JAWABAN BACEMAN UTS ‘PROSES INDUSTRI KIMIA’ – Ir. Ir. Diyono Ikhsan, S.U.
Senin, 28 Oktober 2013
1. Jelaskan pentingnya tinjauan termodinamika pada suatu proses reaksi kimia, jelaskan konsep perhitungan panas reaksi pada kondisi non-isotermal, dan jelaskan bagaimana cara menentukan jenis reaksi (searah atau bolak-balik) ! Jawab : Keberadaan reaksi kimia ditentukan oleh tinjauan termodinamika dan kinetika termodinamika memberikan informasi kearah mana reaksi/perubahan kimia itu secara spontan dapat berlangsung. Konsep perhitungan panas reaksi pada kondisi nonisotermal ialah menggunakan perhitungan panas sensibel reaksi, yakni menghitung perubahan panas dari suhu awal ke suhu standar, lalu dijumlah kenaikan panas dari suhu standar ke suhu akhir. Menentukan jenis reaksi searah atau bolak-balik, dilihat dari harga ‘k’ reaksi, bila mendekati 1 maka reaksi tersebut bolak -balik. -balik. Kalau jauh dari 1 maka reaksinya searah. 2. Jelaskan pengertian gas sintesa, bahan ini sangat penting pada industri petrokimia, jelaskan kenapa, dan jelaskan proses pembuatannya dari bahan baku gas alam, tulis reaksinya ! Jawab : Gas sintesis ialah merupakan gas pencampuran dari karbon monoksida dan hidrogen. Bahan ini sangat penting pada industri petrokimia karena merupakan bahan baku dari amonia, metanol, urea, dan formaldehida. Proses pembuatannya melalui proses steam reforming , yaitu mereaksikan antara gas alam (metana) dengan uap yang bersifat sangat endotermis, menghasilkan karbon monoksida dan hidrogen. Selanjutnya, guna meningkatkan konsentrasi H2, uap ditambahkan agar terjadi reaksi water gas shift . Reaksinya adalah : CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H 2(g) ΔH298 = 206 kJ/mol CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) ΔH298 = -41 kJ/mol CH4(g) + 2H2O(g) CO(g) + 4H2(g) ΔH298 = 165 kJ/mol 3. Jelaskan prinsip proses polimerisasi dan jelaskan pengendalian yang penting, untuk mendapatkan suatu jenis produk dengan sifat fisis tertentu, beri satu contoh polimer dan tulis reaksinya ! Jawab : Prinsip proses polimerisasi ialah menggabungkan molekul-molekul kecil (mers ( mers), ), menjadi satu molekul besar yang mempunyai berat molekul yang tinggi. Pengendaliannya yang penting dibagi menjadi dua jenis, yakni teknik polimerisasi homogen yang terdiri dari polimerisasi massa dan larutan, teknik polimerisasi heterogen yang terdiri dari polimerisasi emulsi dan suspensi. Contoh polimer ialah polietilena. Berikut reaksinya : CH2=CH2 + CH2=CH2 -CH2-CH2-CH2-CH2- (-CH2-CH2-)n
4. Dari reaksi pembutan etil benzena : C2H4(g) + C6H6(g) C6H5C2H5(g) Pada 298 oC ΔHf C2H4(g) = 52,283 kJ/mol ΔHf C6H6(g) = 82,927 kJ/mol ΔHf C6H5C2H5(g) = 29,790 kJ/mol Pada 298 K ΔGf C2H4(g) = 68,125 kJ/mol ΔGf C6H6(g) = 129,451 kJ/mol = 130,577 kJ/mol ΔGf C6H5C2H5(g) Reaksi tersebut memiliki orde reaksi 2 a. Jelaskan tahap-tahap dari aplikasi tinjauan secara termodinamika dan tinjauan kinetika dalam proses produksi etil benzena tersebut ! Jawab : - Tinjauan termodinamika ΔH298 = ΔHf C6H5C2H5(g) - ΔHf C6H6(g) - ΔHf C2H4(g) ΔH298 = 29,790 kJ/mol – 82,927 kJ/mol – 52,283 kJ/mol ΔH298 = -105,42 kJ/mol (reaksi eksotermis) - Tinjauan kinetika ΔGo = ΔGf C6H5C2H5(g) – (ΔGf C6H6(g) + ΔGf C2H4(g)) ΔGo = 130,577 kJ/mol – (129,451 kJ/mol + 68,125 kJ/mol) ΔGo = -66,999 kJ/mol ΔG/RT K=e (-66,999 kJ/mol)/(0.008314 kJ/K∙mol)(298.15 K) K=e -27,028596 K=e -12 K = 1,827 x 10 Diketahui dari nilai K standar yang terlalu jauh dari 1, maka reaksinya searah b. Bagaimana prinsip menentapkan kondisi operasi yang tepat pada proses pembuatan etil benzena dan agar reaksi tersebut terkendali (tidak terjadi reaksi lanjut atau yang terjadi hanya normal etil benzena) ? Jawab : Prinsipnya ialah mempertahankan reaktor pada suhu dan tekanan optimum, berdasarkan jenis reaksi pembetuntukan etil benzena. - Operasi reaktor alkilasi komersil Temperatur : 93-149 oC Tekanan : 35 atm - Operasi reaktor transalkilasi komersil Temperatur : 177-232 oC Tekanan : 29 atm Senin, 3 Oktober 2016
1. Jelaskan pentingnya tinjauan termodinamika pada suatu proses reaksi kimia, jelaskan konsep perhitungan panas reaksi pada kondisi non-isotermal, dan jelaskan bagaimana cara menentukan jenis reaksi (searah atau bolak-balik) ! Jawab :
2.
3.
4.
5.
6.
Lihat no. 1 Senin, 28 Oktober 2013 Tinjauan kinetika, makin tinggi suhu makin besar laju reaksi, buktikan kenapa demikian ! Bila reaksi bolak-balik, eksotermis, bagaimana cara menentukan suhu operasi ? Jawab : Setiap partikel selalu bergerak. dengan menaikkan temperatur, energi gerak atau energi kinetik partikel bertambah, sehingga tumbukan lebih sering terjadi. dengan frekuensi tumbukan yang semakin besar, maka kemungkinan terjadiya tumbukan efektif yang mampu enghasilkan reaksi juga semakin besar. Cara menentukan suhu operasi reaksi bolak-balik dan eksotermis ialah dengan menghitung besar panas reaksi yang terjadi dalam reaktor, lalu menyesuaikan besar energinya dengan suhu berdasarkan perhitungan panas sensibel. Jelaskan pengertian dan ciri industri petrokimia, dan berikan 5 contoh industri petrokimia di Indonesia ! Jawab : Petrokimia adalah suatu industri yang bergerak pada pengolahan bahan kimia dengan menggunakan bahan baku dari hasil dari proses pengolahan minyak bumi dan gas bumi. Berdasarkan jenis penggunaan produknya, industri petrokimia dibagi menjadi tiga. Yaitu, industri hulu yang memproduksi bahan baku, industri antara yang memproduksi bahan yang siap diolah, dan industri hilir yang memproduksi barang jadi. Contoh industri petrokimia di Indonesia adalah : 1. LG Chemical Ltd. 2. Penelitian dan Laboratorium Bidang Pengolahan Direktorat Hilir Pertamina 3. Pitman Nusantara, PT 4. Sud-Chemie Indonesia, PT 5. Humpuss Aromatik, PT Jelaskan pengertian gas sintesa, bahan ini sangat penting pada industri petrokimia, jelaskan kenapa dan jelaskan proses pembuatannya dari bahan baku gas alam, proses reforming , dan tulis reaksinya ! Jawab : Lihat no. 2 Senin, 28 Oktober 2013 Pada pembuatan metanol dengan bahan baku gas alam bisa dilakukan dengan oksidasi parsial langsung atau melalui gas sintesa dahulu, jelaskan kelebihan dan kekurangan masing-masing, tulis reaksinya ! Jawab : Kelebihan dari proses gas sintesa ialah mempunyai selektivitas reaksi yang tinggi, namun kekurangannya ialah persediaan gas alam yang terbatas. Kelebihan dari proses oksidasi parsial ialah tidak menggunakan gas alam namun menggunakan katalis, namun kekurangannya ialah sangat sensitif terhadap perubahan suhu/kenaikan suhu dapat menurunkan selektivitas reaksi pembentukan metanol Jelaskan prinsip proses polimerisasi (mekanisme), dan jelaskan pengendalian yang penting untuk mendapatkan suatu jenis produk dengan sifat fisis tertentu, beri 1 contoh polimer dan tulis reaksinya ! Jawab :
Mekanisme proses polimerasi dibagi menjadi polimerisasi adisi dan kondensasi. Polimerisasi adisi terbagi menjadi 3 langkah, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Selanjutnya, lihat no. 3 Senin, 28 Oktober 2013 Rabu, 5 November 2014
1. Jelaskan pentingnya tinjauan termodinamika pada suatu proses reaksi kimia, jelaskan konsep perhitungan panas reaksi pada kondisi non-isotermal, dan jelaskan bagaimana cara menentukan jenis reaksi (searah atau bolak-balik) ! Jawab : Lihat no. 1 Senin, 28 Oktober 2013 2. Jelaskan pengertian industri petrokimia, sebutkan jenis produk yang dihasilkan (beri 5 contohnya) ! Jawab : Lihat no. 3 Senin, 3 Oktober 2016 . Contoh produk yang dihasilkan ialah, kosmetik, pelarut zat, lilin, cat, bahan peledak, dan lain-lain. 3. Jelaskan pengertian gas sintesa, bahan ini sangat penting pada industri petrokimia, jelaskan kenapa, dan jelaskan proses pembuatannya dari bahan baku gas alam, tulis reaksinya ! Jawab : Lihat no. 2 Senin, 28 Oktober 2013 4. Jelaskan prinsip proses sintesa amoniak : tulis reaksi kimia, efek panas, fase reaksi, perbandingan reaktan, dan jelaskan kenapa pada kondisi tekanan dan suhu tinggi ! Jawab : N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH = -94,2 kJ pada 25 oC ; Kp = 6,2 x 10 5 Reaksi dilakukan pada suhu tinggi dikarenakan katalis besi hanya bekerja efektif pada suhu tinggi, akibatnya pembentukan amoniak berlangsung lama pada suhu rendah. Berdasarkan pertimbangan saat suhu pemanasan optimum dan resiko kesetimbangan bergeser pada N2 dan H2, untuk mengimbanginya tekanan dinaikkan hingga 200-400 atm agar molekul semakin rapat dan tumbukannya semakin sering terjadi 5. Dari reaksi pembetukan etil benzena : C2H4(g) + C6H6(g) C6H5C2H5(g) Pada 298 oC ΔHf C2H4(g) = 52,283 kJ/mol ΔHf C6H6(g) = 82,927 kJ/mol ΔHf C6H5C2H5(g) = 29,790 kJ/mol Pada 298 K ΔGf C2H4(g) = 68,125 kJ/mol ΔGf C6H6(g) = 129,451 kJ/mol ΔGf C6H5C2H5(g) = 130,577 kJ/mol R = 1,987 kal/K ∙mol, sedang 1 J = 0,239 kal a. Hitung efek panas dan jelaskan reaksi eksotermis/endotermis ! Lihat no. 4a Senin, 28 Oktober 2013 b. Hitung tipe reaksi searah/bolak-balik ! Lihat no. 4a Senin, 28 Oktober 2013 Rabu, 28 Oktober 2015
1. Tinjauan termodinamika pada suatu proses reaksi kimia fase gas koefisien kanan lebih kecil dibandingkan kiri, menunjukkan bahwa reaksi bolak-balik dan eksotermis. Jelaskan penentuan kondisi operasi agar reaksi bergeser ke kanan, jelaskan pula bila secara kinetika juga berpengaruh bagaimana menentukan suhu operasi secara kompromi ! Jawab : Dapat dilihat dari efisiensi katalis bekerja pada suhu tinggi atau rendah. Setelahnya suhu diatur berdasarkan kinerja katalis, diimbangi dengan pengaturan tekanan yang menyesuaikan tinggi-rendahnya berdasarkan suhu optimum katalis. Dari tinjauan kinetika, terlebih dulu dihitung untuk harga K pada kondisi suhu standar. Jikalau nilai K sudah mendekati satu maka, dianggap suhu standar merupakan suhu operasi optimum. Kalau tidak, dibandingkan dengan variasi suhu lain hingga dicapai nilai K mendekati satu. 2. Jelaskan pengertian gas sintesa, bahan ini sangat penting pada industri petrokimia, jelaskan kenapa, dan jelaskan proses pembuatannya dari bahan baku gas alam, tulis reaksinya ! Jawab : Lihat no. 2 Senin, 28 Oktober 2013 3. Jelaskan prinsip proses pembuatan anilin : tulis reaksi kimia, fase reaksi, jenis katalis, perbandingan reaktan, dan jelaskan secara blok diagram atau flow sheet ! Jawab : Proses yang digunakan ialah proses hidrogenasi fase uap. Reaksinya adalah : C6H5 NO2(g) + 3H2(g) C6H5 NH2(g) + 2H2O(g) Katalis yang digunakan adalah silica supported copper dengan suhu reaksi 270 oC dan tekanan 2,3 atm dengan waktu kontak relatif pendek. Proses ini menghasilkan anilin dengan yield 99 %
4. Jelaskan simpulan tinjauan termodinamika dan kinetika pada proses pembuatan anilin, jenis reaksi, efek panas, dan kondisi operasinya ! Jawab : Simpulan tinjauan termodinamika dari proses pembuatan anilin ialah, reaksi pembuatannya merupakan reaksi endotermis dikarenakan nilai ΔH negatif (-464,128 kJ/mol). Efek panasnya ialah nilai konstanta keseimbangan akan semakin naik bilamana suhu diturunkan. Simpulan tinjauan kinetika dari proses pembuatan anilin ialah, reaksi pembuatannya merupakan reaksi sear ah dikarenakan nilai K sangat tinggi pada suhu operasi (430,125). Kondisi operasi anilin berada pada reaktor isotermal dengan rentang suhu 150 – 300 oC, dan tekanan tinggi. 5. Pada proses pembuatan nitrogliserin menggunakan asam campuran, jelaskan apa yang disebut asam campuran, jelaskan mekanisme reaksi dengan adanya asam campuran dan efek panasnya ! Jawab : Asam campuran pada proses pembuatan nitrogliserin adalah asam campuran yang terdiri dari 45% asam nitrit dan 55% asam sulfat yang dialirkan bersama gliserol sebagai umpan penitrasi. Reaksinya adalah : C3H8O3(aq) + 3HNO3(aq) C3H5 N3O9(aq) + 3H2O(aq) Simpulan dari efek panasnya ialah, nilai ΔH menunjukkan nilai yang negatif (-19,412 kJ/mol) sehingga reaksinya endotermis. Nilai tersebut digunakan untuk menghitung K dan menghasilkan nilai yang sangat besar (3.884 x 10 19) sehingga menjadikan reaksi tersebut searah 6. Jelaskan mekanisme reaksi yang biasanya terjadi pada proses polimerisasi, dan jelaskan pula tentang derajat polimerisasi, kenapa kisaran besarannya tertentu untuk jenis polimer tertentu ! Jawab : Lihat no. 3 Senin, 28 Oktober 2013 . Derajat polimerisasi suatu polimer adalah rasio atau perbandingan berat molekul polimer dengan berat molekul mer-nya. Derajat polimerisasi menggambarkan ukuran molekul dari suatu polimer berdasarkan atas jumlah dari monomer penyusunnya. Beragam jenis polimer tersusun dengan panjang rantai dan zat-zat yang berbeda, menyebabkan besaran derajat polimer masing-masing jenisnya berbeda
