makalah permodelan teknik kimia (kelompok 9)

MAKALAH PERMODELAN TEKNIK KIMIA

Proyek Akhir Pra UTS

DISUSUN OLEH

KELOMPOK 9

Andra Bernama PA / 1206238311

David Wibawa Aji / 1206252051

Rahganda / 1206261182

Umar Putra Syahrudin / 1206247726

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

SEMESTER GENAP 2013/2014

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena dengan rahmat, karunia, serta taufik

dan hidayah-Nya lah penyusun dapat menyelesaikan “makalah permodelan teknik kimia” ini

sebatas pengetahuan dan kemampuan yang dimiliki. Dan juga penyusun berterima kasih pada

pada Bapak Prof. Dr. Ir. Setijo Bismo, DEA selaku Dosen mata kuliah Permodelan Teknik Kimia

- 01 yang telah memberikan tugas ini kepada penyusun.

Makalah ini disusun dalam rangka menyelesaikan tugas mata kuliah Permodelan Teknik

Kimia, yaitu dalam Proyek Akhir UTS Semester Genap 2013/2014. Penyusun sangat berharap

makalah ini dapat berguna dalam rangka menambah wawasan serta pengetahuan kita mengenai

permodelan teknik kimia dengan lebih dalam. Penyusun juga menyadari sepenuhnya bahwa di

dalam tugas ini terdapat kekurangan-kekurangan dan jauh dari apa yang penyusun harapkan.

Untuk itu, penyusun berharap adanya kritik, saran dan usulan demi perbaikan di masa yang akan

datang, mengingat tidak ada sesuatu yang sempurna tanpa sarana yang membangun.

Semoga makalah sederhana ini dapat dipahami bagi siapapun yang membacanya.

Sekiranya makalah yang telah disusun ini dapat berguna bagi penyusun sendiri maupun orang

yang membacanya. Sebelumnya penyusun mohon maaf apabila terdapat kesalahan kata-kata yang

kurang berkenan dan penyusun memohon kritik dan saran yang membangun demi perbaikan di

masa depan.

Depok, 1 April 2014

Penyusun

Daftar Isi

Halaman Judul .....................................................................................................iKata Pengantar.....................................................................................................iiDaftar Isi ...............................................................................................................iii

BAB IProblem Statement................................................................................................1

BAB IISolusi Persoalan.....................................................................................................3

BAB IIIKesimpulan ...........................................................................................................26

Daftar Pustaka .......................................................................................................26

BAB I

PROBLEM STATEMENT

Proyek Pemodelan Teknik Kimia

Topik: Pemodelan Sistem Produksi Gas Hidrogen Melalui Reaksi Reformasi Kukus

Perhatian: Proyek ini merupakan pekerjaan/tugas kelompok yang harus dikumpulkan pada waktu UTS Pemodelan TK, tanggal 4 April 2014. Tugas dikumpulkan dalam bentuk MAKALAH yang diketik dalam MS-WORD 2003

Reaksi gas METANA dengan KUKUS (uap air) pada SUHU TINGGI, sampai saat ini merupakan cara mendapatkan

gas HIDROGEN yang paling ekonomis, sesuai reaksi “Reformasi Kukus” (RK) berikut ini:

(1)

Jika di dalam sistem reaksi, pada awalnya, terdapat gas , maka reaksi berikut juga dapat terjadi:

(2)

Selanjutnya, melalui ”Reaksi Water Gas SHIFT” (WGS), produk-produk gas di atas bereaksi kembali sebagai berikut:

(3)

Atau, secara menyeluruh, reaksi yang terjadi dalam ”kesatuan reaktor” di atas adalah:

Diketahui, dari data termodinamika, bahwa konstanta-konstanta kesetimbangan ( ) reaksi (1), (2) dan (3) di atas

adalah (tekanan dalam Bar, dalam Kelvin):

(4)

(5)

(6)

Persoalan Pemodelan:

[1]. Jika pada awalnya, ke dalam reaktor/tungku “Primary Reformer” dimasukkan gas-gas pereaksi , ,

dan masing-masing sebanyak 25, 29, dan 6 kmol/jam; maka buatlah “Model Matematika” yang

dapat merepresentasikan permasalahan di atas. Model matematika yang dimaksudkan, seharusnya

merupakan gabungan dari neraca massa unsur/atom dan kesetimbangannya!

[2]. Jika sistem dilangsungkan pada tekanan 10 Bar dan suhu efektif rerata pada reaktor “Primary Reformer”

adalah antara 857 ºC, maka hitunglah (menggunakan model kalian dan program yang pernah diajarkan)

jumlah semua spesi yang dihasilkan dan atau tersisa dalam sistem di atas.!

[3]. Bandingkan hasilnya jika dimasukkan gas-gas pereaksi , , dan masing-masing sebanyak

25, 29, dan 0 kmol/jam!

[4]. Dalam rentang tekanan 7 – 15 Bar, cobalah kalian gunakan model dan program kalian untuk menentukan

nisbah (rasio) H2/COyang terbesar dalam “Syngas” (gas sintesis), yang dihasilkan sistem tersebut!

BAB II

SOLUSI PERSOALAN

1. Untuk persoalan pertama ini, dibuatlah model matematika yang merupakan gabungan dari neraca massa unsur/atom dan kesetimbangannya untuk reaksi gas metana dengan kukusa yang terdapat pada reactor “Primary Reformer” .

Ntot = NCH4 + NH2O + NCO + NCO2 + NH2

NCH4 + NCO + NCO2 – EC = 0 (1)

4NCH4 + 2NH2O + 2NH2 – EH = 0 (2)

NH2O + NCO + 4NCO2 – EO = 0 (3)

-log (NCH4) – log (NH2O) + log (NCO) + 3log (NH2) + 2log (P) = -2log (Ntot) – ln Kp1 = 0 (4)

-log (NH2O) – log (NCO) + log (NCO2) + log (NH2) – ln Kp2 = 0 (5)

Dari model matematika ini, dapat mempresentasikan permasalahan yang terjadi pada reaksi gas metana dan kukus dimana nantinya akan diketahui masukan gas pereaksi dari CH4 , H2O, dan CO2.

2. Untuk soal kedua ini, dilakukan penghitungan untuk mendapatkan jumlah spesi yang dihasilkan dan atau tersisa dalam sistem jika dimasukkan gas gas pereaksi CH4 sebesar 25 kmol/ jam , H2O sebesar 29 kmol/jam , CO2 sebesar 6 kmol/jam dengan kondisi tekanan 10 Bar dan suhu efektif rerata pada reactor “Primary Reformer” adalah 857 oC. Penghitungan dilakukan dengan menggunakan permodelan pada program fortran. Programnya adalah seperti di bawah ini :

Selanjutnya program dicompile dan dirun dengan memasukkan setiap nilai yang tersedia pada soal. Nilai yang dimasukkan adalah sebagai berikut :

a) Jumlah mol awal CH4 : 25 kmol/jamb) Jumlah mol awal H2O : 29 kmol/jamc) Jumlah mol awal CO2 : 6 kmol/jamd) Tekanan sistem : 10 bare) Suhu reaksi : 857 oC = 1130 K

Untuk 5 tebakan awal jumlah spesi pada suhu 1130 K, dimasukkan data yang sudah diberikan sebagai berikut

1. X[1] : 0,422. X[2] : 1,843. X[3] : 8,994. X[4] : 0,585. X[5] : 29,28

Setelah kita masukan semua data diatas, maka program akan memberikan hasil seperti di bawah ini :

Jumlah mol akhir dari tiap spesi untuk data-data masukan awal yang diberikan diatas adalah1. CH4 = 5,54 kmol2. H2O = 11,44 kmol3. CO = 21,37 kmol4. CO2 = 4,10 kmol5. H2 = 56,49 kmol

3. Untuk soal ketiga dilakukan pembandingan jumlah spesi terhadap penghitungan sebelumnya jika gas pereaksi yang dimasukkan adalah CH4, H2O, dan CO2 masing-masing sebanyak 25, 29, dan 0 kmol/jam. Permodelan pada program fortran yang digunakan berbeda dengan sebelumnya karena di sini pada gas pereaksi tidak ada CO2 yang dimasukkan. Programnya adalah sebagai berikut

Selanjutnya sama seperti sebelumnya program dicompile dan dirun dengan memasukkan setiap nilai yang tersedia pada soal. Di sini yang membedakan adalah nilai CO2 yang dimasukkan sebesar 0kmol/jam. Nilai yang dimasukkan adalah sebagai berikut :

a) Jumlah mol awal CH4 : 25 kmol/jamb) Jumlah mol awal H2O : 29 kmol/jamc) Jumlah mol awal CO2 : 0 kmol/jam

d) Tekanan sistem : 10 bare) Suhu reaksi : 857 oC = 1130 K

Untuk 5 tebakan awal jumlah spesi pada suhu 1130 K, dimasukkan data yang sudah diberikan sebagai berikut

6. X[1] : 0,427. X[2] : 1,848. X[3] : 8,999. X[4] : 0,5810. X[5] : 29,28

Setelah kita masukan semua data diatas, maka program akan memberikan hasil seperti di bawah ini :

Jumlah mol akhir dari tiap spesi untuk data-data masukan awal yang diberikan diatas adalah1. CH4 = 6,78 kmol2. H2O = 8,52 kmol3. CO = 15,95 kmol4. CO2 = 2,26 kmol5. H2 = 56,90 kmol

4. Pada soal keempat, kita akan menentukan nisbah (rasio) H2/CO yang terbesar dalam “Syngas” pada rentang tekanan 7-15 bar.

Untuk reaksi dengan gas-gas pereaksi CH4, H2O dan CO2 masing-masing 25 kmol/jam, 29 kmol/jam dan 6 kmol/jam.

Untuk P = 7 bar, didapatkan hasil sebagai berikut :

Rasio H2/CO = 2,607712635235


Rasio H2/CO = 2,620067309776


Rasio H2/CO = 2,632099228402


Rasio H2/CO2 = 2,643786806355


Rasio H2/CO2 = 2,655126164264


Rasio H2/CO2 = 2,666123015619


Rasio H2/CO2 = 2,676788161102


Rasio H2/CO2 = 2,687134934279


Rasio H2/CO2 = 2,697177734631

Untuk reaksi dengan gas-gas pereaksi CH4, H2O dan CO2 masing-masing 25 kmol/jam, 29 kmol/jam dan 0 kmol/jam.


Rasio H2/CO = 3,443500020269


Rasio H2/CO = 3,485994222537


Rasio H2/CO = 3,527243650860


Rasio H2/CO = 3,567318344701


Rasio H2/CO = 3,606290714613


Rasio H2/CO = 3,644230736662


Rasio H2/CO = 3,681204019526


Rasio H2/CO = 3,717271184327


Rasio H2/CO = 3,752487850181

Setelah mendapatkan semua nilai rasio H2/CO dari variasi tekanan yang berbeda-beda yaitu pada rentang 7-15 bar pada reaksi dengan masukan gas CO2 maupun tanpa CO2, maka dibuatlah tabel dari rasio H2/CO terhadap variasi tekanan. Tabelnya seperti dibawah ini,

Tabel 1. Rasio mol H2/CO vs TekananTekanan (bar) H2/CO (dengan masukan

gas CO2)H2/CO (tanpa masukan CO2)

7 2,607712635235 3,4435000202698 2,620067309776 3,4859942225379 2,632099228402 3,52724365086010 2,643786806355 3,56731834470111 2,655126164264 3,60629071461312 2,666123015619 3,64423073666213 2,676788161102 3,68120401952614 2,687134934279 3,71727118432715 2,697177734631 3,752487850181

Data dari tabel-tabel diatas digambarkan dalam sebuah grafik dibawah ini,

Dapat disimpulkan bahwa semakin besar tekanan semakin besar rasio H2/CO. Sehingga disini yang memiliki rasio H2/CO paling besar adalah pada tekanan 15 bar.

BAB III

KESIMPULAN

Jumlah mol masukan awal mempengaruhi jumlah mol pada akhir reaksi Semakin besar jumlah mol CO2 maka reaksi akan bergerak kearah kanan Bila jumlah mol CO2 pada masukan awal besar, maka jumlah mol CH4 pada akhir reaksi akan

kecil. Variasi tekanan mempengaruhi rasio mol H2 /CO yang dihasilkan. Besarnya tekanan berbanding lurus dengan besarnya rasio H2/CO sehingga dapat dikatakan

pbahwa produksi H2 akan maksimal pada tekanan semakin tinggi

DAFTAR PUSTAKA

Bismo Setijo, Muharam Yuswan, (2011) Metode Numerik dengan Pemrograman Fortran dan Pascal . Bandung : Bandung Sains dan Teknologi

makalah permodelan teknik kimia (kelompok 9)

Documents