Contoh soal reaksi alat tunggal

Ingat : untuk NM yang melibatkan reaksi kimia maka bekerjalah dengan satuan mol.

NERACA MASSA DENGAN REAKSI ALAT TUNGAL

example

example

example

example

example

example

Yield: Reactions, in general, do not go to 100% conversion of the reactant into the desired product. This is because of side reactions taking place as well as thermodynamic limitations (see below). “Yield” is used to measure how effective a reaction is in converting reactant to the desired product. It has several possible definitions, so it is important to always note which one is being used. Often, yield is defined as

Selectivity: Selectivity measures how effective a reaction is in producing the desiredproduct relative to undesired products that result from side reactions.

Consider the following pair of reactions.• A → 2B (desired)• A → C (undesired)

100 moles of A are fed to a batch reactor and the final product contains 10 mol of A, 160 mol of B and 10 mol of C. Calculate (1) percentage yield of B, (2) the selectivity of B relative to C and (3) the extents of the reactions.

Solution

Percentage Yield

moles of desired product (B) formed = 160

moles of desired product formed if there were no side reactions and the limiting reactant reacts completely =

100 moles of A×( 2 moles of B produced/ 1mole of A reacted ) = 200 moles

yield (%) = 160/200*100 = 80%

Selectivity

moles of desired product (B) formed = 160

moles of undesired product (C) formed = 10

selectivity = moles of desired product formed/moles of undesired product formed

= 160/10 = 16

Yield and Selectivity in a Dehydrogenation Reactor

Neraca Massa proses kimia dengan aliran komplek :

Kasus : TiCl4 dihasilkan dengan mereaksikan Titanium dioksid dengan asam klorid di dalam reaktor. TiO2 disuplai dari bijih yang mengandung 78% TiO2. HCl yang tersedia terdapat dalam larutan HCl 45%. Konversi TiO2 adalah 75%. HCl yang diumpankan berlebihan 20%. Produk hasil reaktor diumpankan dalam separator. Dalam separator dapat dipisahkan TiO2 murni yang kemudian didaurulang diumpankan kembali ke reaktor. Jika dihasilkan TiCl4 sebanyak 189,7 Kg/jam, tentukan Kg/jam:

• a. bijih yang dibutuhkan.• b. larutan HCl yang dibutuhkan.• c. TiO2 yang didaurulang.• (BM TiO2=79,9; HCl = 36,47; TiCl4 189,7)

Penyelesaian:

a. Skema diagram alir

1. Tulis reaksi,

2. Lengkapi data kualitatif P1 dan G.

b. NM di sekitar keseluruhan alat:

d-Glukose diubah menjadi d-fruktose di dalam reaktor fixed bed. Fresh feed mengandung 40% glukose dalam air, bersama-sarna dengan aliran recycle memasuki reaktor. Keluar dari reaktor sebagian produk direcycle dengan ratio (recycle/produk) = 1/8.33. Berapa %konversi “one pass through reactor” dari glukose? Diketahui bahwa kandungan fruktose memasuki reaktor adalah 4%.

Penyelesaian

Reaksi C6H12O6 C6H12O6 d-glukose d-fruktose

Basis : F = 100 lb

Misalkan : F’ = laju alir memasuki reaktor• Karena komposisi produk P dan yang direcycle R sama, maka digunakan

simbol yang sama untuk komposisi kedua aliran.Neraca massa overall (O) Total : 100 = Ppadahal R/P = 1/8.33 R = 12 lbAir : XW,F . F = XW,P . P 0.6 (100) = XW,P . P XW,P = 0.6 = XW,R

Neraca Massa di sekitar titik pencampuranTotal : F + R = F’ 100 + 12 = F’ = 112 lb Glukose : F XG,F + R. XG,R = F’ XG.F’

100 (0.4) + 12 XG,R = 112 XG,F’ (1)Fruktose : F.0 + R.XF,R = F’.XF,F’

12 XF,R= 112 (0.04) XF,R = 0.373 Σ XI,R = 1 XW,R + XF,R + XG,R = 1 0.6 + 0.373 + XG,R = 1 XG,R = 0,027substitusi ke persamaan (1) didapat XG.F= 0,36Misalkan : f = fraksi gukose yang terkonversi di dalam reactor

= konversi one pass through reactor

Bila terjadi reaksi kimia di dalarn reaktor, neraca bahan untuk reaktor pada keadaan stedi adalah sebagai berikut:

Massa masuk – Massa keluar + Massa yang dihasilkan pada sistem reaktor - Massa terkonsumsi = 0

Neraca massa di sekitar reaktor + splitter (2)Glukose: Input – Output – Terkonsumsi = 0 F’. XG,F’ – (R + P) XG,R – F’ .XG,F’. f = 0112 (0.36) – 112 (0.027) — 112 (0.36) f = 0 f =0,93 Jadi konversi ‘one pass through reactor” adalah :

0.93

• Suatu campuran nitrogen-hidrogen (1:3) direaksikan dalam reaktor membentuk amonia dengan konversi 25%. NH3 yang terbentuk dipisahkan dengan kondensasi dan gas yang tidak terkonversi dikembalikan ke dalam reaktor (di recycle). Umpan campuran nitrogen-hidrogen mengandung 0.2 bagian argon tiap 100 hagian campuran N2 - H2 . Toleransi limit argon masuk ke dalam reaktor adalah 5 bagian (volum) terhadap 100 bagian campuran N2 - H2 atau 5%. Carilah berapa fraksi recycle yang harus dibuang (purged) secara kontinyu.

Reaksi: N2 + 3 H2 —> 2 NH3.

Misal x = mol (N2 + H2) yang direcycle y = mol (N2 + H2) yang dipurgeBasis: 100 mol umpan (N2 + H2)

Reaksi dalam reaktor: N2 + 3 H2 2 NH3

4 mol ∞ 2 molkonversi 25%(N2 + H2) yang bereaksi : 0.25 (100 + x) molNH3 yang terbentuk : 0.25/2 (100 + x) molArgon dalam fresh feed : 0.2 molArgon dalarn umpan reaktor : 0.05(100 + x) mol

Mencari kandungan argon dalam aliran keluar kondenser.Kandungan argon sama pada ketiga aliran:• keluar condenser• recycle• purge

Perbandingan jumlah mol argon keluar (=masuk) reaktor per jumlah mol campuran (N2 + H2) keluar reaktor adalah:

Sehingga argon yang dibuang = 0.0667 y Jika keadaan sudah stedi, argon yang dibuang harus sarna dengan argon yang

masuk bersarna sama feed: Jadi 0.0667 y = 0.2 y = 3 Neraca massa (mol) (N2 + H2) disekitar separator 0.75 (100+x) = x + y Masukkan harga y x = 288 mol NH3 terbentuk

Perbandingan mol (N2 + H2) recycle/fresh feed =

Perbandingan mol (N2 + H2) purge/fresh feed = = 0.0104

Perbandingan purge dengan gas total keluaran reaktor = y/(x+y)