Azas Teknik Kimia I

2 Sks

PERSAMAAN KIMIA & STOIKIOMETRI

Contoh Persamaan Kimia:C4H8 + 6 O2 → 4 CO2 + 4 H2O

• Dari persamaan tersebut dapat diketahui bahwa 1 mol (bukan massa atau volume) butana akan bereaksi dengan 6 mol oksigen untuk memberikan 4 mol karbon dioksida dan 4 mol air. 1 mol CO2 dibentuk dari setiap 1/4 mol C7H16.

• Koefisien stoikiometri : bilangan-bilangan yang berada di depan senyawa-senyawa dalam persamaan kimia.

• Rasio stoikiometri : rasio yang diperoleh dari dari koefisien numerik dalam persamaan kimia. Dari rasio stoikimetri ini dapat dihitung mol dari suatu zat yang berhubungan dengan mol zat lainnya dalam persamaan kimia tersebut.

Contoh Penggunaan Persamaan Kimia

Dalam pembakaran heptana, dihasilkan karbondioksida dengan reaksi:

C7H16 + 11 O2 → 7 CO2 + 8 H2O

Jika heptana dibakar sebanyak 300 kg,

a. Berapa kg karbondioksida dapat dihasilkan dari reaksi tersebut?

b. Berapa kg H2O terbentuk?

Contoh Penggunaan Stoikiometri

Analisis batu kapur :• CaCO3 92,89%• MgCO3 5,41%• Isoluble 1,70%

Reaksi yang terjadi:

CaCO3 → CaO + CO2

MgCO3 → MgO + CO2

a. Berapa banyak kapur diperoleh bila batu kapur diumpankan sebanyak 1 kg

b. Berapa banyak karbondioksida diperoleh dari reaksi tersebut?

Reaktan Pembatas• Reaktan pembatas adalah reaktan yang terdapat dalam jumlah

stoikiometrik terkecil.

• Untuk menentukan reaktan pembatas, harus dihitung rasio mol dari reaktan-reaktan dan membandingkan setiap rasio dengan rasio yang sesuai dari koefisien reaktan dalam persamaan kimia.

Contoh: jika 1 gmol C7H16 dan 12 gmol O2 dicampur, sehingga terjadi reaksi: C7H16 + 11 O2 → 7 CO2 + 8 H2O

Maka C7H16 akan menjadi reaktan pembatas.

• Jika terdapat lebih dari dua reaktan, harus digunakan satu reaktan sebagai zat referensi, hitung rasio mol dari reaktan-reaktan lain dalam masukan relatif terhadap referensi tersebut, buat perbandingan sepasang-sepasang dengan rasio yang analog dalam persamaan kimia dan urutkan setiap senyawa berdasarkan tingkatannya.

Contoh, reaksi: A + 3B + 2C → produk

• Jika 1,1 mol A, 3,2 mol B dan 2,4 mol C dimasukkan sebagai reaktan dalam reaktor, dan jika dipilih A sebagai referensi, maka:

Rasio dalam masukan rasio dalam persamaan kimia B/A :3,2 / 1,1 = 2,91 < 3 / 1 = 3

C/A :2,4 / 1,1 = 2,18 > 2 / 1 = 2

Sehingga dapat disimpulkan bahwa B adalah reaktan pembatas relatif terhadap A, dan A adalah reaktan pembatas relatif terhadap C. Sehingga B adalah reaktan pembatas diantara tiga reaktan tersebut. B < A , C > A ( A< C) sehingga B < A < C.

Reaktan berlebih• Reaktan berlebih adalah reaktan yang terdapat

lebih daripada reaktan pembatas.

• Persen kelebihan dari sebuah reaktan didasarkan pada jumlah kelebihan reaktan di atas yang dibutuhkan untuk bereaksi dengan reaktan pembatas sesuai dengan persamaan kimia.

• Kelebihan mol = total mol reaktan yang tersedia – mol yang diperlukan untuk bereaksi dengan reaktan pembatas

)100(tan

%pembatasdenganreakukbereaksiutuhkanuntmolyangdib

olkelebihanmkelebihan

Konversi Menurut penggunaannya, konversi reaksi terbagi

menjadi 2, yaitu:

• Konversi Jalan Tunggal atau “sekali-lewat” (Single-pass or “once-through” conversion), yaitu: massa (mol) reaktan yang bereaksi di dalam reaktor (masukan proses) / massa (mol) reaktan yang diasupkan ke dalam reaktor. Konversi ini juga disebut sebagai fractional conversion.

• Konversi fraksi keseluruhan (Overall fraction conversion)

Yaitu: (massa (mol) dalam asupan segar – massa (mol) reaktan dalam keluaran dari proses keseluruhan (produk bersih)) / massa (mol) reaktan yang diasupkan ke dalam reaktor.

Contoh soal Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, ammonia dan

oksigen dengan reaksi sebagai berikut:C3H6 + NH3 + 3/2 O2 → C3H3N + 3 H2OUmpan terdiri dari 10% mol propilen, 12% mol ammonia dan 78% mol udara. Konversi fraksional 30% terhadap reaktan pembatas yang diperoleh. Jika dibuat basis umpan sebanyak 100 mol, tentukanlah yang mana limiting reaktan, % kelebihan reaktan berlebih dan jumlah molar masing-masing produk keluaran reaktor.

PenyelesaianUmpan reaktor terdiri dari:(nC3H6)in = 10 mol(nNH3)in = 12 mol(nO2)in = 78 mol udara (0,21 mol O2 / mol udara) = 16,4 mol

(nNH3/nC3H6)in = 12 / 10 = 1,2 → NH3 adalah excess (1,2 > 1)(nNH3/nC3H6)stoi = 1 / 1 = 1(nO2/nC3H6)in = 1,64 → O2 adalah excess (1,64 > 1,5)(nO2/nC3H6)stoi = 1,5Jadi, propilen adalah reaktan pembatas (limiting reactan)

Propilen adalah reaktan pembatas. Maka, (nNH3)stoi = 10 mol C3H6 (1 mol NH3 / 1 mol C3H6) = 10 mol NH3

(nO2)stoi = 10 mol C3H6 (1,5 mol O2 / 1 mol C3H6) = 15 mol O2

(%excess)NH3 = (12 – 10) / 10 x 100% = 20% excess NH3

(%excess)O2 = (16,4 – 15) / 15 x 100% = 9,3% excess O2

Jika konversi fraksional C3H6 adalah 30%, maka

(nC3H6)out = 0,7 (nC3H6)in = 7 mol C3H6

nC3H6 yang bereaksi = 0,3 (nC3H6)in = 3 mol = maka, molar masing-masing komponen keluar reaktor: (nNH3)out = 12 mol - = 9 mol (nO2)out = 16,4 – 1,5 = 11,9 mol (nN2)out = 61,6 mol (nH2O)out = 3 = 9 mol (nC3H3N)out = = 3 mol (nC3H6)out = 7 mol

Selektivitas Selektivitas adalah perbandingan dari mol produk tertentu (produk

yang diinginkan) terhadap mol produk lainnya (produk yang tidak diinginkan atau produk sampingan) yang dihasilkan dalam sekumpulan reaksi.

Yield Untuk reaktan tunggal dan produk, adalah massa atau mol produk

akhir dibagi dengan massa atau mol reaktan awal baik yang dimasukkan atau yang dipakai.Jika terdapat lebih dari satu produk dan lebih dari satu reaktan yang terlibat, reaktan yang menjadi dasar yield harus dinyatakan dengan jelas.

Andaikan ada rantai reaksi sebagai berikut: A → B → CDengan B sebagai produk yang diinginkan dan C sebagai yang tidak diinginkan. Yield B adalah mol (atau massa) B yang dihasilkan dibagi dengan mol (atau massa) A yang disediakan atau dipakai.

Selektivitas B adalah mol B dibagi dengan mol C yang dihasilkan.

Contoh soal:

C2H5OH → CH3CHO + H2

C2H5OH → CH3COOC2H5 + 2 H2

Konversi etanol = 0,95 dan yield asetaldehid = 0,8. Jika Umpan pure etanol sebanyak 100 mol/jam, hitunglah molar masing-masing komponen keluar reaktor.