghasilkan aktifitas, selektifitas, dan efek stabilitasyang diinginkanPromotor didesain untuk membantu penyangga ataukomponen aktif komponen aktif. Salah satu peran penting dari promotor adalah dalampengendalian stabilitas katalis. Beberapa kasus lain, promotor ditambahkan ke dalamstruktur katalis atau penyangga untuk menghambatmekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, seperti pembentukan karbon (coke).
3/26/2010
5
Contoh promotor katalis dalambeberapa proses
Katalis Promotor FungsiAl2O3(Penyangga dan Katalis)
SiO2, ZrO, PK2OHClMgO
Memperbaiki stabilitas termalMeracuni situs cokingMeningkatkan keasamanMencegah sintering komponenaktif
SiO2-Al2O3(Katalis Perengkahan)
Pt Meningkatkan oksidasi CO(Katalis Perengkahan)
Zeolit(Perengkahan katalitik)
Ion alkali (rare earth)Pd
Meningkatkan keasaman danstabilitas termalMeningkatkan hidrogenasi
Pt/Al2O3(Reformasi katalitik)
Re Mengurangi hidrogenolisis dansintering
MoO3/Al2O3(hidrotreating)
Ni, CoP, B
Meningkatkan hidrogenolisis C-Sdan C-NMeningkatkan dispersi MoO3
Ni/ceramic(Reformasi kukus)
K Meningkatkan penghilangankarbon
top related