kul 1. pendahuluan pka

7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA

1/37

ISMIYATI

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FT-UMJ


2/37

Kompetensi:

Memiliki kemampuan untuk mengaplikasikanpengetahuan yang dimilikinya dan terbiasamenggunakan prinsip matematik dan sains

untuk memecahkan persoalan industri.Memiliki kemampuan mengidentifikasi,

memformulasi, menganalisis dan memecahkanpersoalan dalam dunia industri.

Memiliki kemampuan menganalisis dampakindustri dan teknologi terhadap masyarakat


3/37

Kontrak Perkuliahan :

Dalam perkuliahan ini akan dilakukan tatap muka

kurang lebih 10 x (masing-masing 2 sesi) .

Sistem penilaian dalam bentuk huruf yaitu A, B, C,

D dan E.

Bobot nilai Ujian Mid Semester sebesar 30%

Bobot nilai Ujian Akhir Semester sebesar 50%

Bobot nilai Tugas dan Quis sebesar 20%

Syarat ujian , kehadiran 75 %.


4/37

MATERI :1. Pengantar kimia industri

2. Stoikiometri

3. Larutan

4. Kesetimbangan kimia

5. Ikatan Kimia

6. Termokimia/ Energetika

7. Kinetika kimia8. Thermodinamika

9. Berbagai macam Industri (Berbasis An-organik)


5/37

Austin, G.T. Chemical process Industries,

Mc. Graw Hill, Inc

Oeto, S., (1984), Diktat Aneka Industri Kimia,

Akademi Teknologi Industri AKPRIND

Yogyakarta.


6/37

I. PENDAHULUAN

Teknik Kimia meliputi aplikasi pengetahuan tentang

proses industri yang menitik beratkan pada

KONVERSI perubahan suatu bahan (row material)

menjadi bahan lain (produk) baik dengan proses

kimia (unit proses), proses fisika (unit operation),

maupun biologi (Bio-proses/Bioreaktor)


7/37

Struktur Sistem Proses

Kegiatan proses mengubah suatu bahanmenjadi produk secara keseluruhan dapatdipandang sebagai sebuah sistem yangterdiri atas sub-sub sistem yang menggam-

barkan suatu tahapan proses produksi


8/37

Penyimpananbahan dasar

Pemisahan

produk

Penyim

pananumpan

Reak-tor

Pemur-nian

produkPenyimpan-an produk

Daur ulang bahanyang

tidak bereaksi

Hasilsamping

Limbah

Gambar 1. Rangkaian proses sebagai sebuah sistem tahapan proses

Unit persiapan

bahan baku

Unit

prosesUnit finishing


9/37

Secara garis besar sistem proses produksi dapatdibagi dalam tiga unit, yaitu:

Unit I : Unit persiapan bahan baku

Unit II : Unit sintesis/reaksi

Unit III : Unit finishing

Tugas dari masing-masing unit berbeda, namun

secara keseluruhan mempunyai beban yang sama,dan satu sama lain saling berhubungan dalammenghasilkan produk yang diinginkan.


10/37

Adapun tugas masing-masing unit adalah sbb:

I. Unit Persiapan bahan baku.

Unit ini bertugas mempersiapkan bahan baku/raw material

agar sesuai kondisinya dengan kondisi yang dipersaratkanoleh unit II (Unit pengolahan).

Persiapan ini dapat berupa:

Penyesuaian bentuk dan fasa : besar, kecil, serbuk, cair, gas

dsb Penyesuaian konsentrasi/komposisi : murni, pekat, encer,

larutan dsb

Penyesuaian kondisi operasi : tekanan, suhu, perbandingan

komposisi dsb Transportasi bahan dasar, penampungan sementara sebelum

diolah di unit II

Dan lain-lain


11/37

Alat-alat pada unit I ini pada umumnya digunakan:

Alat penyesuaian bentuk dan fasaContoh :

crusher, ball mill, melter, condensor, evaporator,sublimator dll

Alat penyesuaian konsentrasi/komposisi

Contoh :

kolom fraksinasi, kolom distilasi, screen, absorber

dll


12/37

Alat penyesuaian kondisi operasi

Penyesuaian suhu : heat exchanger (HE), cooler,

heater, preheater dllPenyesuaian tekanan: kompresor, pompa, valve,expansion valve dll

Penyesuaian komposisi: mixer, blender, tangkiberpengadul dll

Alat transportasi dan penampungan

Contoh:

belt conveyor, elevator, pompa + pipa

Tanki-tanki penampung, silo dll


13/37

II. Unit Pengolahan/ proses sintesis

Unit ini bertugas mensintesis/mereaksikan bahan

dasar untuk mengubah menjadi senyawa hasil(produk) yang diinginkan. Alat untuk tempatterjadinya reaksi kimia disebut REAKTOR

( proses sintsis ini akan dibahas dalam bab tersendiri)

Hasil dari unit pengolahan masih berupah campurandan sisa sisa bahan baku,hasil hasil reaksi samping

,intert dan yang mungkin memerlukan pemurnian,atau pengolahan lanjut agar diperoleh spesifikasi hasilyang diinginkan .tugas tersebut dikerjakan oleh unitselanjutnya , yaitu unit finishing /unit akhir .


14/37

III. Unit finishing

Hasil yang diperolah dari unit II, kemungkinanmasih memerlukan penyesuaian kualitas, berupa:

Penyesuaian bentuk dan fasa

Penyesuaian komposisi/konsentrasi

Penyesuaian kondisi : suhu dan tekanan

Pengantongan, penyimpanan/gudang

Pada unit ini peralatan yang digunakan samadengan unit I


15/37

II. PROSES SINTESIS DALAM UNIT PENGOLAHAN

Untuk mempelajari proses kimia dalam unitpengolahan, dapat ditinjau dalam 2 segi, yaitu:

Alat/tempat

Sintesis atau reaksi


16/37

1. Alat/tempat

Sebagai tempat terjadinya reaksi pengolahan,

siperlukan alat yang disebut REAKTOR. Reaktor iniharus bisa memenuhi persyaratan tertentu yang harusdisesuaiakan dengan sifat bahan yang diolah dan sifatbahan yang dihasilkan. Misalnya: alat harus tahan

terhadap korosi, tahan terhadap tekanan, tahanterhadap suhu tinggi dsb.

Demikian juga karena kondisi reaksi (tekanan, suhudan konsentrasi dsb) untuk suatu reaksi perlu diaturdan diawasi untuk menghasilkan hasil yangdiinginkan, maka biasanya reaktor dilengkapi denganalat-alat penunjuk/indikator dan alat-alat

pengontrol/pengatur.


17/37

Termasuk sebagai alat penunjuk (indokator) antara

lain: termometer, pH meter dsb.Lambang : Flow indikator (FI), thermo indikator(TI); pressure indikator (PI)

Termasuk alat kontrol :

flow indicator and control (FIC), thermoindicatorand control (TIC), pressure indicator and control

(PIC).


18/37

2. Sintesis/reaksi

Kondisi reaksi yang tepat sangat penting untukberlangsungnya suatu reaksi kimia . Reaksi kimiaseringkali dapat berlangsung dengan cepat padakondisi tertentu dan tidak dapat berlangsung sama

sekali pada kondisi yang lain, sehinggapengetahuan tentang kondisi operasi ini sangatpenting dalam penanganan reaktor.

Mengingat hal tersebut diatas, maka sangatlah

penting untuk mempelajari/mengetahui KINETIKAdan TERMODINAMIKA dari reaksi kimia yangterjadi dalam sintesis proses tersebut.


19/37

Kinetika

Digunakan antara lain : Memahami mekanisme reaksi

Menghitung ukuran reaktor

Memperkirakan usaha-usaha yang dapatditempuh untuk mempelajari reaksi yangberjalan lambat dan reaksi yang berjalan terlalucepat agar dapat dikontrol


20/37

Termodinamika

Digunakan antara lain untuk: Memperkirakan energi/panas yang diperlukan

(endotermis) atau energi/panas yang dikeluarkan(eksotermis) dari reaksi kimia

Memperkirakan konversi maksimum yang dapatdicapai pada kesetimbangan

Memperkirakan usaha-usaha yang dapat

ditempuh untuk memperbesar konversikesetimbangan


21/37

Usaha-usaha untuk mempercepat reaksi danmemperbesar konversi ditinjau dari KINETIKA

Misalnya reaksi:

aA + bB cC + dD

Kecepatan reaksi:

- rA= k (A)a

(B)b

Keterangan:

- rA : kecepatan berkurangnya A

k : konstanta kecepatan reaksi

(A) : konentrasi reaktan A (B) : konsentrasi reakstan B

a,b : pangkat/tingkat reaksi


22/37

Hukum Arrhenius mendefinisikan :

Keterangan:

A : faktor frekwensi tumbukan

E : tenaga aktifasi R : Tetapan gas

T : suhu reaksi (oK)

E/RTAek


23/37

Terlihat bahwa k, dipengaruhi oleh A, E dan T.

1. Faktor Frekwensi tumbukan (A)Faktor frekwensi tumbukan dipengaruhu oleh:

a) Sifat pencampuran pereaksi. Jika pereaksi tidak

saling melarutkan atau tidak dapat bercampursecara sempurna maka diperlukan pengaduk,sirkulasi.

b) Luas permukaan

Untuk memperbesar faktor tumbukan diusahakanpereaksi berupa gas atau cair. Jika pereaksi berupazat padat maka perlu dilakukan gasifikasi atau dibuat

partikel-pertikel kecil (penumbukan)


24/37

c) Salah satu pereaksi dibuat excess

Pemihihan pereaksi yang dibuat excess adalahpereaksi yang lebih mudah didapatkan, hargalebih murah, jumlah melimpah dll.

2. Tenaga aktivasi (E)Tenaga aktivasi adalah tenaga awal yangdiperlukan agar reaksi dapat berlangsung .

Tenaga aktivasi ini dapat diperbesar ataudiperkecil oleh suatu katalisator.

Katalisator positif: memperkecil tenagaaktivasi sehingga mempercepat reaksi.


25/37

Katalisator negatif (inhibitor) : memperbesartenaga aktivasi sehingga memperlambat reaksi.

Inhibitor ini digunakn untuk reaksi yang berjalansangat cepat seperti: reaksi polimerisasi, reaksi inti,nuklir dan reaksi rantai.

Inhibitor dapt bekerja sebagai:

Penghalang bertemunya pereaksi

Bereaksi dengan salah satu pereaksi membentuk

senyawa yang lebih stabil Menurunkan keaktifan

Mempengaruhi kestabilan sususunan elektron


26/37

3. Suhu (T)

Dari persamaan

Nilai k dipengaruhi oleh suhu (T). Bila T dinaikkan,maka harga E/RT kecil dan k makin besar (reaksiberjalan makin cepat). Disamping dipengaruhi olehbesarnya harga k, kecepatan reaksi juga

Dipengaruhi oleh konsentrasi peraksi (A) dan (B),yang dapat ditempuh dengan menggunakankonsentrasi pereaksi yang tinggi dan memperkecil/meniadakan inert dari campuran pereaksi.

E/RTAek


27/37

Usaha memperolah hasil yang besar di tinjau dariTERMODINAMIKA

Contoh reaksi:

Pada keadaan kesetimbangan berlaku hubungan sbb:

Ket.

( ) = konsentrasi

K = konstanta kesetimbangan

dDcCbBaAk1

k2

ba

dc

2

1

(B)(A)

(D)(C)

k

kK


28/37

Untuk gas berlaku hukum gas ideal,

Sehingga

, maka

Ket:

a, b, c, d : koefisien reaksi

nA, nB, nC, nD : jumlah mol komponen

P : tekanan

nt : jumlah mol total (nA+ nB+ nC+ nD+ ninert)

Pnn(A)

t

A

b)(ad)(c

tn

P

bB

naA

n

dD

ncC

n

K


29/37

Besarnya harga k dipengaruhi oleh suhu reaksi,sedangkan dari persamaan K dapat dilihat bahwa

untuk memperoleh C dan D yang banyak, dapatditempuh dengn memakai (A) dan (B) yang tinggi,dan perbandingan pereaksi yang baik,sehingga hasilperkalian (A)ax (B)bmaksimum.

Usaha lain yaitu mengusir salah satu hasil C atau Ddari campuran hasil reaksi. Jika hasil yang

diinginkan adalah D, maka C yang segera diusir atausebaliknya. Pengusiran salah satu hasil akanmengakibatkan hasil yang terbentuk terus-menerus(maksimum).


30/37

Jika hasil yang diinginkan adalah D,

maka:

d)(cb)(a

tn

P

cC

n

bB

naA

nKn

atau,

b)(ad)(c

P

tn

cC

n

bB

naA

nn

D

D

K


31/37

Untuk memperoleh hasil D yang banyak dapatditempuh dengan:

a) K dibuat besar :

Jika reaksi eksotermis, makin rendah suhu, Kmakin besar.

Jika reaksi endotermis, makin tinggi suhu, makinbesar harga K.

b) Konsentrasi A dan B yang dipakai diusahakn tinggi

c) Salah satu hasil diusir, misalnya C sehingga nC kecil,maka nDmenjadi besar.

d) Perbandingan pereaksi yang tepat


32/37

e) Tekanan:

Bila (a + b) ( c + d) positif, maka tekanan tinggi

menguntungkan. Bila (a + b) ( c + d) negatif, maka tekanan

tinggi tidak menguntungkan.

Bila (a + b) ( c + d) adalah nol, maka tekanan

tidak berpengaruhi kesetimbangan

f)Jumlah mol total dipengaruhi inert:

Bila (a + b)

( c + d) positif, maka adanya inerttidak menguntungkan

Bila (a + b) ( c + d) negatif, maka adanya inert

menguntungkan


33/37

Kadang-kadang usaha dari segi termodinmikabertolak belakang dengan usaha ditinjau dari segikinetika, maka perlu dicari optimasi melaluipenelitian. Demikian juga kemampuan alat,

kestabilan senyawa-senyawa dan efisiensi tenagaakan menjadi batasan usaha yang ditempuh untukmendapatkan hasil yang optimal dengan waktusingkat.


34/37


35/37

Menentukan suhu optimum.


36/37

Pealatan dalam proses Industri:

1. Mixing (Pelarutan/Pengenceran)

2. Destilasi (raksinasi)3. Evaporasi (Penguapan)

4. Absorpsi

5. Ekstraksi

Beberapa contoh perhitungan peralatan, yang harus

diperhatikan:

Neraca Massa dan neraca panas

Recycle, Bypass and Purging


37/37

kul 1. pendahuluan pka

Documents