BAB I PENGERTIAN DASAR
1.1. 1.1.
TERM TE RMOD ODIN INAM AMIK IKA A DAN DAN KINE KINETI TIKA KA REA REAKS KSII
Teknik Teknik Kimia Kimia adalah adalah ilmu ilmu yang yang mempel mempelajar ajarii cara-car cara-caraa mengub mengubah ah secara secara ekonomis ekonomis suatu bahan, melalui proses kimia kimia ataupun ataupun fisika menjadi menjadi bahan lain yang bermanfaat, memiliki sifat dan komposisi yang berbeda dari bahan semula dan mempun mempunya yaii nilai nilai ekonom ekonomis is yang yang lebih lebih tinggi tinggi.. Secara Secara garis garis besar, besar, indust industri ri kimia kimia sebagai sebuah sistem dapat dapat dilihat pada gambar 1.1.
BAHAN BAKU
PROSES FISIKA
PROSES KIMIA
PROSES FISIKA
PRODUK
RECYCLE
PROSES INDUSTRI KIMIA
Gambar 1.1: rinsip dasar roses !ndustri Kimia
"ula-mula bahan baku mengalami pengolahan secara fisik yang tujuannya agar supaya bahan baku memenuhi persyaratan persyaratan untuk untuk pengolahan pengolahan kimia antara lain dari kemurnian bahan, ukuran bahan, tranportasi bahan, kondisi operasi #tekanan dan suhu suhu$. $. Kemud Kemudian ian baha bahan n meng mengala alami mi peng pengol olah ahan an secara secara kimi kimiaa dida didalam lam reaktor . Setela Setelah h proses proses kimia, kimia, bahan bahan mengala mengalami mi proses proses fisik fisik lebih lebih lanjut lanjut sampai sampai didapa didapatt produk akhir atau produk tengah # intermediate sesuai dengan dengan kualit kualitas as intermediate product product $ sesuai standar standard d tertent tertentu. u.eran erancan cangan gan alat-ala alat-alatt untuk untuk pengol pengolaha ahan n secara secara fisik fisik diperla diperlajari jari didalam bidang satuan operasi #Unit #Unit Operation$, Operation$, sedangkan untuk pengolahan secara kimia kimia dipela dipelajari jari didalam didalam Kinetika Kinetika dan %eakto %eaktorr Kimia. Kimia.
engol engolaha ahan n secara secara kimia kimia
merupakan inti dari proses, karena pengolahan ini sangat menentukan ekonomis atau tidaknya suatu proses.
&alam kinetika kimia akan mempelajari lebih jauh tentang kecepatan reaksi kimia, antara lain akan dideskripsikan secara kuantitatif 'aktu yang diperlukan untuk suatu reaksi kimia, faktor-faktor yang mempengaruhi reaksi kimia tersebut. ada bidang saintifik murni, kinetika kimia akan lebih banyak mempelajari tentang mekanisme reaksi kimia. Selanjutnya bidang kimia aplikasi akan mengembangkan lebih jauh produk yang diinginkan dari suatu reaksi kimia dari suatu bahan baku tertentu. Kemudian dalam bidang teknik kimia, pengembangan tersebut diaplikasikan untuk memproduksi dalam jumlah besar dengan berbagai pertimbangan antara lain pertimbangan ekonomi, keselamatan kerja, lingkungan serta etika enjinering. (erdasarkan hal tersebut, mata kuliah teknik reaksi kimia lebih ditekankan kearah perancangan reaktor secara umum. Secara garis besar, hal-hal yang mendapat perhatian dalam mempelajari teknik reaksi kimia sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 1.).
Gambar 1.): Teknik %eaksi Kimia #%anade, )**)$
&alam perancangan reaktor diperlukan informasi, pengetahuan maupun pengalaman dari berbagai bidang antara lain termodinamika, kinetika kimia, mekanika fluida, perpindahan panas, perpindahan massa serta ekonomi. +kan tetapi sebagai pertimbangan baik secara umum maupun khusus lebih ditekankan pada bidang termodinamika serta kinetika dari reaksi kimia. &ua hal yang diperlukan tentang teknik reaksi kimia dalam tinjauan termodinamika, pertama panas reaksi dan kedua arah reaksi. &alam tinjauan tentang panas reaksi kimia, maka ada dua
kemungkinan yang terjadi yaitu menghasilkan panas atau kebalikannya memerlukan #menyerapkan$ panas. Sebagai indikator bah'a reaksi kimia menghasilkan atau menyerap panas dari entalpi reaksi # ∆r$, apabila entalpi reaksi nilainya negatif, maka reaksi akan menghasilkan panas atau disebut dengan eksotermis, kebalikannya apabila entalpi reaksi mempunyai nilai positif, maka reaksi akan menyerap #memerlukan$ panas.
"isalkan untuk reaksi: aA+bB
dimana:
qQ
∆r
negatif eksotermis
∆r
positif endotermis
∆r H f-Produk -
H f- Reaktan = H f-Q – # H f A –H fB$
al kedua yang perlu mendapat perhatian dalam tinjauan termodinamika yaitu arah dari reaksi artinya arah reaksinya bolak-balik #reversible$ atau searah #irreversible$.
%eaksi searah #irreversible$:
%eaksi bolak-balik #reverible$:
k
A 1 → B
/1.10 /1.)0
Sebagai indikator bah'a reaksi tersebut bolak-balik atau searah adalah konstanta kesetimbangan kimia # K $. Kosntanta tersebut merupakan perbandingan antara konstanta kecepatan reaksi kekanan #k $ dengan konstanta kecepatan reaksi kekiri #k !$. +pabila nilai K kosntanta kesetimbangan tersebut besar, menandakan reaksi tersebut bersifat searah #irreversible$, hal ini berarti nilai k k !, sehingga reaksinya searah. 2ilai konstanta kesetimbangan K , dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut: ∆#
= − R" ln K
/1.30
&engan mengetahui nilai K pada kondisi operasi tertentu, maka dapat diperkirakan seberapa besar hasil dari reaksi tersebut.
Tinjauan selanjutnya adalah kinetika reaksi. &alam tinjauan termodinamika tidak dibahas hal yang berhubungan dengan 'aktu. Termodinamika membahas konsep kesetimbangan dan panas, sedangkan konsep 'aktu dibahas dalam tinjuan
kinetika reaksi. Kinetika kimia mempelajari kecepatan reaksi secara kuantitatif dan faktor-faktor yang mempengaruhi #suhu, tekanan, komposisi$. Kinetika kimia juga mempelajari tentang mekanisme reaksi. &idalam bidang Teknik Kimia, kinetika dari suatu reaksi sangat diperlukan untuk merancang peralatan yang digunakan untuk melangsungkan reaksi tersebut didalam skala teknik.
4ntuk reaksi yang berjalan
cukup cepat #selalu dalam kesetimbangan$, perhitungan perancangan menjadi lebih sederhana. &idalam hal ini tidak diperlukan data-data kinetika dan hanya dibutuhkan data-data thermodinamika.
1.2.
KLASIFIKASI SISTEM REAKSI
engelompokan #klasifikasi$ reaksi kimia dibedakan dalam berbagai macam cara. (erikut dasar dari pengelompokan reaksi kimia. 1.2.1. Jumlah a!e
(erdasarkan jumlah fase terjadinya reaksi kimia dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu
omogen %eaksi hanya berlangsung pada satu fasa saja
eterogen %eaksi berlangsung pada fasa lebih dari satu fasa.
1.2.2. "en##unaan Katali!
eran katalis antara lain mempercepat reaksi kimia dan juga mengarahkan reaksi, berdasarkan penggunaan dari katalis dapat dibedakan menjadi dua bagian:
Katalitik artinya proses reaksi kimia menggunakan katalis 2on katalitik artinya tidak menggunakan katalis
1.2.$. Jumlah molekul %an# &ereak!i
roses terjadinya suatu reaksi kimia berdasarkan pada reaktan atau molekul yang bereaksi yang disebut dengan molekularitas khususnya untuk reaksi elementer. (erdasarkan pada jumlah molekul yang bereaksi dapat dibedakan menjadi:
4nimolekuler: hanya satu molekul reaktan: +
produk
produk
(imolekuler: dua molekul reaktan: + 5 (
Trimolekuler: tiga molekul reaktan: + 5 ( 5 6
produk
1.).7. Ti'e ( )eni! reak!i (erdasarkan tipe #mekanisme$ reaksi, maka reaksi dapat dibedakan menjadi reaksi tunggal dan reaksi ganda, selanjutnya diklasifikasikan sebagai:
%eaksi tidak dapat balik 8 searah 8 irre9ersible merupakan reaksi tunggal
%eaksi dapat balik #re9ersible$: + %
%eaksi paralel 8samping: dibedakan menjadi dua:
dan kompetitif
side by side
%eaksi seri 8 berurutan + % S
%eaksi rantai #c$ain reaction$ ada reaksi rantai mula-mula akan terbentuk produk antara #intermediate$ yang disebut dengan tahap inisiasi, selanjutnya produk antara tersebut akan bereaksi dengan reaktan secara berantai yang disebut dengan tahap propagasi, setelah produk sampai pada karakteristik tertentu maka dilakukan penghentian reaksi yang disebut dengan tahap terminasi. %eaktan
#pantara$;
#pantara$; 5 reaktan
#pantara$;
#pantara$;
produk
Tahap inisiasi 5 produk
Tahap propagasi Tahap terminasi
1.).<. Tin#kat *orde+ reak!i Suatu persamaan reaksi: &imana:
k
aA + bB 1 → c& + d%
a' b' c' d merupakan koefisien reaksi k konstanta kecepatan reaksi
4ntuk menyatakan persamaan kecepatan reaksi adalah:
a
b
− r A = r & = k 1& A & B
&imana a dan b pada persamaan kecepatan reaksi merupakan tingkat #orde$ reaksi.
1.2.,. Elementer dan non elementer
%eaksi elementer merupakan reaksi dimana pangkat 8 orde reaksi sama dengan koefisien reaksi. +pabila pangkat8orde reaksi tidak sama dengan koefisien reaksi maka reaksi tersebut disebut dengan reaksi non-elementer.
1.2.-. Kondi!i o'era!i
Kondisi operasi mempunyai peranan yang cukup penting dalam teknik reaksi kimia. (eberapa istilah dalam menentukan kondisi operasi, antara lain:
!sotermal iso 9olum: kondisi operasi yang dilakukan pada suhu tetap #isotermal$ dan 9olume tetap #iso 9olum$
!sotermal iso barik: kondisi operasi yang dilakukan pada suhu tetap dan tekanan tetap
+diabatis: kondisi operasi yang dilakukan tanpa ada transfer panas, dalam hal ini digunakan isolator panas
2on isotermal non adiabatis #2!2+$: kondisi operasi dimana suhu tidak dibuat tetap dan terjadi tranfer panas. Kondisi ini lebih riil dibandingkan dengan kondisi operasi sebelumnya.
1.2.. Jeni! reaktor
Secara garis besar, reaktor ideal dapat dibagi menjadi tiga bagian besar, yaitu: a. %eaktor tangki berpengaduk: secara filosofi reaktor ini merupakan reaktor homogen. b. %eaktor pipa: reaktor sebagai fungsi ruang c. %eaktor dengan bahan isian: o
!sian tetap # fi(ed bed reactor $
o
!sian terfluidisasi # fluidi)ed bed reactor $
%eaktor tangki berpengaduk
%eaktor pipa
%eaktor !sian tetap
%eaktor fluidisasi
Reaktor B eren!aduk Ideal" #o$o!en
Cin i s a r t n e s n o K
C in Cin Cout Reaktor ideal
i s a r t n e s n o K
Cin i s a r t n e s n o K
Cout
waktu
Reaktor non #o$o!en f %waktu&
Cout waktu
Reaktor non #o$o!en f %ruan!&
Cout su$'u (
Gambar 1.3: embagian reaktor ideal berdasarkan sistem homogen #dengan pengadukan$ dan heterogen
1.2./. O'era!i !i!tem 'ro!e!
(erdasarkan pada cara beroperasinya, maka sistem proses dapat dibagi menjadi:
(atch
Kontinyu
Semi batch
=ang membedakan ketiganya berdasarkan aliran masuk dan keluar pada sistem proses. +pabila pada sistem tersebut, selama proses berlangsung tidak terdapat aliran masuk # flo* in$ dan aliran keluar # flo* out $ maka sistem disebut dengan sistem batch, sedangkan apabila dalam sistem terdapat aliran keluar dan masuk secara terus menerus maka disebut dengan sistem kontinyu.
+pabila pada saat proses masih ada aliran masuk atau aliran keluar maka disebut dengan semi batc$. Klasifikasi reaksi tersebut tidak terpisah sebagaimana yang disebutkan diatas, akan tetapi dalam mendiskripsikan suatu proses kimia merupakan gabungan dari klasifikasi tersebut. "isalkan suatu reaksi bimolekuler, irre9ersibel, elementer, dan seterusnya. Semakin lengkap dalam mendiskripsikan sifat dari suatu reaksi maka akan semakin mudah atau fokus dalam memahami sistem proses. Al iran $asuk
Al iran keluar
Reaktor Bat*#
Reaktor kontin)u
Gambar 1.7: erbedaan reaktor batch dan kontinyu
Tugas: Individu dan berbeda tiap peserta kuliah
1. Tuliskan beberapa contoh reaksi kimia yang menjelaskan karakteristik reaksi, antara lain seperti: a.
%eaksi ekso8endotermis, fase, homogen8heterogen
b.
Kondisi operasi #suhu dan tekanan$
c.
Katalis8non katalis, jika menggunakan katalis, sebutkan jenis katalisnya
d.
Sumber informasi
). (erdasarkan informasi diatas, jelaskan jenis reaktor yang akan digunakan dan jelaskan
