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
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
