pakai reaksi kimia

TUGAS ATK 2NERACA MASSA DENGAN REAKSI

KIMIA

KELOMPOK 21. ARINI PUSPITA R2. DWI YUNI ERNAWATI3. KHAIRUL AMRU NST4. YAUMIL MUTIA AKHIR

SOAL NO. 1

Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, ammonia dan oksigen, seperti reaksi :C3H6 + NH3 +1,5 O2 C3H3N + 3 H2OUmpam reactor berisi 15% propilen, 7% ammonia, dan 78% udara.Tentukan :a. Limiting reaktanb. % excess reaktan c. Jika konversi limiting reaktan hanya 30%, berapa rasio (mol akrilonitril/mol NH3 umpan)d. Komposisi di arus keluar reactor

Jawaban

C3H6 + NH3 +1,5 O2 C3H3N + 3 H2O

Komponen F

C3H6 15%

NH3 7%

Udara(78%) : O2 = 21% x 78= 16,38%

N2 = 79% x 78= 61,62%

P Komposisi C3H6

NH2

O2

C3H3NH2ON2C3H6 + NH3 +1,5 O2 C3H3N + 3 H2O

m : 15 7 16,38r : 7 7 10,5 7 7 s : 8 - 5,88 7 7

a. Limiting reaktan : NH3+

Karena NH3 yg tidak bersisa ataupunyang habis bereaksi.

b. % excess C3H6 = (8/7) . 100% = 114,3%

% excess O2 = (5,88/10,5) . 100% = 56%

Konversi NH3 = x 100%

0,3 = mol NH3 yang bereaksi/7 x 100%

Mol NH3 yang bereaksi = 2,1 mol

C3H6 + NH3 + 1,5 O2 C3H3N + 3 H2OKomponen Umpan Reaksi Produk

C3H615 2,1 12,9

NH37 2,1 4,9

O216,38 3,15 13,23

N261,62 0 61,62

C3H3N 0 2,1 2,1

H2O 0 6,3 6,3

total 100 15,75 101,05

Jadi rasio = mol akrilonitril bereaksi/NH3 um

= 2,1/7 = 0,3

 Komposisi arus di P

Komponen Produk Komposisi

C3H612,9 (12,9/101,05) . 100% = 12,76%

NH3 4,9 4,8%O2 13,23 13,09%C3H3N 2,1 2,07%H2O 6,3 6,2%N2 61,62 60,9%

Total P = 101,05 100%

SOAL NO. 2Metan dibakar dengan oksigen sehingga menghasilkan CO2 dan H2O. Seratus lima puluh Kgmol/jam umpan yang terdiri atas 20% CH4, 60% O2 dan 20% CO2 diumpankan ke reactor. Konversi limiting reaktan hanya 90%. Tentukan :A. Komposisi (dalam mol dan Kg) gas keluar reactor.B. Excess reaktan

JawabanCH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

CO2= 20 % CO2

O2 = 60% O2

CH4 = 20% CH4

H2O

a. Neraca massa dengan reaksi kimiaKomponen Umpan Reaksi Sisa

CH420 20 0

O260 40 20

Konversi limiting reaktan hanya 90%Konversi CH4 = x 100%

Mol CH4 yang bereaksi =0,9 x 20 = 18 mol.

Maka kita bisa menentukan berapa yang bereaksi dan yang sisa.

Dari sisa diatas dapat kita tentukan komposisi keluar sebagai tabel berikut ini.

Komponen Umpan Bereaksi Sisa

CH420 18 2

O260 36 24

CH420 18 2

H2O 0 36 36

Total 100 108 64

Komponen Produk Komposisi

CH42 3,125%

O224 37,5%

CH42 3,125%

H2O 36 56,25%

b. excess reaktan (O2)excess reaktan= x 100% % O2 = x100% =50%

SOAL NO. 3Suatu converter digunakan untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3. Umpan reactor terdiri atas 12% SO2, 8% O2, dan 80% N2. Jika konversi SO2 95%, tentukan komposisi gas hasil converter.JAWAB :

SO2 + ½ O2 SO3

F2 = 100 P

SO2 = 12 mol SO2 = …?

O2 = 8 m0l O2 =….?

N2 = 80 mol N2 =…?

SO3 =….?

Konversi SO2 = 95%

Konversi = jumlah mol SO2 yang bereaksi/jumlah mol SO2 yang di umpankan 0,95 = jumlah mol SO2 yang bereaksi/12

Jumlah mol SO2 yang bereaksi = 11,4 mol

SO2 + ½ O2 SO3

m : 12 8 r : 11,4 5,7 11,4s : 0,6 2,3 11,4 komposisi arus di P

Komponen Umpan (g mol) Reaksi (g mol) Produk (g mol) Komposisi (%)

SO212 11,4 0,6 (0,6/94,3) . 100% = 0,64%

O28 5,7 2,3 (2,3/94,3) . 100% = 2,44%

N280 0 80 (80/94,3) . 100% = 84,84%

SO30 11,4 11,4 (11,4/94,3) . 100% = 12,09%

Total 100 28,5 94,3 100%

SOAL NO. 4Suatu converter digunakan untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3. Umpan reactor terdiri atas 12% SO2, 8% O2 dan 80% N2. Jika konversi SO2 hanya 95% dan diinginkan SO3 yang dihasilkan 100 mol/jam, tentukan

a. Kecepatan gas umpanb.Komposisi gas hasil converterJawab :SO2 + ½ O2 SO3

F1 SO3 = 100 mol/jam

SO2 = 12% SO2 =

O2 = 8% O2 =

N2 = 95% N2 =

Konversi = 95%

SO2 + ½ O2 SO3

m : A Br : 100 50 100s : A – 100 B – 50 100Konversi = mol SO2 yang bereaksi/mol SO2 yang diumpankan

0,95 = 100/mol SO2 yang diumpankan

Mol SO2 yang diumpankan = 105,26 mol/jam

SO2 . 12% = 105,26

12/100 . F = 105,26 F = 877,16 mol/jam Komposisi keluarSO3 = 100 mol/jam

SO2 = 5,26 mol/jam

O2 = 2,63 mol/jam

N2 = 80% . 877,16 = 701,728 mol/jam

SOAL NO. 5Pada produksi vinil klorid, dikloroetan dipirolisis dalam reactor, dengan reaksi :

C2H4Cl C2H3Cl + HCl

Agar pirolisis ini tidak menghasilkan karbon, maka konversi di batasi 50%. Jika diinginkan memproduksi 5000 kg/jam vinilklorid.Tentukan :

1)Dikloroetan yang di butuhkan 2)Komposisi gas keluar reactorJAWAB :a.Diagram alir

C2H4Cl C2H3Cl HClC2

H4Cl

b.Analisa Neraca Massa1) Dikloroetan yang di butuhkan

Konversi satuan kg ke kmoln= gr/Mrn= =80 kmol/jam Konversi= 50%=80 kmol//umpan Umpan=80 kmol/o,5 =160 kmol

Komponen Umpan Bereaksi Sisa

C2H4Cl 160 80 80

C2H3Cl - 80 80

HCl - 80 80

total 160 240 240

Butuh C2H4Cl sebanyak 160 kmol/jam (umpan)

Merubah ke kg/jam =160 kg/kmol x 63,5 kmol/jam =10160 kg/jam2) Komposisi gas keluar reactor

C2H4Cl x 100 33,33 %

C2H3Cl x 100 33,33 %

HCl x 100 33,33 %

SOAL NO.6Sintesa ammonia mengikuti reaksi sebagai berikut :N2 + 3 H2 2 NH3

Suatu pabrik mengumpankan 4202 lb ammonia dan 1046 lb hydrogen ke dalam reactor setiap jam, diproduksi ammonia murni 3060 lb/jam. Tentukan :

A. Limiting reaktanB. % excess reaktanC. KonversiJAWAB :N2 + 3 H2 2 NH3

N2=4202 lb N2=..?

H2=1046 lb H2=..?

NH3=3060 lb/jam

REAKTOR

Note ; 1 lb=0,45359 kgN2=4202 lb= 1905,98 kg

H2=1046 lb=474,45 kg

NH3=3060 lb/jam=1387,98 kg/jam

Dengan basis 1 jam dihasilkan mol (mol=m/mr) sebagai berikut.mol N2 =0,45359/28=68,07 kmol

mol H2 =1905,98/2=237,225 kmol

mol NH3=1387,98/17=81,64 kmolKomponen Umpan Bereaksi Sisa

N2 68,07 68,07 -

H2 237,225 204,21 33,015

NH3 - 136,14 136,14

Limiting reaktan N2 karena habis bereaksi.

% excess reaktan H2 karena masih bersisa.

% H2 =mol H2 berlebih/mol H2 bereaksi x100%

=33,015/204,21x100% =16,17%Konversi Mol N2 bereaksi =1/2 x81,64 =40,82 kmol

Konversi = = x100% =59,97%

SOAL NO. 7Gypsum (plaster paris : (CaSO4 . 2 H2O) diproduksi dengan mereaksikan CaCO3 dengan asam sulfat. Batu kapur digunakan sebagai sumber CaCO3. Batu kapur mempunyai komposisi : CaCO3 96,89%, MgCO3 1,41% dan inert 1,70%. Sedangkan asam sulfat yang digunakan larutan asam sulfat 98%. Jika 5 ton batu kapur bereaksi sempurna, tentukan :

A.Kg gypsum yang dihasilkanB. Kg H2SO4 yang dibutuhkan

C. Kg CO2 yang di hasilkan

H2SO4=98%

CaCO3=96,86%

(CaSO4 . 2H2O)

MgCO3=1,41%

CaCO3

Inert =1,7% MgCO3

H2SO4

CO2

Inert Dik : mCaCO3=5000 kg

Umpan CaCO3 mula-mula n=massa/BM=0,9689(5000)/100=48,445 kmol

2CaCO3 + 2H2SO4 2(CaSO4 . 2 H2O) +2 CO2

a.Massa Gypsum yang dihasilkan adalah n=m/Mr m=n x Mr =48,445 x 172=8332,54 kg

b.massa H2SO4 yang dibutuhkan adalah m=n x Mr=4748,59 kg

c. massa CO2 yang dihasilkan adalah m=n x Mr

=48,445 x44 =2132,02 kg

Komponen Umpan Bereaksi Sisa CaCO3 48,445 48,445 -H2SO4 48,445 48,445 -CaSO4 . 2 H2O - 48,445 48,445

CO2

- 48,445 48,445

SOAL NO. 85 lb bismuth (BM = 209) dipanaskan bersama 1 lb sulfur BiS3. Pada akhir reaksi massa hasil masih mengandung sulfur adalah 5% dari total hasil. Tentukan :

A. Limiting reaktanB. % excess reaktan C. % konversiJAWAB :Bi + 0,75 S2 0,5 Bi2Si3

Bi=5 lb=2267,9 gr Bi2Si3=..?

S2=7 lb=453,6 gr

Mol Bi=m/Mr=2267,9/209=10,85 mol Mol S2=453,6 gr/64=7,0875 mol Neraca massa total (NMT) P=F1 + F2

=268 gr +453,6 gr =2721,6 gr Di akhir reaksi terbentuk S 5% dari total produk yang dihasilkan. S2 =2721,6 gr x 5% =136,08 gr maka mol sulfur (S2) m/Mr =136,08 gr/64=2,12625 gr

yang bereaksi 453,6gr -136,08=317,52 gr

Mol S2 =317,52 gr/64=4,961 mol Bi yang bereaksi =1/0,75 x 4,96=6,615 mol Bi2Si3=0,5/0,75 x 4,96 =3,3075 mol

Komponen Umpan Bereaksi Sisa

a.Limiting reaktanBi + 0,75 S2 0,5 Bi2Si3

Jadi sisa yang paling sedikit adalah S2

b.% excess reaktan % Bi =mol Bi berlebih/mol Bi bereaksi x100%

=4,237/6,613x100% =64,07%c.Konversi

Konversi= = x100% =60,95% 

Komponen Umpan Bereaksi Sisa

Bi 10,85 6,613 4,237

S27,088 4,96 2,7275

Bi2Si3- 3,307 3,307

SOAL NO. 9Berapa gram kromat sulfit yang akan dibentuk dari 0,718 gram kromat oksit sesuai reaksi :

2 Cr2O3 + 3 CS2 2 Cr2S3 + 3 CO2

JAWAB :

Cr2O3 Cr2S3

CS2 CO2

Mol Cr2O3 =m/Mr=0,78ngr/152

=4,72 x 10-3 mol

Mol Cr2S3 = x mol diketahui

= x 4,72 x 10-3

=4,72 x 10-3 mol

REAKTOR

Massa Cr2S3=n x Mr=4,72 x 10-3 mol x 200 gr/mol=0,94 gr

SOAL NO. 10Batu barit berisi 100% BaSO4. Barit direaksikan dengan karbon dalam bentuk coke yang berisi 6% abu. Komposisi hasil :BaSO4 = 11,1%, BaS = 72,8%, C = 13,9% dan abu 2,2%.Reaksi : BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO

A. Tentukan : a.excess reaktan, b.persen excess,c.konversi. JAWAB : CO2 sebagai P2

C dan BaSO4 =F P2 BaSO4=11,1%

BaS=72,8% C1=3,9% Abu=2,2%

BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO

Dengan menggunakan basis 100 gr

Sehingga ;BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO

BaSO411,1% 11,1 gr m/Mr=0,047

C 13,9% 13,9 gr m/Mr=1,15

BaS 72,8% 72,8 gr m/Mr=0,43

CO 2,2% 2,2 gr m/Mr=0,078

Komponen Umpan Bereaksi Sisa

BaSO40,477 0,43 0,047

C 2,87 1,72 1,15

BaS - 0,43 0,43

CO - 1,72 1,72

a.excess reaktan, C=1,15

b.persen excess,C% =mol Cberlebih/mol Cbereaksi x100 =1,15/1,72 =66,86%c.konversi.

dengan limiting reaktan BaSO4 makaKonversi==0,43/0,477 x 100=90,14 %

SOAL NO. 11

Korosi pipa dalam boiler oleh dapat dikurangi dengan menggunakan natrium sulfit. Natrium sulfit menghilangkan oksigen dari air masukan boiler melalui reaksi berikut ini :2Na2SO3 + O2 2 Na2SO4

Berapa pon Natrium sulfit yang dibutuhkan secara teoritis (untuk reaksi sempurna) untuk menghilangkan oksigen dari 8.300.000 pon air (10^6 gal) yang mengandung 10 ppm oksigen terlarut dan pada waktu yang sama menjaga 35% kelebihan Natrium Sulfit.

F = 100 ml P = 100 ml

CH3COOH 0,5M CH3COOH 0,4 M

100 ml = 0,1 LMol F = Molar . V

= 0,5 M . 0,1 L= 0,05 mol

Mol P = Molar . V= 0,4 M . 0,1 L= 0,04 mol

Jadi, mol CH3COOH yang terjerap :0,05 mol – 0,04 mol = 0,01 mol

Mol CH3COOH terjerap/gr arang aktif :0,01 mol/50 gr = 0,0002 mol/gr

SOAL NO. 12Diketahui batu kapur mempunyai

susunan : CaCO3 = 92,89% , MgCO3 = 5,41% dan impurities 1,70%. Dilakukan proses pembakaran terhadap batu kapur tersebut melalui reaksi :

CaCO3 CaO + CO2 MgCO3 MgO + CO2 Berapa Lb CaO yang dapat dibuat dari

5 ton batu kapur dan berapa Lb CO2 yang dihasilkan per Lb batu kapur

JAWAB

F = 5 ton O2 P = ?

CaCO3 92,89% CaO

MgCO3 5,41 % MgO

Impirities 1,7 % CO2

CaCO3

MgCO3

Impurities

reaktor

Basis 5 ton = 5000 kgMr MgCO3 = 100 gram/molMr CaO = 56 gram/mol

CaCO3 CaO + CO2 m CaCO3 = 92,89% x 5000 kg = 4644,5kg = 4,6445 x 106 grn CaCO3 = 4,6445 x 106 gr x m CaO = mol CaO x Mr CaO

= 46445mol x 56 gr/mol= 2600920 gr (faktok konversi: 1 gr = 0,0022 lb)= 2600920 x 0,0022= 5734 lb

m1 CO2 = n CO2 x Mr CO2= 46445 mol x 44 gr/mol= 2043580 gr= 2043580 x 0,0022 lb/gr = 4495,876 lb

Basis 5 ton= 5000 kgMr MgCO3 = 84 gr/molMr MgO = 40 gr/molMgCO3 MgO + CO2 m MgCO3 = 5,41% x 5000 kg = 270,5 kg = 2,705 x 106 grn MgCO3 = 2,705 x 106 /84 = 3220,238 mol m MgO = mol MgO x Mr MgO

= 3220,238 mol x 40 gr/mol= 128809,52 gr

MgCO3 MgO + CO2 m MgCO3 = 5,41% x 5000 kg = 270,5 kg = 2,705 x 106 grn MgCO3 = 2,705 x 106 /84 = 3220,238 mol m MgO = mol MgO x Mr MgO

= 3220,238 mol x 40 gr/mol= 128809,52 gr = 128809,52 gr x 0,0022 lb/gr= 283,38 lb

 M2 CO2 = n CO2 x Mr CO2

= 3220,238 mol x 44 gr/mol= 141690,472 gr= 311,719 lb

Lb CO2 yang di hasilkan per lb batu kapurLb CO2 total

m CO2 total = m1 CO2 + m2 CO2

= 4495,876 lb + 311,719 lb= 4807,595 lb

SOAL NO 13Bahan-bahan bakar untuk kenderaan bermotor selain bensin sedang dipertimbangkan karena bahan-bahan tersebut menimbulkan tingkat polutan yang lebih rendah daripada bensin. Propan mampat telah diusulkan sebagai sumber daya yang ekonomis untuk kenderaan. Andaikan bahwa dalam sebuah tes 20 kg C3H8 dibakar dengan 400 kg udara untuk menghasilkan 44 kg CO2 dan 12 kg CO. Berapa persen kelebihan udara.

JAWAB :

Reaksi yang terjadi :

Reaksi Samping :

20 kg C3H8

400 kg udara:-21% O2

-79% N2

C3H8

CO2 44 kgCO 12 kgO2

N2

C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2OUmpanBereaksi

333,33 1666,67 1000 1333,33

Sisa 1000 1333,33

C3H8 + 7/2 O2 3 CO + 4H2OUmpanBereaksi 142,857 500 428,57 571,42Sisa 428,57 571,42

Jumlah total C3H8 yang bereaksi = 333,33 + 142,857 = 475,187 molSisa C3H8 = mol umpan – mol yang bereaksi

= 454,54 – 476,187 = 21,64 molJadi pada reaksi ini kita membutuhkan tambahan 21,64 mol

C3H8

Jumlah total O2 yang bereaksi = 1666,67 + 500 = 2166,67% kelebihan O2 ==

=21,15 % Jadi, % kelebihan O2 adalah 21,15 % dengan kekurangan C3H8

umpan sebanyak 21,64 mol (952,16 gram)