1. Produksi minyak pengering ( drying oil, DO ).

Dihasilkan dari dekomposisi minyak jarak terasetilasi ( ACO ), dari data terkait

dapat dapat dituliskan sebagai order satu.

ACO ( l) ----------- CH3COOH ( g ) + DO ( l )

A B C

r = ( k/60 ) C

r = kecepatan dekomposisi, kg asam asetat hasil per detik per ft3

C = konsentrasi asam asetat, kg/m3, ekivalen terhadap ACO

Data diperoleh pada range suhu 295 - 340oC memberikan E = 44500 kal/mol,

sesuai dengan ekspresi k sebagai berikut :

ln k = ( -44500/R.T ) + 35,2 , T = K

Jika reaktor batch mula-mula berisi 227 kg A pada 340oC ( ρ = 0,9 ) dan operasi

adiabtis, plot/gambar kurve koversi ( fraksi A yang terdekomposisi ) dan T versus

t ( waktu ). Diasumsikan panas reaksi endotemis untuk reaksi ini adalah 62760

J/mol uap asam asetat. ACO yang dimasukkan ke dalam reaktor mengandung

0,156 kg ekivalen asam asetat per kg A, dekomposisi sempurna 1 kg A

menghasilkan 0,156 kg asam asetat. Panas spesifik campuran reaksi cair adalah

tetap = 2,51 x 103 J/kg. K. Uap sam asetat yang dihasilkan meninggalkan reaktor

pada suhu campuran reaksi. ( smith )

2. Reaktor untuk menghasilkan minyak pengering ( drying oil, DO ) dihasilkan dari

dekomposisi minyak jarak terasetilasi ( ACO ) yang dirancang untuk konversi 70

%. Beban/umpan awal sebanyak 500 lb dan suhu awal 340oC ( lihat soal nomor

1 ). Semua kondisi soal ( 1 ) dapat dipakai kecuali operasi adiabatis, panas yang

dimasukkan secara listrik dengan ” a cal-rod unit ” dalam bentuk coil OD 1 inchi

yang dicelupkan ke dalam campuran reaksi. Adanya pengadukan di dalam reaktor

dapat mempertahankan suhu permukaan heater konstan yaitu 700 K dan U = 60

Btu/ ( j.ft2.oF ). Berapa panjang heater yang diperlukan jika konversi 70 %

diperoleh dalam waktu 20 menit ?. ( Smith )

3. Reaksi fasa cair, irreversible, order satu di lakukan di dalam sebuah reaktor

RATB. Densitas 1,2 g/cm3 dan panas spesifik 0,9 kal/g.oC. Kecepatan alir

volumetrik umpan 210 cm3/det dan volum reaktor 10 liter. Konstanta kecepatan

sebagai berikut :

k = 1,8 x 105 e-12000/R.T det-1, T = K

Jika panas reaksi – 4600 kal/mol dan suhu umpan 20oC, Berapa suhu dan konversi

yang mungkin untuk kondisi stabil, operasi adiabatis pada konsentrasi umpan 4

mol/l. ( Smith )

4. Reaksi antara sodium tiosulfat dan hidrogen peroksida ( H2O2 ) dalam larutan

aqueous encer adalah irreversible dan order dua terhadap tiosulfat. Konstanta

kecepatan dapat ditulis :

k = 6,85 x 1014 exp ( - 18300/R.T ) cm3/mol.det

Stoikiometri reaksi menunjukan bahwa 2 mol H2O2 bereaksi dengan 1 mol

tiosulfat ( Na2S2O3 ). Panas reaksi pada 25oC adalah – 131000 kal/mol.

Studi percobaan dalam RATB meliputi kondisi sebagai berikut :

Volum reaktor = 2790 cm3

Suhu numpan = 25oC

Kecepatan umpan = 14,2 cm3/det

Operasi diasumsikan adiabatis dan konsentrasi umpan 2,04 x 10-3 mol/cm3

tiosulfat dan 4,08 x 10 -4 mol/cm3 peroksida. Hitung suhu dan konsentarsi keluar

reaktor ?. ( smith )

5. Reaktor RAP dirancang untuk memproduksi butadiene dari butene, reaksi fasa

gas,

C4H8 ----------------C4H6 + H2

Komposisi umpan adalah 10 mol uap per mol buten dan tidak ada butadiene dan

hidrogen. Reaktor beroperasi pada tekanan 2 atm dan suhu umpan masuk ( inlet )

1200oF. Kecepatan reaksi mengikuti order satu dan irreversible. Hubungan k dan t

ditunjukkan dalam tabel sebagai berikut ;

T , K 922 900 877 855 832

k 11 4,9 2,04 0,85 0,32

k = mol buten yang bereaksi / ( j. l. atm )

Panas reaksi kostan = ∆HoR = 26360 kal/mol, panas spesifik arus umpan tetap dan

nilainya adalah 0,5 Btu/lb.oR ( Smith )

a. Berapa volum yang diperlukan untuk konversi buten 20 %, jika reaktor

beroperai isotermal pada 1200oF dengan kecepatan umpan buten dan uap 22

lbmol/jam ?.

b. Jika dikehendaki untuk menentukan konversi sebagai fungsi volum reaktor

( ft3 ) untuk operasi adiabatis dengan kecepatan umpan 2 lbmol butene /jam

dan 20 lbmol uap/jam. Hitung volum reaktor untuk konversi buten 10 dan

20%.

6. Reaksi cairan organik, elementer irreversible.( Fogler )

A + B -------- C

Dilakukan di dalam sebuah reaktor alir. Umpan molar A dan B sama, masuk

reaktor pada suhu 27oC dan kecepatan alir volumetrik 2 l/det.

a. Hitung volum RAP dan RATB untuk memperoleh konversi 85 % bila reaksi

dilakukan secara adiabatis.

b. Plot konversi dan suhu sebagai fungsi volume RAP

c. Hitung konversi yang dapat dicapai dalam RATB yang bervolum 500 liter

Data :

∆HoA ( 273 K ) = - 20 kkal/mol CAo = 0,1 kmol/m3

∆HoB ( 273 K ) = - 15 kkal/mol CpA = CpB = 15 kal/mol.K

∆HoC ( 273 K ) = - 41 kkal/mol CpC = 30 kal/mol.K

k = 0,01 dm3/mol.det pada 300 K E = 10000 kal/mol

7. Reaksi fasa gas, elementer irreversible. ( Fogler )

A ------ B + C

Dilakukan secara adibatis dalam RAP packed dengan katalisator. Zat A murni

masuk reaktor pada kecepatan alir volumetrik 20 dm3 /det pada tekanan 10 atm

dan suhu 450 K.

a. Gambar/plot konversi versus T sepanjang reaktor RAP sehungga konversi 80

% ( jika mungkin ) dicapai ( berat maksimum katalis yang dapat di packed

dalam RAP adalah 50 kg )

b. Berapa katalis yang diperlukan untuk mencapi konversi 80 % dalm RATB.

Data :

CpA = 40 J/mol. K ∆HoA ( 273 K ) = - 70 kJ/mol

CpB = 25 J/mol. K ∆HoB ( 273 K ) = - 50 kJ/mol

CpC = 15 J/mol. K ∆HoC ( 273 K ) = 15 kj/mol

k = 0,133 Exp (( E/R)( 1/450 – 1/T )) dm3/kg kat.det E = 31,4 kj/mol

8. Reaksi fasa gas, irreversible elementer. (Fogler )

A + B ------ C

Dilakukan dalam reaktor RAP dan RATB . Umpan hanya mengandung A dan B

dalam perbandingan stoikiometri pada 580, 5 kPa dan 77oC. Kecepatan umpan

molar A yaitu 20 mol/det. Reaksi dilakukan secara adiabatis.

a. Tentukan volum RAP yang diperlukan untuk memperoleh konversi 85 %

b. Gambar X, T sebagai fungsi panjang reaktor jika luas penampang RAP 0,01

m2

c. Tentukan konversi yang dapat dicapai dalam RATB yang bervolum 1,5 m3

dengan penukar panas ( HE ) yang terpasang di dalamnya.

d. Ulangi (a) dan (c) untuk reaksi endotermis dengan ∆HoR yang besarnya

absolut sama, tetapi dengan suhu masuk 277oC

Data :

k = 0,035 dm3/mol.min pada 273 K E = 70000 J/mol

CpA = 25 J/mol. K ∆HoA ( 298 K ) = - 40 kJ/mol

CpB = 15 J/mol. K ∆HoB ( 298 K ) = - 30 kJ/mol

CpC = 30 J/mol. K ∆HoC ( 298 K ) = - 45 kJ/mol

Penukar panas ( HE ) :

U = 10 watt/m2. K

A = 2 m2

Ts = 17 oC

9. Reaksi fasa gas, elementer A ---- B dilakukan di dalam beberapa macam

reaktor. Umpan pada suhu 27oC, terdiri dari 80 % A dan sisanya inert. Kecepatan

alir volumetrik masuk reaktor pada suhu ini adalah 100 dm3/min. Konsentrasi A

dalam umpan pada 27oC adalah 0,5 mol/l. Untuk konversi 80 % dan adiabatis :

a. Hitung volum RAP , reaksi dilakukan adiabatis

b. Gambar X dan T sebagai fungsi panjang reaktor jika diameter reaktor 5

cm

c. Hitung volum RATB, reaksi dilakukn adiabatis

( Fogler )

d. Hitung profil T versus X sepanjang reaktor yang berdiameter 0,05 m dan

tidak terisolasi. Suhu sekeliling adalah Ts 27oC dan koefisisen transfer

panas overall U 10 W/m2. K

Panas reaksi sebagai fungsi suhu dan nilai pada 300 K yaitu – 75000 J/mol A

Pada 300 K , k = 0,217 min-1 dan k bervariasi terhadap T ( suhu ) :

T ( K ) 300 340

K ( min-1 ) 0,217 0,324

CpA = 12 J/mol. K

CpB = 10 J/mol. K

CpI = 15 J/mol. K

10. Hitung waktu yang diperlukan untuk memperoleh konversi 80 % A dalam reaksi

seperti pada soal ( 9 ), bila reaksi ini dilakukan secara adiabatis dalam reaktor

batch. Reaktor bervolum 50 ft3 dan diisi dengan 900 lbmol yang terdiri dari 66,7

% A dan sisanya inert .

11. Perancangan reaktor adiabatis RAP untuk melakukan dekomposisi di-t-butyl

peroxide untuk menghasilkan aseton dan etan.

( CH3)3COOC (CH3)3 ------- 2 (CH3)2O + C2H6

Reaksi mengikuti order satu. Konstanta kecepatan dapat ditulis :

k = 8,9 x 1016 e-40000/R. T det-1

Hitung volum reaktor yang diperlukan untuk memperoleh konversi 40 % dengan

umpan murni 40 lb/j pada 280oF dan 500 kPa.