TUGAS ATK TUGAS ATK 2 NERACA MASSA DENGAN REAKSI REA KSI KIMIA KELOMPOK 2 1. ARINI PUSPITA PUSPITA R 2. DWI YUNI ERNAWATI 3. KHAIRU KHAIRUL L AMRU NST NS T 4. YAUMI AUMIL L MUTIA MUTI A AKH AKHIR IR
SOAL NO. 1 Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, ammonia dan oksigen, seperti reaksi : C3H6 + NH3 +1,5 O2
C3H3N + 3 H2O
Umpam reactor berisi 15% propilen, 7% ammonia, dan 78% udara. Tentukan : a. Limiting reaktan b. % excess reaktan c. Jika konversi limiting reaktan hanya 30%, berapa rasio (mol akrilonitril/mol NH3 umpan) d. Komposisi di arus keluar reactor
SOAL NO. 1 Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, ammonia dan oksigen, seperti reaksi : C3H6 + NH3 +1,5 O2
C3H3N + 3 H2O
Umpam reactor berisi 15% propilen, 7% ammonia, dan 78% udara. Tentukan : a. Limiting reaktan b. % excess reaktan c. Jika konversi limiting reaktan hanya 30%, berapa rasio (mol akrilonitril/mol NH3 umpan) d. Komposisi di arus keluar reactor
Jawaban
C3H6 + NH3 +1,5 O2
Komponen
C3H3N + 3 H2O
F
P
Komposisi
C3H6 15%
C3H6
NH3 7%
NH2 O2
Udara(78%) : O2 = 21% x 78= 16,38%
C3H3N
N2 = 79% x 78= 61,62%
C3H6 + NH3 +1,5 O2
m: r: s:
15 7 8
7 7 -
16,38 10,5 5,88
H2O
C3H3N + 3 H2O
7 7
7 7
N2
a. Limiting reaktan : NH 3+
Karena NH3 yg tidak bersisa ataupunyang habis bereaksi. b. % excess C 3H6 = (8/7) . 100% = 114,3% % excess O2 = (5,88/10,5) . 100% = 56% Konversi NH 3 = 0,3
x 100%
= mol NH3 yang bereaksi/7 x 100% Mol NH3 yang bereaksi = 2,1 mol
C3H6 + NH3 + 1,5 O2
C3H3N + 3 H 2O
Komponen
Umpan
Reaksi
Produk
C3H6
15
2,1
12,9
NH3
7
2,1
4,9
O2
16,38
3,15
13,23
N2
61,62
0
61,62
C3H3 N
0
2,1
2,1
H2O
0
6,3
6,3
Jadi rasio = mol akrilonitril bereaksi/NH3 um = 2,1/7 = 0,3
Komposisi arus di P Komponen C3H6
Produk
Komposisi
12,9
(12,9/101,05) . 100% = 12,76%
NH3
4,9
4,8%
O2
13,23
13,09%
C3H3 N
2,1
2,07%
H2O
6,3
6,2%
N2
61,62
60,9%
Total
P = 101,05
100%
SOAL NO. 2 Metan dibakar dengan oksigen sehingga menghasilkan CO 2 dan H2O. Seratus lima puluh Kgmol/jam umpan yang terdiri atas 20% CH 4, 60% O2 dan 20% CO2 diumpankan ke reactor. Konversi limiting reaktan hanya 90%. Tentukan : A. Komposisi (dalam mol dan Kg) gas keluar reactor. B. Excess reaktan
Jawaban CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
CO2= 20 %
CO2
O2 = 60%
O2
CH4 = 20%
CH4 H2O
a. Neraca massa dengan reaksi kimia Komponen
Umpan
Reaksi
Sisa
CH4
20
20
0
O2
60
40
20
Konversi limiting reaktan hanya 90%
Konversi CH4 =
x 100%
Mol CH4 yang bereaksi =0,9 x 20 = 18 mol. Maka kita bisa menentukan berapa yang bereaksi dan yang sisa. Komponen
Umpan
Bereaksi
Sisa
CH4
20
18
2
O2
60
36
24
20
18
2
H2O
0
36
36
Total
100
108
64
CH4
Dari sisa diatas dapat kita tentukan komposisi keluar sebagai tabel berikut ini. Komponen
Produk
Komposisi
CH4
2
3,125%
O2
24
37,5%
2
3,125%
36
56,25%
CH4 H2O
b. excess reaktan (O 2) excess reaktan= % O2 = x100% =50%
x 100%
SOAL NO. 3 Suatu converter digunakan untuk mengoksidasi SO 2 menjadi SO3. Umpan reactor terdiri atas 12% SO 2, 8% O2, dan 80% N2. Jika konversi SO2 95%, tentukan komposisi gas hasil converter. JAWAB : SO2 + ½ O2 F2 = 100
SO3 P
SO2 = 12 mol
SO2 = …?
O2 = 8 m0l
O2 =….?
N2 = 80 mol
N2 =…? SO3 =….?
Konversi SO2 = 95% Konversi = jumlah mol SO 2 yang bereaksi/jumlah mol SO 2 yang di umpankan 0,95
= jumlah mol SO2 yang bereaksi/12
Jumlah mol SO2 yang bereaksi = 11,4 mol SO2 + ½ O2
SO3
m:
12
8
r:
11,4
5,7
11,4
s:
0,6
2,3
11,4
komposisi arus di P Komponen
Umpan (g mol)
Reaksi (g mol)
Produk (g mol)
Komposisi (%)
SO2
12
11,4
0,6
(0,6/94,3) . 100% = 0,64%
O2
8
5,7
2,3
(2,3/94,3) . 100% = 2,44%
N2
80
0
80
(80/94,3) . 100% = 84,84%
SO3
0
11,4
11,4
(11,4/94,3) . 100% = 12,09%
Total
100
28,5
94,3
100%
SOAL NO. 4 Suatu converter digunakan untuk mengoksidasi SO 2 menjadi SO3. Umpan reactor terdiri atas 12% SO 2, 8% O2 dan 80% N 2. Jika konversi SO2 hanya 95% dan diinginkan SO 3 yang dihasilkan 100 mol/jam, tentukan a. Kecepatan gas umpan b.Komposisi gas hasil converter Jawab : SO2 + ½ O2
F1
SO3
SO3 = 100 mol/jam
SO2 = 12%
SO2 =
O2 = 8%
O2 =
N2 = 95%
N2 =
Konversi = 95%
SO2 + ½ O2
SO3
m: A
B
r : 100
50
s : A – 100 B – 50
100 100
Konversi = mol SO 2 yang bereaksi/mol SO 2 yang diumpankan 0,95
= 100/mol SO2 yang diumpankan
Mol SO2 yang diumpankan = 105,26 mol/jam SO2 . 12% = 105,26
12/100 . F = 105,26 F = 877,16 mol/jam Komposisi keluar SO3 = 100 mol/jam
SO2 = 5,26 mol/jam O2 = 2,63 mol/jam N2 = 80% . 877,16 = 701,728 mol/jam
SOAL NO. 5 Pada produksi vinil klorid, dikloroetan dipirolisis dalam reactor, dengan reaksi : C2H4Cl
C2H3Cl + HCl
Agar pirolisis ini tidak menghasilkan karbon, maka konversi di batasi 50%. Jika diinginkan memproduksi 5000 kg/jam vinilklorid.Tentukan : 1)Dikloroetan yang di butuhkan
2)Komposisi gas keluar reactor JAWAB : a.Diagram alir
C2H4Cl C2H3Cl
HClC2 H4Cl
b.Analisa Neraca Massa 1) Dikloroetan yang di butuhkan Konversi satuan kg ke kmol n= gr/Mr n= =80 kmol/jam Konversi=
50%=80 kmol//umpan Umpan=80 kmol/o,5 =160 kmol Komponen
Umpan
Bereaksi
Sisa
C2H4Cl
160
80
80
C2H3Cl
-
80
80
HCl
-
80
80
total
160
240
240
Butuh C2H4Cl sebanyak 160 kmol/jam (umpan) Merubah ke kg/jam =160 kg/kmol x 63,5 kmol/jam =10160 kg/jam 2) Komposisi gas keluar reactor C2H4Cl
x 100
33,33 %
C2H3Cl
x 100
33,33 %
HCl
x 100
33,33 %
SOAL NO.6 Sintesa ammonia mengikuti reaksi sebagai berikut : N2 + 3 H2
2 NH3
Suatu pabrik mengumpankan 4202 lb ammonia dan 1046 lb hydrogen ke dalam reactor setiap jam, diproduksi ammonia murni 3060 lb/jam. Tentukan : A. Limiting reaktan B. % excess reaktan
C. Konversi JAWAB : N2 + 3 H2
2 NH3 REAKTOR
N2=4202 lb
N2=..?
H2=1046 lb
H2=..? NH3=3060 lb/jam
Note ; 1 lb=0,45359 kg N2=4202 lb= 1905,98 kg H2=1046 lb=474,45 kg NH3=3060 lb/jam=1387,98 kg/jam Dengan basis 1 jam dihasilkan mol (mol=m/mr) sebagai berikut. mol N2 =0,45359/28=68,07 kmol mol H2 =1905,98/2=237,225 kmol mol NH3=1387,98/17=81,64 kmol Komponen
Umpan
Bereaksi
Sisa
N2
68,07
68,07
-
H2
237,225
204,21
33,015
NH3
-
136,14
136,14
Limiting reaktan N2 karena habis bereaksi. % excess reaktan H2 karena masih bersisa. % H2 =mol H2 berlebih/mol H2 bereaksi x100% =33,015/204,21x100% =16,17% Konversi Mol N2 bereaksi =1/2 x81,64 =40,82 kmol Konversi = = =59,97%
x100%
SOAL NO. 7 Gypsum (plaster paris : (CaSO4 . 2 H2O) diproduksi dengan mereaksikan CaCO3 dengan asam sulfat. Batu kapur digunakan sebagai sumber CaCO 3. Batu kapur mempunyai komposisi : CaCO 3 96,89%, MgCO3 1,41% dan inert 1,70%. Sedangkan asam sulfat yang digunakan larutan asam sulfat 98%. Jika 5 ton batu kapur bereaksi sempurna, tentukan : A.Kg gypsum yang dihasilkan B. Kg H2SO4 yang dibutuhkan C. Kg CO2 yang di hasilkan
H2SO4=98% CaCO3=96,86% (CaSO4 . 2H2O) MgCO3=1,41% CaCO3 Inert =1,7% MgCO3 H2SO4 CO2 Inert
Dik : mCaCO3=5000 kg Umpan CaCO3 mula-mula n=massa/BM=0,9689(5000)/100=48,445 kmol 2CaCO3 + 2H2SO4 2(CaSO4 . 2 H2O) +2 CO2
Komponen
Umpan
Bereaksi
Sisa
CaCO3 H2SO4
48,445 48,445
48,445 48,445
-
CaSO4 . 2 H2O
-
48,445
48,445
-
48,445
48,445
CO2
a.Massa Gypsum yang dihasilkan adalah
n=m/Mr
m=n x Mr =48,445 x 172=8332,54 kg
b.massa H2SO4 yang dibutuhkan adalah m=n x Mr=4748,59 kg c. massa CO 2 yang dihasilkan adalah
m=n x Mr =48,445 x44 =2132,02 kg
SOAL NO. 8 5 lb bismuth (BM = 209) dipanaskan bersama 1 lb sulfur BiS 3. Pada akhir reaksi massa hasil masih mengandung sulfur adalah 5% dari total hasil. Tentukan : A. Limiting reaktan B. % excess reaktan C. % konversi JAWAB : Bi + 0,75 S 2 0,5 Bi2Si3
Bi=5 lb=2267,9 gr
S2=7 lb=453,6 gr
Bi2Si3=..?
Mol Bi=m/Mr=2267,9/209=10,85 mol Mol S2=453,6 gr/64=7,0875 mol Neraca massa total (NMT) P=F1 + F2 =268 gr +453,6 gr =2721,6 gr Di akhir reaksi terbentuk S 5% dari total produk yang dihasilkan. S2 =2721,6 gr x 5% =136,08 gr maka mol sulfur (S 2) m/Mr =136,08 gr/64=2,12625 gr yang bereaksi 453,6gr -136,08=317,52 gr
Komponen
Umpan
Bereaksi
Mol S2 =317,52 gr/64=4,961 mol Bi yang bereaksi =1/0,75 x 4,96=6,615 mol Bi2Si3=0,5/0,75 x 4,96 =3,3075 mol
Sisa
a.Limiting reaktan Bi + 0,75 S 2 0,5 Bi2Si3 Komponen
Umpan
Bereaksi
Sisa
Bi
10,85
6,613
4,237
S2
7,088
4,96
2,7275
Bi2Si3
-
3,307
3,307
Jadi sisa yang paling sedikit adalah S 2 b.% excess reaktan % Bi =mol Bi berlebih/mol Bi bereaksi x100% =4,237/6,613x100% =64,07% c.Konversi Konversi= = x100% =60,95%
SOAL NO. 9 Berapa gram kromat sulfit yang akan dibentuk dari 0,718 gram kromat oksit sesuai reaksi : 2 Cr 2O3 + 3 CS2
2 Cr 2S3 + 3 CO2
JAWAB : Cr 2O3
REAKTOR
CS2
Cr 2S3
CO2
Mol Cr 2O3 =m/Mr=0,78ngr/152 =4,72 x 10-3 mol
Mol Cr 2S3 = =
x mol diketahui x 4,72 x 10-3
=4,72 x 10-3 mol
Massa Cr 2S3=n x Mr =4,72 x 10-3 mol x 200 gr/mol =0,94 gr
SOAL NO. 10 Batu barit berisi 100% BaSO4. Barit direaksikan dengan karbon dalam bentuk coke yang berisi 6% abu. Komposisi hasil : BaSO4 = 11,1%, BaS = 72,8%, C = 13,9% dan abu 2,2%. Reaksi : BaSO4 + 4 C
BaS + 4 CO
A. Tentukan : a.excess reaktan, b.persen excess, c.konversi. JAWAB : C dan BaSO4 =F
CO 2 sebagai P2 P2
BaSO4=11,1%
BaS=72,8% C1=3,9% Abu=2,2%
BaSO4 + 4 C
BaS + 4 CO
Dengan menggunakan basis 100 gr BaSO4
11,1%
11,1 gr
m/Mr=0,047
C
13,9%
13,9 gr
m/Mr=1,15
BaS
72,8%
72,8 gr
m/Mr=0,43
CO
2,2%
2,2 gr
m/Mr=0,078
Sehingga ;
BaSO4 + 4 C
BaS + 4 CO
Komponen
Umpan
Bereaksi
Sisa
BaSO4
0,477
0,43
0,047
C
2,87
1,72
1,15
BaS
-
0,43
0,43
CO
-
1,72
1,72
a.excess reaktan, C=1,15 b.persen excess, C% =mol Cberlebih/mol Cbereaksi x100 =1,15/1,72 =66,86% c.konversi. dengan limiting reaktan BaSO 4 maka Konversi= =0,43/0,477 x 100 =90,14 %
SOAL NO. 11 Korosi pipa dalam boiler oleh dapat dikurangi dengan menggunakan natrium sulfit. Natrium sulfit menghilangkan oksigen dari air masukan boiler melalui reaksi berikut ini : 2Na2SO3 + O2 2 Na2SO4 Berapa pon Natrium sulfit yang dibutuhkan secara teoritis (untuk reaksi sempurna) untuk menghilangkan oksigen dari 8.300.000 pon air (10^6 gal) yang mengandung 10 ppm oksigen terlarut dan pada waktu yang sama menjaga 35% kelebihan Natrium Sulfit.
F = 100 ml CH3COOH 0,5M 100 ml = 0,1 L Mol F = Molar . V = 0,5 M . 0,1 L = 0,05 mol Mol P = Molar . V = 0,4 M . 0,1 L = 0,04 mol
P = 100 ml CH3COOH 0,4 M
Jadi, mol CH3COOH yang terjerap : 0,05 mol – 0,04 mol = 0,01 mol Mol CH3COOH terjerap/gr arang aktif : 0,01 mol/50 gr = 0,0002 mol/gr
SOAL NO. 12
Diketahui batu kapur mempunyai susunan : CaCO3 = 92,89% , MgCO3 = 5,41% dan impurities 1,70%. Dilakukan proses pembakaran terhadap batu kapur tersebut melalui reaksi : CaCO3 CaO + CO2 MgCO3 MgO + CO2 Berapa Lb CaO yang dapat dibuat dari 5 ton batu kapur dan berapa Lb CO 2 yang dihasilkan per Lb batu kapur
JAWAB F = 5 ton CaCO3 92,89%
O2 reaktor
P=? CaO
MgCO3 5,41 %
MgO
Impirities 1,7 %
CO2 CaCO3
MgCO3 Impurities
Basis 5 ton = 5000 kg Mr MgCO3 = 100 gram/mol Mr CaO = 56 gram/mol CaCO3 CaO + CO2 m CaCO3 = 92,89% x 5000 kg = 4644,5kg = 4,6445 x 106 gr n CaCO3 = 4,6445 x 106 gr x m CaO = mol CaO x Mr CaO = 46445mol x 56 gr/mol = 2600920 gr (faktok konversi: 1 gr = 0,0022 lb) = 2600920 x 0,0022 = 5734 lb m1 CO2 = n CO2 x Mr CO2 = 46445 mol x 44 gr/mol = 2043580 gr = 2043580 x 0,0022 lb/gr = 4495,876 lb Basis 5 ton= 5000 kg Mr MgCO3 = 84 gr/mol Mr MgO = 40 gr/mol MgCO3 MgO + CO2 m MgCO3 = 5,41% x 5000 kg = 270,5 kg = 2,705 x 106 gr n MgCO3 = 2,705 x 106 /84 = 3220,238 mol m MgO
= mol MgO x Mr MgO = 3220,238 mol x 40 gr/mol
MgCO3 m MgCO3 n MgCO3
MgO + CO2 = 5,41% x 5000 kg = 270,5 kg = 2,705 x 10 6 gr = 2,705 x 106 /84 = 3220,238 mol
m MgO = mol MgO x Mr MgO = 3220,238 mol x 40 gr/mol = 128809,52 gr = 128809,52 gr x 0,0022 lb/gr = 283,38 lb
M2 CO2 = n CO2 x Mr CO2 = 3220,238 mol x 44 gr/mol = 141690,472 gr = 311,719 lb Lb CO2 yang di hasilkan per lb batu kapur Lb CO2 total m CO2 total = m1 CO2 + m2 CO2 = 4495,876 lb + 311,719 lb = 4807,595 lb
SOAL NO 13 Bahan-bahan bakar untuk kenderaan bermotor selain bensin sedang dipertimbangkan karena bahan-bahan tersebut menimbulkan tingkat polutan yang lebih rendah daripada bensin. Propan mampat telah diusulkan sebagai sumber daya yang ekonomis untuk kenderaan. Andaikan bahwa dalam sebuah tes 20 kg C3H8 dibakar dengan 400 kg udara untuk menghasilkan 44 kg CO 2 dan 12 kg CO. Berapa persen kelebihan udara.
JAWAB : 20 kg C 3H8 400 kg udara: -21% O2 -79% N2
C3H8 CO2 44 kg CO 12 kg O2 N2
Reaksi yang terjadi : C3H8
+ 5O2
3CO2
+ 4H2O
Umpan Bereaks
333,33
1666,67
1000
1333,33
1000
1333,33
i Sisa
Reaksi Samping : C3H8
+ 7/2 O2
3 CO
+ 4H 2O
Umpan Bereaksi Sisa
142,857
500
428,57
571,42
428,57
571,42