fogler example 6-2
DESCRIPTION
Teknik Reaksi Kimia: Multiple ReactionTRANSCRIPT
TEKNIK REAKSI KIMIA 2KELOMPOK 1
Gabriela Putri Natalia 1206239983Jonathan 1206202040Kameliya Hani Millati 1206202034Mohamad Amirudin 1206240650Norman Pamungkas 1206240436
Dosen Pengajar : Dr. Ir. Setiadi, M.Eng.Asisten Dosen : Latif dan Wahyudi
UNIVERSITAS INDONESIADEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
2015
EXAMPLE 6-2
EXAMPLE 6-2
Kameliya Hani Millati1206202034
Fogler, H. Scott. 2006. Elements of Chemical reaction Engineering 4th Edition. US: Pearson
Education, Inc. Page 312.
SOAL EXAMPLE 6-2
Reactant A decomposes by three simultaneous reactions to form three products:Desired : BUndesired : X and YThese gas-phase reactions, along with the appropriate rate laws, are called the Trambouze Reactions.
1)
2)
3)
The specific reaction rates are given at 300 K and the activation energies for each reactions are:E1 = 10,000 kcal/moleE2 = 15,000 kcal/moleE3 = 20,000 kcal/mole.
How and under what conditions (reactor type, temperature, concentrations) should the reaction be carried out to maximize the selectivity of B for an entering concentration of A of 0.4 M and a volumetric flow rate of 2.0 dm3/s.
1. Menentukan Konsentrasi A Untuk Selektivitas B Maksimum
(1.1)Dengan menggunakan Ms. Excel, dilakukan pem-plotan data konsentrasi CA
pada rentang 0-1 dengan increment 0.025, sehingga diperoleh grafik selektivitas sebagai berikut:
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.20
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Kurva Selektivitas
CA (mol/dm3)
SB/XY
Klik Untuk Melihat Excel
1. Menentukan Konsentrasi A Untuk Selektivitas B Maksimum
CA* adalah konsentrasi A yang memberikan selektivitas yang maksimal terhadap B. Konsentrasi pada reaktor PFR berubah di
sepanjang reaktor, karenanya reaktor PFR tidak cocok untuk digunakan dan sebagai gantinya digunakan reaktor CSTR. Nilai CA
* dapat dicari dengan menurunkan persamaan untuk SB/XY terhadap CA dan mengatur nilai turunannya menjadi nol dan nilai CA
* dapat dicari.(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
(1.8)
1. Menentukan Konsentrasi A Untuk Selektivitas B Maksimum
Nilai CA* dapat dihitung dengan memasukkan nilai k1 dan k3 ke dalam persamaan (1.8) :
(1.8)
(1.9)
(1.10)
Nilai selektivitas SB/XY pada konsentrasi di atas dapat dihitung dengan mensubstitusikan CA
* ke dalam persamaan (1.1) :
(1.1)
(1.11)
(1.12)
2. Menghitung Volume CSTR
Untuk menghitung volume pada CSTR, diperlukan persamaan laju pembentukan A. Laju pembentukan A dapat digambarkan dengan persamaan berikut:
(1.13)
(1.14)
(1.15)
Volume CSTR dapat dihitung dengan menggunakan hubungan antara V, vo, dan τ
(1.16)
(1.17)
(1.18)
(1.19)
(1.20)
(1.21)
(1.22)
Sehingga nilai V dapat dihitung sebagai berikut:
Dimana adalah / sehingga dapat dihitung sebagai berikut:
3. Mengatur Suhu untuk Selektivitas Maksimal
Salah satu yang menjadi faktor penentu selektivitas suatu reaksi adalah suhu. Selektivitas dapat dimaksimalkan dengan meninjau persamaan selektivitas dalam bentuk persamaan Arrhenius yang menghubungkan selektivitas dengan energi aktivasi. Persamaannya adalah sebagai berikut:
(1.1)
(1.11)
(1.23)
Seperti yang terlihat pada persamaan (1.23), komponen yang mempengaruhi pengaturan suhu agar nilai selektivitas terhadap komponen yang diharapkan tinggi adalah nilai . Terdapat tiga kasus yang memungkinkan:
Kasus 1:
Kasus 2:
Kasus 3:
3. Mengatur Suhu untuk Selektivitas Maksimal
Kasus 1:
Kasus 2:
Kasus 3:
Jika kasus 1 berlaku, maka reaksi harus dijalankan pada suhu yang setinggi yang dimungkinkan dan harus diperhatikan reaksi lain yang mungkin terjadi pada suhu tinggi.
Jika kasus 2 berlaku, maka reaksi harus dijalankan pada suhu yang cukup rendah (tidak terlalu rendah) agar konversi yang signifikan tercapai.
Jika kasus 3 berlaku, maka selektivitas reaksi independen terhadap suhu.
Selanjutnya, dilakukan perhitungan nilai dengan menggunakan data-data yang diperoleh dari soal:
Kasus yang berlaku adalah kasus 3, maka selektivitas reaksi independen terhadap suhu.
(1.24)
4. Menghitung Konversi A Pada CSTR
Konversi A pada reaktor adalah:
(1.25)
Jika konversi yang lebih tinggi dibutuhkan, maka penggunaan reaktor CSTR perlu diikuti dengan penambahan reaktor PFR karena konsentrasi CA
* dan selektivitas akan menurun secara konstan hingga mencapai konsentrasi akhir CAf. Maka
sistem beruntun yang akan memberikan selektivitas maksimal adalah:
[𝐶𝑆𝑇𝑅|𝐶𝐴∗+𝑃𝐹𝑅|𝐶 𝐴
∗
𝐶 𝐴𝑓 ]
5. Menghitung CSTR + PFR
Pertama-tama, dilakukan perhitungan konsentrasi keluaran dari spesi X, Y, dan B dengan menggunakan neraca mol.
(1.26)(1.27)
(1.28)(1.29)
(1.30)
5.1. Perhitungan Konsentrasi Keluaran Spesi X, Y, dan B
Spesi X
Spesi Y
Spesi B
5. Menghitung CSTR + PFR
5.2. Perhitungan Neraca Mol PFR
Persamaan neraca mol pada PFR adalah:
(1.31)
(1.32)
(1.33)
(1.34)
Kemudian, pada saat τ = 0:
5. Menghitung CSTR + PFR
5.3. Membuat Kurva Profil Konsentrasi dan Profil Selektivitas dengan Polymath
0 50 100 150 200 250 3000.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.0900000000000001
0.1
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0.17
Kurva Profil Konsentrasi
CaCxCbCy
(s)τ
Ci(mol/dm3)
0 50 100 150 200 250 3000.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
1
Kurva Profil Selektivitas
(s)τ
X
Klik Untuk Melihat Polymath
6. Kesimpulan Ex 6-2
1. Untuk memperoleh selektivitas terhadap B (produk yang diinginkan) yang maksimum, dapat ditentukan:• Konsentrasi A saat selektivitas terhadap B maksimum• Volume reactor CSTR• Pengaturan suhu operasi• Penambahan reactor PFR
2. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa selektivitas terhadap B akan maksimal ketika:• dimana = 0.84• VCSTR = 1566 dm3
• Selektivitas terhadap B tidak dipengaruhi suhu karena • Berdasarkan kurva profil konsentrasi dan profil selektivitas untuk penambahan reator PFR diketaui sebagai berikut:
Pada keluaran PFR meskipun diperoleh peningkatan konversi A dan peningkatan konsentrasi produk B, terjadi penurunan selektivitas terhadap B (SB/XY). Maka, perlu diperhatikan juga apakah penambahan PFR cukup baik untuk dilakukan, mengingat terjadinya penurunan selektivitas dan juga penambahan biaya
DAFTAR PUSTAKA
Fogler, H. Scott. 2006. Elements of Chemical reaction Engineering 4th Edition. US: Pearson Education, Inc. Page 312.
Gabriela Jonathan Kameliya Amir Norman
KELOMPOK 1