TK4101 Perancangan ProsesRyan Fitrian Sofwan Fauzan - 13011065

Reaksi model konversi etilen ke bensin10 C2H4(g) 3 C4H10(g) + C6H4(CH3)2(g) Etilena n-Butana o-Xilena

Gf entalpi bebas pembentukan , kJ/mol, = A + BT + CT2Hf entalpi pembentukan, kJ/mol, = A + BT + CT2

Sumber : C.L. Yaws, Thermodynamic and Physical Property Data, Gulf Publishing Co., Houston,USA,1992.

Reaksi dehidrasi etanol ke etilen

C2H5OH(g) C2H4(g) + H2O(g) Sumber : C.L. Yaws, Thermodynamic and Physical Property Data, Gulf Publishing Co., Houston,USA,1992.

Gf entalpi bebas pembentukan , kJ/mol, = A + BT + CT2Hf entalpi pembentukan, kJ/mol, = A + BT + CT2

Sumber : C.L. Yaws, Thermodynamic and Physical Property Data, Gulf Publishing Co., Houston,USA,1992.

TUGAS/PR :Buat tabel dan grafik perubahan energi bebas (Gr) maupun perubahan entalpi (Hr) yang menyertai kedua reaksi tersebut pada rentang 300 500 oC dengan selang temperatur 25 oC!.Berdasar data di atas, tarik kesimpulan mengenai kelayakan pelaksanaan kedua reaksi tersebut dan efek-efek kalornya!. JAWAB:Kelayakan suatu reaksi dapat dikuantifikasikan melalui sifat termodinamika dari reaksi yang bersangkutan, yaitu dengan melihat nilai perubahan energi bebas Gibbs reaksi (Gr). Selain itu, sifat termodinamika lain yaitu perubahan entalpi reaksi (Hr) dapat dijadikan acuan untuk pertimbangan pengelolaan kalor reaksi dan pertimbangan penentuan bentuk reaktor.

Reaksi model konversi etilen ke bensinTabel 1 Hasil perhitungan perubahan energi bebas reaksi dan perubahan entalpi konversi etilen ke bensinTemp. (oC)Temp. (K)Gr (kJ/mol)Hr (kJ/mol)

300573-361.23-878.67

325598-338.64-878.07

350623-316.07-877.43

375648-293.52-876.73

400673-271.00-875.98

425698-248.50-875.18

450723-226.02-874.33

475748-203.57-873.43

500773-181.15-872.48

Gambar 1 Kurva hubungan perubahan energi bebas reaksi terhadap temperatur untuk reaksi konversi etilen ke bensin Gambar 2 Kurva hubungan perubahan entalpi reaksi terhadap temperatur untuk reaksi konversi etilen ke bensinPada soal pertama yaitu model konversi etilen menjadi bensin, seperti yang dapat dilihat pada Tabel 1, hasil perhitungan perubahan energi bebas Gibbs dari reaksi tersebut memberikan nilai negatif untuk semua Gr pada rentang temperatur yang ditetapkan dan nilainya terus meningkat (semakin kecil nilai negatifnya) seiring dengan meningkatnya temperatur reaksi. Perubahan entalpi reaksi pada rentang temperatur yang sama menunjukkan nilai negatif untuk semua Hr dan nilainya terus meningkat(semakin kecil nilai negatifnya) seiring dengan meningkatnya temperatur reaksi, meskipun peningkatannya tidak sesignifikan Gr. Gambar 1 dan Gambar 2 mengilustrasikan hubungan keduanya dengan temperatur reaksi.Dari hasil yang didapat tersebut, dapat disimpulkan bahwa konversi etilen ke bensin adalah reaksi yang bersifat eksergonik, yaitu reaksi yang melepaskan energi. Hal ini dapat dilihat dari nilai Gr reaksi tersebut yang bernilai negatif dan besar, yang berarti reaksi bersifat spontan (spontaneous). Reaksi ini sangat layak dilakukan jika dilihat dari aspek termodinamika tersebut, terutama pada suhu terendah (300oC). Gr reaksi tersebut meningkat seiring peningkatan temperatur, sehingga reaksi lebih baik dijalankan pada suhu rendah.Dilihat dari perubahan entalpi reaksinya, reaksi konversi etilen menjadi bensin dapat dikategorikan sebagai reaksi eksotermik, yang ditandai dengan perubahan entalpi reaksi yang bernilai negatif. Reaksi eksotermik melepaskan panas ke lingkungan. Dari Tabel 1 dapat dilihat bahwa nilai Hr meningkat (negatif) seiring dengan peningkatan temperatur, akan tetapi peningkatannya tidak begitu signifikan jika dibandingkan dengan peningkatan perubahan energi bebas Gibbs reaksi.

Reaksi dehidrasi etanol ke etilenTabel 2 Hasil perhitungan perubahan energi bebas reaksi dan perubahan entalpi dehidrasi etanol ke etilenTemp. (oC)Temp. (K)Gr (kJmol)Hr (kJmol)

300573-27.5549.89

325598-30.7849.93

350623-34.0149.97

375648-37.2449.98

400673-40.4749.98

425698-43.7149.97

450723-46.9449.93

475748-50.1849.89

500773-53.4149.83

Gambar 3 Kurva hubungan perubahan energi bebas reaksi terhadap temperatur untuk reaksi dehidrasi etanol ke etilen

Gambar 4 Kurva hubungan perubahan entalpi reaksi terhadap temperatur untuk reaksi dehidrasi etanol ke etilen

Tabel 2 menunjukkan hasil perhitungan perubahan energi bebas Gibbs dari reaksi dehidrasi etanol ke etilen. Reaksi tersebut memberikan nilai negatif untuk semua Gr pada rentang temperatur yang ditetapkan dan nilainya terus meningkat (semakin negatif) seiring dengan meningkatnya temperatur reaksi. Sedangkan untuk perubahan entalpi reaksi pada rentang temperatur yang sama menunjukkan nilai positif untuk semua Hr dan nilainya cenderung konstan seiring dengan meningkatnya temperatur reaksi. Gambar 3 dan Gambar 4 mengilustrasikan hubungan keduanya dengan temperatur reaksi.Dari hasil yang didapat tersebut, dapat disimpulkan bahwa dehidrasi etanol ke etilen adalah reaksi yang bersifat eksergonik, yaitu reaksi yang melepaskan energi. Hal ini dapat dilihat dari nilai Gr reaksi tersebut yang bernilai negatif, yang berarti reaksi bersifat spontan (spontaneous). Jenis reaksi seperti ini lebih disukai (preferable) karena biasanya merupakan reaksi yang layak dilakukan secara komersial. Dari hasil perhitungan, pada suhu 300oC pun, reaksi sudah cukup layak dilakukan, akan tetapi semakin tinggi temperatur reaksi, kelayakan reaksi semakin bertambah.Dilihat dari perubahan entalpi reaksinya, reaksi dehidrasi etanol menjadi etilen dapat dikategorikan sebagai reaksi endotermik, yang ditandai dengan perubahan entalpi reaksi yang bernilai positif. Reaksi endotermik menyerap panas dari lingkungan. Dari Tabel 2 dapat dilihat bahwa nilai Hr cenderung konstan pada nilai sekitar 49.9 kJ/mol meskipun sebenarnya terjadi sedikit fluktuasi pada nilai Hr. Ini menandakan bahwa pada reaksi dehidrasi etanol menjadi etilen, peningkatan temperatur dari 300 hingga 500oC tidak terlalu berpengaruh pada perubahan entalpi reaksi tersebut.