Download azas teknik kimia neraca massa dengan reaksi PDF

Titleazas teknik kimia neraca massa dengan reaksi
File Size101.1 KB
Total Pages10
Document Text Contents
Page 2

2

Nkeluars = Nmasuks + Rs 3.1

atau Fkeluars = Fmasuks + MsRs 3.2

Jadi ada satu tambahan variabel dalam perhitungan neraca zat iaitu laju produksi. Laju produksi dan

pengurangan pereaksi mesti semuanya sebanding dengan salah satu zat yang terlibat dalam reaksi.

Perbandingan itu ditentukan dari koefisien stokiometri dari persamaan reaksi.

Contoh: 3.2

Dari reaksi stokiometri untuk pembuatan amonia:

N2 + 3 H2  2 NH3

Maka dapat dibuat perbandingan:

3

2


1

3


1

2

2

3

2

2

2

3 =


=



=

− H

NH

N

H

N

NH

R

R

R

R

R

R

Dari contoh 3.1 diketahui laju masuk N2, H2 dan NH3 masing-masing 12, 40 dan 0 mol/jam, laju

produksi N2 = –4 mol/jam, maka

RNH3 = 2(-RN2) = 8 mol/jam

RH2 = 3 (RN2) = -12 mol/jam

Akibatnya dapat dibuat neraca bahan:

jammolRNN

jammolRNN

jammolRNN

H
masuk
H

keluar
H

N
masuk
N

keluar
N

NH
masuk
NH

keluar
NH

/ 281240

/ 8412

/ 880

222

222

333

=−=+=

=−=+=

=+=+=

Dapat disimpulkan bahwa dengan adanya reaksi kimia tunggal yang melibatkan s zat kimia, laju

produksi sebarang satu zat merupakan data yang menentukan laju produksi zat lain (s-1). Dalam hal ini,

neraca massa akan mencakup satu variabel bebas tambahan iaitu laju produksi zat acuan yang dipilih.

3.1.1 Konsep Laju Reaksi

Meskipun perumusan persamaan neraca laju produksi zat acuan merupakan pendekatan yang

terbaik, perlu mendefinisikan ukuran laju produksi yang diperoleh melalui reaksi.

Contoh 3.3 Seperti pada contoh 3.2, dari persamaan reaksi kimia diperoleh:

3

2


1

3


1

2

2

3

2

2

2

3 =


=



=

− H

NH

N

H

N

NH

R

R

R

R

R

R

Hubungan ini dapat ditulis seperti:

1


3


2
223


=


= NHNH

RRR

Bentuk ini merupakan laju produksi NH3 dibagi dengan koefisien stokiometrinya dan laju pengurangan

reaktan N2 dan H2 dibagi dengan koefisien masing-masing adalah konstan untuk setiap zat.

Bila σs merupakan koefisien stokiometri zat s dalam reaksi kimia dengan tanda negatif untuk

reaktan dan positif untuk produk. Laju reaksi r untuk reaksi kimia didefinisikan:

3-2

Page 4

4

r)1(0N

r)2/3(40N

r)2/1(12N8

keluar
NH

keluar
H

keluar
N

3

2

2

++=

−+=

−+==

Dari neraca N2 diperoleh: r = 8 mol/jam (2 kali harga r contoh 3.4)

Meskipun demikian semua laju zat keluar lainnya tidak berubah.

jam/mol 8)8(10N

mol/jam 28))4)(2/3((40N
keluar
NH

keluar
H

3

2

=+=

=−+=

Jadi meskipun harga r tergantung pada harga koefisien stokiometri, laju keluaran tidak berubah karena

harganya hanya tergantung pada perbandingan koefisien stokiometri.

Dari persamaan 3.3 dan 3.4 dapat dicatat bahwa laju reaksi r umumnya berperan sebagai variabel

intermedit dalam perhitungan. Umumnya laju alir masuk atau keluar suatu zat ditentukan, kemudian

dengan menggunakan neraca zat laju alir r dapat dihitung. Setelah r diketahui, dan dengan mengetahui

salah satu laju masuk atau keluar, laju alir yang tak diketahui dapat dihitung.

3.1.2. Konversi dan Reaktan Pembatas

Untuk mengukur kesempurnaan reaksi kimia digunakan konversi fraksi atau konversi suatu zat.

Konversi reaktan s yang dinyatakan dalam Xs adalah fraksi reaktan yang berkurang yang dapat

dirumuskan:

masuk
s

keluar
s

masuk
s

s
N

NN
X


=

Konversi suatu zat merupakan hubungan antara laju alir masuk dan keluar zat. Hubungan ini dapat

digunakan untuk menghitung laju reaksi.

=− masuks
keluar
s NN σsr

dan dari defenisi konversi zat s diperoleh:

s
masuk
s

keluar
s

masuk
s XNNN =−

setelah disubsitusi dengan persamaan di atas diperoleh:

s

s
masuk
s XNr

σ−
=

(3.5)

Jadi, bila konversi suatu komponen diketahui, laju reaksi dapat dihitung dan perhitungan neraca bahan

dapat diselesaikan dengan laju tersebut.

Contoh 3.6

Proses modern untuk menghasilkan asam nitrat didasarkan pada kosidasi amonia melalui reaksi Haber.

Tahap pertama rekasi adalah oksidasi NH3 pada katalis Pt untuk menghasilkan NO

4NH3 + 5 O2  4 NO + 6 H2O

Pada kondisi tertentu, dengan laju umpan 40 mol/jam NH3 dan 60 mol/jam O2 diperoleh konversi NH3

sebesar 90%. Hitung laju keluar masing-masing komponen dari reaktor.

Penyelesaian:

3-4

Similer Documents