LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN PRAKTIKUM PILOT PLANT REAKTOR ALIR PIPA
DISUSUN OLEH : NAMA/NIM
JENJANG KELAS KELOMPOK
: 1. Mira Homsatun
(13 614 011)
2. Atika Asmudiyati
(13 614 033)
3. Siti Fitriya
(13 614 034)
4. Charles Tandialla
(13 614 032)
: D-3 : VI-B : IV (EMPAT)
Telah diperiksa dan disahkan pada tanggal .......................... 2016 Mengesahkan dan Menyetujui Dosen Pembimbing
Muh. Irwan, ST., MT NIP. 19740310 200212 1 010
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Tujuan Percobaan 1. Menentukan pengendali reaksi antara CH3COOC2H5 dan NaOH 2. Menghitung konstanta kecepatan reaksi (k) dan orde reaksi (n) NaOH 0,05 M dan CH3COOC2H5 0,05 M pada Reaktor Alir Pipa 3. Menghitung konversi dan reaksi 4. Menyusun neraca massa Reaktor Alir Pipa
1.2 Dasar Teori 1.2.1
Reaktor Kimia Reaktor kimia adalah suatu alat tempat terjadinya reaksi kimia atau reaksi suatu bahan mentah menjadi bahan yang lebih bermanfaat. Reaktor dapat didefinisikan sebagai tempat berlangsungnya suatu proses atau reaksi kimia. Bahan-bahan yang diperlukan dimasukkan kedalam reaktor, kemudian dicampur, dipanaskan, didinginkan, ditekan, disuling dan lain-lannya agar menghasilkan reaksi kimia yang diinginkan. Tempat atau bejana ini harus dikonstruksi sedemikian rupa sehingga mampu menahan tekanan sewaktu dihampakan, mampu menahan tekanan tinggi maupun temperature rendah atau tinggi. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reaktor kimia harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk dibandingkan masukan (input) yang lebih besar dengan biaya yang minimum, baik itu biaya modal maupun operasi. Tentu saja faktor keselamatan pun tidak boleh dikesampingkan. Biaya operasi biasanya termasuk bearnya energi yang akan diberikan atau diambil, harga bahan baku, upah operator, dll. Perubahan energi didalam suatu reaktor kimia bisa karena
adanya suatu pemanasan atau pendinginan, penambahan atau pengurangan tekanan, gaya gesekan (pengaduk dan cairan), dll. Untuk merancang reaktor diperlukan bekal pengetahuan tentang pengaruh variabel-variabel konsentrasi, suhu, tekanan, kecepatan aliran umpan pada persamaan kecepatan reaksi. Sumber data yang diperlukan pada perancangan sebuah reaktor dapat diperoleh dengan jalan melakukan percobaan pada reaktor kecil di laboratorium (Tim Laboratorium, 2016). a. Dilihat dari segi Operasi, Reaktor dapat dibedakan atas: 1. Operasi reaksi secara Diskontinyu, disebut juga operasi Bertahap atau operasi Batch. 2. Operasi reaksi Kontinyu atau Sinambung 3. Operasi reaksi Semikontinyu b. Tujuan pemilihan Reaktor adalah : 1. Mendapat keuntungan yang besar 2. Biaya produksi rendah 3. Modal kecil/volume Reaktor minimum 4. Operasinya sederhana dan murah 5. Keselamatan kerja terjamin 6. Polusi terhadap sekelilingnya (lingkungan) dijaga sekecil-kecilnya (Irfani, 2011). c. Pemilihan jenis Reaktor dipengaruhi oleh : 1. Fase zat pereaksi dan hasil reaksi 2. Tipe reaksi dan persamaan kecepatan reaksi, serta ada tidaknya reaksi samping 3. Kapasitas produksi 4. Harga alat (reaktor) dan biaya instalasinya 5. Kemampuan Reaktor untuk menyediakan luas permukaan yang cukup untuk perpindahan panas. ( Irfani, 2011) d. Disamping melakukan pemilihan Reaktor yang tepat, adapun hal-hal yang diperhatikan dalam perancangan Reaktor yaitu: 1. Bahan mentah, fase, konsentrasi, dan sifat fisis dari zat pereaksi.
2. Kapasitas produksi optimum 3. Katalis 4. Kondisi operasi (temperatur, tekanan, pengadukan dan lain-lain) 5. Proses (batch, kontinyu, dan semikontinyu) 6. Tipe Reaktor 7. Ukuran Reaktor 8. Transfer energi dalam Reaktor 9. Perlu Recyle (pengambilan produk untuk meningkatkan konsentrasi)
1.2.2
Jenis-Jenis Reaktor Berikut adalah beberapa jenis-jensi reaktor : a. Berdasarkan bentuknya 1. Reaktor tangki Dikatakan reaktor tangki ideal bila pengadukannya sempurna, sehingga komposisi dan suhu didalam reaktor setiap saat selalu uniform. Dapat dipakai untuk proses Batch, semi Batch, dan proses alir. ( Irfani, 2011). 2. Reaktor pipa Biasanya digunakan tanpa pengaduk sehingga disebut Reaktor Alir Pipa. Dikatakan ideal bila zat pereaksi yang berupa gas atau cairan, mengalir didalam pipa dengan arah sejajar sumbu pipa (Irfani, 2011). b. Berdasarkan prosesnya 1. Reaktor Batch Reaktor Batch adalah tempat terjadinya suatu reaksi kimia tunggal, yaitu reaksi yang berlangsung dengan hanya satu persamaan laju reaksi yang berpasangan dengan persamaan kesetimbangan dan stokiometri. Reaktor batch ini biasanya untuk produksi berkapasitas kecil misalnya dalam proses pelarutan padatan, pencampuran produk, reaksi kimia, Batch distillation, kristalisasi, ekstraksi cair-cair, polimerisasi, fermentasi dan farmasi. Beberapa ketetapan penggunaan Reaktor Batch yaitu selama reaksi berlangsung tidak terjadi perubahan temperatur dan pengadukkan dilakukan
dengan sempurna, konsentrasi disemua titik dalam Reaktor adalah sama atau homogen pada waktu yang sama. (Krismitro dkk, 2011). Menurut Irfani (2011) Reaktor batch memiliki keuntungan dan kerugian yaitu: a. Keuntungan Reaktor Batch: - Lebih murah dibanding reaktor alir - Lebih mudah pengoperasiannya - Lebih mudah dikontrol b.
Kerugian Reaktor Batch: - Tidak begitu baik untuk reaksi fase gas (mudah terjadi kebocoran pada lubang pengaduk) - Waktu yang dibutuhkan lama, tidak produktif (untuk pengisian, pemanasan zat pereaksi, pendinginan zat hasil, pembersihan reaktor, waktu reaksi)
2. Reaktor Alir (Continous Flow) Ada 2 jenis : i. RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk) a. Keuntungan - Suhu dan komposisi campuran dalam reaktor sama - Volume reaktor besar, maka waktu tinggal juga besar, berarti zat pereaksi lebih lama bereaksi di reaktor. b. Kerugian - Tidak effisien untuk reaksi fase gas dan reaksi yang bertekanan tinggi. - Kecepatan perpindahan panas lebih rendah dibanding RAP - Untuk menghasilkan konversi yang sama, volume yang dibutuhkan RATB lebih besar dari RAP. ii. RAP (Reaktor Alir Pipa)
Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa. a. Keuntungan - Memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama b. Kerugian - Harga alat dan biaya instalasi tinggi. - Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state. - Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi “Hot Spot” (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reaktor (Irfani, 2011). iii. Reaktor semi Batch Biasanya berbentuk tangki berpengaduk, cara pengoprasiannya dengan memasukkan sebagian zat pereaksi kedalam Reaktor dan sisanya dimasukkan secara kontinyu kedalam Reaktor, sedang hasilnya dapat dikeluarkan secara kontinyu maupun secara Batch hingga diperoleh konversi yang diinginkan (Irfani, 2011). Adapun proses yang terjadi pada Reaktor adalah sebagai berikut: i. Proses Batch Pada proses ini semua bahan-bahan yang diperlukan untuk reaksi di masukkan dan dicampur dalam reaktor. Campuran berada selama waktu reaksi didalam reaktor. Selain itu seluruh massa reaksi yang terjadi dari produk reaksi yang terbentuk, bahan baku reaksi, bahan pelarut, katalisator, dan produk samping dikeluarkan dari reaktor dan diolah. ii. Proses Kontinyu Pada reaktor Kontinyu proses operasi berlangsung kontunyu. Komponen-komponen sama dengan komponen yang lainnya dimasukkan secara kontinyu kedalam reaktor. Pada proses kontinyu baik produk maupun umpan yang masuk dan yang keluar dialirkan secara kontinyu dan
kondisi operasi seperti tekanan, temperatur, laju alir, dan pengisian dalam reaktor harus dipertahankan tetap/konstan. iii. Proses Semikontinyu Pada reaksi kimia banyak digunakan reaktor yang mempunyai baik proses bacth atau kontinyu. Operasi kontinyu terjadi apabila suatu reaksi terdapat bagian yang mempunyai berat jenis berbeda dimana berat seluruh bagian yang lebih ringan ditambah (kembali dikeluarkan) secara kontinyu.
c. Berdasarkan keadaan operasi 1. Reaktor isotermal. Dikatakan isotermal jika umpan yang masuk, campuran dalam reaktor, aliran yang keluar dari reaktor selalu seragam dan bersuhu sama. 2. Reaktor adiabatis. Dikatakan adiabatis jika tidak ada perpindahan panas antara reaktor dan sekelilingnya. Jika reaksinya eksotermis, maka panas yang terjadi karena reaksi dapat dipakai untuk menaikkan suhu campuran di reaktor. ( K naik dan –rA besar sehingga waktu reaksi menjadi lebih pendek). 3. Reaktor Non-Adiabatis Dalam reaktor ini terjadi pemasukkan dan pengeluaran panas sehingga terjadi perpindahan panas.
1.2.3
Reaktor Alir Pipa Reaktor alir pipa merupakan reaktor di mana cairan bereaksi dan mengalir dengan cara melewati tube (tabung) dengan kecepatan tinggi, tanpa terjadi pembentukan arus putar pada aliran cepat. Reaktor alir pipa pada hakekatnya hampir sama dengan pipa dan
relatif
cukup
mudah
dalam
perancangannya.
Reaktor
ini
biasanya dilengkapi dengan selaput membran untuk menambah yield produk pada reaktor. Produk secara selektif ditarik dari reaktor sehingga
keseimbangan
dalam reaktor secara kontinyu bergeser membentuk lebih banyak produk.
Gambar 1.1 Reaktor alir Pipa
Pada umumnya reaktor alir pipa dilengkapi dengan katalisator. Seperti sebagian besar reaksi pada industry kimia, reaksinya membutuhkan katalisator secara signifikan pada suhu layak (standar). Dalam RAP, satu atau lebih reaktan dipompakan ke dalam suatu pipa. Biasanya reaksi yang digunakan pada reaktor ini adalah reaksi fasa gas. Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa sehingga semakin panjang pipa maka konversi yield akan semakin tinggi. Namun tidak mudah untuk menaikkan konversi karena di dalam RAP konversi terjadi secara gradien. Pada awalnya kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun setelah panjang pipa tertentu atau pipa bertambah panjang maka jumlah reaktan akan berkurang dan kecepatan reaksi berlangsung lebih lambat dan akan semakin lambat seiring panjangnya pipa. Artinya, untuk mencapai konversi 100% panjang pipa yang dibutuhkan adalah tak terhingga. Beberapa hal penting dalam reaktor alir pipa adalah: 1. Perhitungan dalam model RAP mengasumsikan tidak terjadi pencampuran (mixing) dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial. 2. Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan dimana katalisator ini diharapkan dapat mengoptimalkan reaksi dan terjadi penghematan. 3. Umumnya RAP memiliki konversi yang lebih besar dibandingkan dengan reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) dalam volume yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama reaktor alir pipa memberikan hasil yang lebih besar dibandingkan RATB.
Di dalam reaktor alir pipa, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga waktu tinggal (τ) sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir melalui reaktor ideal ini disebut dengan plug. Saat plug mengalir sepanjang reaktor alir pipa, fluida bercampur sempurna dalam arah radial bukan dalam arah axial (dari arah depan atau belakang). Setiap plug dengan volume berbeda dinyatakan sebagai kesatuan yang terpisah-pisah (hampir seperti batch reaktor) dimana plug mengalir turun melalui pipa reaktor ini. Reaktor alir pipa juga dikenal sebagi reaktor aliran piston atau reaktor aliran turbular. Reaktor-reaktor tersebut memiliki persamaan diferensial biasa, dimana pemecahan
persamaan
tersebut
dapat
diselesaikan
jika
boundary
condition diketahui.Model reaktor alir pipa digunakan untuk berbagi jenis fluida, seperti: cairan, gas, dan slurry. Walaupun aliran turbulen dan difusi aksial menyebabkan pencampuran arah axial pada berbagai reaktor namun pada reaktor alir pipa kondisi ini memiliki efek yang kecil dan diabaikan. Pada kasus model reaktor alir pipa yang paling sederhana, beberapa asumsi pokok harus dibuat untuk menyederhanakan masalah ini. Perlu diperhatikan bahwa tidak semua asumsi ini perlu, namun pemindahan asumsi ini menambah kerumitan masalah. Model reaktor alir pipa dapat digunakan pada reaksi lipat ganda (multiple reaction) serta reaksi yang melibatkan perubahan suhu, tekanan dan densitias fluida. Walaupun kerumitan ini diabaikan, namun selalu relevan dalam proses industri. Adapun asumsi yang digunakan pada model reaktor ini sebagai berikut: 1. Aliran plug (plug flow) 2. Keadaan steady state 3. Densitas fluida konstan (untuk cairan dan juga berlaku untuk gas yang tidak mengalami penurunan tekanan, perubahan mol dan perubahan temperatur). 4. Diameter pipa konstan 5. Reaksi tunggal (single reaction) 6. Zat mengalir di dalam pipa dengan distribusi kecepatan datar
7. Kecepatan pengadukan ke arah radial berlangsung sangat cepat sehingga pada setiap penampang pipa R, T, P dan komposisi fluida selalu uniform (seragam), dan perbedaan terjadi di sepanjang pipa R 8. Setiap partikel fluida yg mengalir mempunyai waktu tinggal sama 9. Fluida dalam fasa gas berlangsung pada tekanan tetap dan fluida dalam fasa cair berlangsung pada volume dan tekanan tetap Dalam aplikasinya, reaktor alir pipa digunakan pada reaksi: a. Reaksi skala besar b. Reaksi cepat c. Reaksi homogen atau heterogen d. Reaksi kontinu e. Reaksi pada temperatur tinggi
1.2.4
Neraca Massa Reaktor Alir Pipa Input –output – disappearance = Accumulation
Input A, (mol/waktu) = FA Ouput A, (mol/waktu) = FA + d FA Jumlah mol A yang hilang setelah bereaksi = (-rA)dV 𝑚𝑜𝑙 𝐴 𝑦𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑟𝑒𝑎𝑘𝑠𝑖
=( Dimasukan ke persamaan, maka diperoleh persamaan,
𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑥 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
) x d VA
FA = (FA + d FA) + -rA dV d FA = d[(FAo (1- XA)] = FAo.d XA FAo d XA = (-rA).dV FAo (kecepatan umpan) yang masuk adalah konstan, sedangkan rA akan bergantung pada konsentrasi dan konversi. Jika dimasukan ke persamaan didapatkan, 𝑣
∫ 0
𝑋𝐴𝐹 𝑑𝑉 𝑑 𝑋𝐴 = ∫ FAO −𝑟𝐴 0
Dengan demikian persamaan menjadi: 𝑉 𝐹 𝐴0
=𝐶
𝜏
𝐴𝑂
Atau 𝑉 𝐹 𝐴0
=𝐶
𝜏
𝐴𝑂
𝑋
= ∫0 𝐴𝐹
𝑑 𝑋𝐴 −𝑟𝐴
𝑋𝐴𝐹 𝑉 𝑑 𝑋𝐴 𝜏= = 𝐶𝐴𝑂 ∫ 𝑣𝑜 −𝑟𝐴 0
Pada umumnya pernyataan untuk Flug Flow Reaktor, seandainya feed atau umpan adalah dasar, subscript 0, masuk ke reaktor di konversi sebagian, subscript i, dan kemudian konversi ditunjukan dengan subscript f, maka persamaannya menjadi, 𝑋𝐴𝐹 𝑉 𝑉 𝑑 𝑋𝐴 = = ∫ 𝐹 𝐴0 𝐶 𝐴0.𝑣𝑜 𝑋𝐴𝑡 −𝑟𝐴
𝜏=
𝑋𝐴𝐹 𝑉 𝑑 𝑋𝐴 = 𝐶𝐴𝑂 ∫ 𝑣𝑜 𝑋𝐴𝑡 −𝑟𝐴
Persamaan ditunjukan dengan menghubungkannya dengan konsentrasi, 𝑉 𝐹 𝐴0
=𝐶
𝜏=
𝜏
𝐴𝑂
𝑋
= ∫0 𝐴𝐹
𝑑 𝑋𝐴 −𝑟𝐴
𝐶𝐴𝐹 𝑑 𝐶𝐴
1
= −𝐶
𝐴𝑂
∫𝐶
𝐴𝑂
−𝑟
𝐴
𝑋𝐴𝐹 𝐶𝐴𝐹 𝑉 𝑑 𝑋𝐴 𝑑 𝐶𝐴 = 𝐶𝐴𝑂 ∫ = −∫ 𝑣𝑜 −𝑟𝐴 0 𝐶𝐴𝑂 −𝑟
𝐴
1.2.5
NaOH (Natrium Hidroksida) Natrium hidroksida (NaOH), juga dikenal sebagai soda kaustik atau sodium hidroksida, adalah sejenis basa logam kaustik. Natrium Hidroksida terbentuk dari oksida basa Natrium Oksida dilarutkan dalam air. Natrium hidroksida membentuk
larutan alkalin yang kuat ketika dilarutkan ke dalam air. Ia digunakan di berbagai macam bidang industri, kebanyakan digunakan sebagai basa dalam proses produksi bubur kayu dan kertas, tekstil, air minum, sabun dan deterjen. Natrium hidroksida adalah
basa yang paling umum digunakan dalam laboratorium kimia. Natrium hidroksida murni berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. Ia bersifat lembap cair dan secara spontan menyerap karbon dioksida dari udara bebas. Ia sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas
ketika dilarutkan. Ia juga larut dalam etanol dan metanol, walaupun kelarutan NaOH dalam kedua cairan ini lebih kecil daripada kelarutan KOH. Ia tidak larut dalam dietil eter dan pelarut non-polar lainnya. Larutan natrium hidroksida akan meninggalkan
noda kuning pada kain dan kertas. Sifat fisik Natrium hidroksida (NaOH) : - Berbentuk putih padat dan tersedia dalam bentuk pelet, serpihan, butiran ataupun larutan jenuh 50%. - Bersifat lembab cair - Secara spontan menyerap karbon dioksida dari udara bebas. - Sangat larut dalam air dan akan melepaskan panas ketika dilarutkan. - Larut dalam etanol dan metanol - Tidak larut dalam dietil eter dan pelarut non-polar lainnya - Sangat basa, keras, rapuh dan menunjukkan pecahan hablur. - NaOH membentuk basa kuat bila dilarutkan dalam air - Densitas NaOH adalah 2,1 - Senyawa ini sangat mudah terionisasi membentuk ion natrium dan hidroksida (Anonim, 2013)
1.2.6
Etil Asetat (CH3COOC2H5) Etil asetat adalah senyawa organik dengan rumus CH3COOC2H5. Senyawa ini merupakan ester dari etanol dan asam asetat. Senyawa ini berwujud cairan tak berwarna, memiliki aroma khas. Senyawa ini sering disingkat EtOAc, dengan Et mewakili gugus etil dan OAc mewakili asetat. Etil asetat diproduksi dalam skala besar sebagai pelarut. Etil asetat adalah pelarut polar menengah yang volatil (mudah menguap), tidak beracun, dan tidak higroskopis. Etil asetat merupakan penerima ikatan hidrogen yang lemah, dan bukan suatu donor ikatan hidrogen karena tidak adanya proton yang bersifat asam (yaitu hidrogen yang terikat pada atom elektronegatif seperti flor, oksigen, dan nitrogen. Etil asetat dapat melarutkan air hingga 3%, dan larut dalam air hingga kelarutan 8% pada suhu kamar. Kelarutannya meningkat pada suhu yang lebih tinggi. Namun demikian, senyawa ini tidak stabil dalam air yang mengandung basa atau asam. (Anonim, 2013) Etil asetat disintesis melalui reaksi esterifikasi Fischer dari asam asetat dan etanol dan hasilnya beraroma jeruk (perisa sintesis), biasanya dalam sintesis disertai katalis asam seperti asam sulfat. CH3CH2OH + CH3COOH → CH3COOCH2CH3 + H2O Reaksi di atas merupakan reaksi reversibel dan menghasilkan suatu kesetimbangan kimia. Karena itu, rasio hasil dari reaksi di atas menjadi rendah jika air yang terbentuk tidak dipisahkan. Di laboratorium, produk etil asetat yang terbentuk dapat dipisahkan dari air dengan menggunakan aparatus Dean-Stark. Etil asetat dapat dihidrolisis pada keadaan asam atau basa menghasilkan asam asetat dan etanol kembali. Katalis asam seperti asam sulfat dapat menghambat hidrolisis karena berlangsungnya reaksi kebalikan hidrolisis yaitu esterifikasi Fischer. Untuk memperoleh rasio hasil yang tinggi, biasanya digunakan basa kuat dengan proporsi stoikiometris, misalnya natrium hidroksida. Reaksi ini menghasilkan etanol dan natrium asetat, yang tidak dapat bereaksi lagi dengan etanol: CH3COOC2H5 + NaOH → C2H5OH + CH3COONa
1.2.7 Hubungan Konversi Terhadap Waktu Pada Reaksi Dengan Kecepatan Tertentu Persamaan hubungan konversi atau konsentrasi suatu bahan dalam reaktor dengan waktu reaksi dapat dinyatakan berdasarkan neraca massa dalam reaktor yang digunakan. Misalkan suatu larutan A dengan konsentrasi CA0 gmol/L dalam reaktor batch dengan volume larutan V L bereaksi membentuk B dengan persamaan reaksi A B, reaksi merupakan reaksi order 1 dengan kecepatan reaksi rA= kCA, maka dapat dibuat persamaan hubungan konversi dengan waktu menggunakan neraca massa pada reaktor batch : –
Kecepatan bahan masuk
kecepatan
= Kecepatan
bahan keluar
0 0 kC AV
bahan bereaksi +
dC AV dt
akumulasi
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .(1.20)
apabila volume larutan dianggap konstan maka :
0 0 kC AV 0 0 kC A CA
CA0
VdCA . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .(1.21) dt dC A dt
t dC A kdt CA 0
ln
. . . . . . . . . . . . . (1.22)
CA kt C A0
CA e kt C A0 Jadi persamaan hubungan konsentrasi A dengan waktu :
C A C A0 e kt . . . . . . . . . .
. . .. . . . . .(1.23)
Dengan persaman ini dapat diketahui konsentrasi A (CA) pada setiap saat. Atau bisa dinyatakan hubungan antara konversi dengan waktu :
CA0 (1 X A ) CA0e kt . . . . . . . . . . . . (1.24) X A 1 e kt . . . . . . . . .. . . . . . . . .
. .. . (1.25)
Konversi juga dapat ditentukan dengan persamaan : 𝑋𝐴 =
𝐶𝐴0 − 𝐶𝐴 𝐶𝐴
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (1.26)
1.2.8 Faktor-faktor yang mempengaruhi harga k Persamaan Arhenius : . . . . . . . . . . . . (1.30) 1. Frekuensi tumbukan Pengadukan akan memperbesar tumbukan partikel sehingga akan menaikan energi aktifasi,jika energi aktivasi naik, maka kecepatan reaksi juga naik 2. Energi aktivasi Energi aktivasi merupakan energi minimum yang diperlukan bagi reaksi untuk berlangsung. Semakin rendah energi aktivasi, maka reaksi akan berjaan semakin cepat. 3. Suhu Semakin tinggi suhu, maka reaksi akan berjalan semakin cepat. 4. Katalis Katalis dapat mempercepat reaksi karena kemammpuannya mengadakan reaksi dengan paling sedikit satu molekul reaktan untuk menghasilkan senyawa yang lebih aktif. Interaksi ini akan meningkatkan laju reaksi.
BAB II METODOLOGI
2.1 Alat dan Bahan 2.1.1 Alat yang digunakan : a. Satu set reaktor tangki alir pipa (RAP) b. Gelas Kimia 1000 ml c. Gelas Ukur 10 ml d. Labu Ukur 50 ml e. Pipet ukur 10 ml f. Botol Semprot g. Bulp
2.1.2 Bahan yang digunakan : a. NaOH 0,05 M b. CH3COOC2H5 0,05 M c. Aquadest
2.2 ProsedurKerja 2.2.1 Kalibrasi Pompa a. Memasukkan bahan ke dalam reactor NaOH dan CH3COOC2H5 b. Menghidupkan pompa I (NaOH) c. Mengatur skala pompa pada skala 200 d. Menampung air keluaran tangki pada gelas ukur 25 ml sebanyak 25 ml e. Mencatat waktu dari awal umpan keluar sampai volume 25 ml f. Melakukan hal yang sama untuk skala pompa 400, 600, 800 dan 10000 g. Membuat grafik debit (Q) sumbu Y dan speed pompa X. Dibuat dalam satu grafik pompa I dan pompa II h. Mengulang hal yang sama untuk kalibrasi pompa CH3COOC2H5
2.2.2 Membuat Larutan Campuran dan Mengukur Konduktivitas Larutan Campuran antara NaOH dan CH3COOC2H5 dengan Konsentrasi dan Volume yang Sama. a. Mencampur 10 ml larutan NaOH 0.005 M dan 10 ml CH3COOC2H5 0.005 lalu mengukur konduktivitasnya. b. Melakukan hal yang sama untuk konsentrasi 0.01 M, 0.015 M, 0.02 M. 0.025 M.
2.2.3 Mengoperasikan Reaktor Alir Pipa a. Menyambungkan kabel-kabel peralatan ke stop kontak. b. Menghidupkan reactor dengan menekan tombol ON. c. Memasukan Conductivity meter kedalam reaktor sampai tercelup kedalam larutan. d. Memasukkan larutan NaOH (0,05 M) dan larutan CH3COOC2H5 (0,05 M) kedalam tangki reactor sebanyak ¾ bagian. e. Mengatur skala pompa masing-masing sehingga memiliki laju alir volumetric yang sama. f. Menampung bahan yang keluar dari reactor dengan menggunakan teko 2000 ml. g. Mencatat perubahan konduktivitas dari produk setiap 5 menit. h. Jika nilai konduktivitas dari produk sudah konstan 3x berturut-turut, maka proses dianggap sudah dalam keadaan steady state dan proses untuk variasi pertama sudah selesai. i. Melakukan hal yang sama untuk skala 400, 600 dan 800
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Data Pengamatan Tabel 3.1 Data Laju Alir Pompa NaOH dan CH3COOC2H5 Volume (ml)
25
Skala Pompa 200 400 600 800 1000
Pompa I (NaOH) t (detik) Q (ml/detik) 142 0.176 48.5 0.515 28.6 0.874 22.2 1.126 15.2 1.645
Pompa II (CH3COOC2H5) t (detik) Q (ml/detik) 283 0.088 112 0.223 33.3 0.751 23.1 1.082 17.2 1.453
Persamaan garis linear pompa NaOH Y = 0.0017745 x - 0.1975 Persamaan garis linear pompa CH2COOC2H5 Y = 0.0017945 x – 0.3573 Tabel 3.2 Hasil Kalibrasi Pompa NaOH dan CH3COOC2H5 Pompa I (NaOH) Skala Q(ml/detik) 200 0.176 400 0.515 600 0.874 800 1.126 1000 1.645
Pompa II (CH3COOC2H5) Skala Q (ml/detik) 297 0.176 486 0.515 686 0.874 827 1.126 1116 1.645
Tabel 3.3 Konduktivitas Larutan Campuran NaOH dan CH3COOC2H5 Konsentrasi (mol/L)
Volume (ml)
0,025 0,02 0,015 0,01 0,005
Konduktivitas Campuran NaOH dan CH3COOC2H5 (50:50) (mS) 5,20 3,56 2,80 1,88 1,08
20
Tabel 3.4 Konduktivitas Larutan Campuran NaOH dan CH2COOC2H5 Dalam Reaktor Alir Pipa Skala
Waktu (menit)
200
5 10 15 20 25 30 35 40 45 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 5
400
600
Konduktivitas PCT (mS) 6.07 5.61 4.57 4.35 3.80 3.55 3.43 3.41 3.41 4.13 3.62 4.37 4.72 5.7 5.0 3.98 3.96 3.97 3.96 4.23
Konduktivitas Pembacaan Alat (mS) 5.75 5.20 4.28 3.89 3.36 3.24 3.11 3.11 3.11 3.61 3.26 3.61 4.11 5.15 4.54 3.66 3.46 3.46 3.46 3.64
10 15 20 25 30 5 10 15 20 25 30 35 40 45
800
4.17 4.17 4.17 4.18 4.36 4.63 4.65 4.65 4.67 4.67 4.68 4.68 4.66 4.65
3.59 3.58 3.46 3.46 3.46 3.86 3.98 4.01 4.07 4.12 4.20 4.07 4.07 4.07
3.2 Data Perhitungan Tabel 3.5 Perhitungan nilai τ, CA0, CA, Xa Skala NaOH
τ (detik)
CA0 (M)
CA (M)
Xa
200
1115,0568
0,025
0,0160
0,3600
400
381,0680
0,025
0,0178
0,2880
600
224,5423
0,025
0,0178
0,2880
800
174,2895
0,025
0,0209
0,1640
Tabel 3. 6 Perhitungan Nilai F NaOH, V/F, -rA, log -rA, log CA Skala
F NaOH
V/F
-rA
(mol/s)
(Ls/mol)
(mol/Ls)
200
8.80E-06
4.46E+07
2.50E-09
400
2.56E-05
1.52E+07
8.00E-09
600
4.37E-05
8.98E+06
5.00E-09
800
5.63E-05
6.97E+06
6.02E-09
Log rA
Log CA
-8.60206
-1.79588
-8.09691
-1.74958
-8.30103
-1.74958
-8.22040
-1.67985
3.3 Pembahasan Hasil Pada praktikum kali ini yaitu Reaktor Alir Pipa bertujuan untuk menentukan konstanta kecepatan reaksi dan orde reaksi NaOH 0,05 M dan CH3COOC2H5 0,05 M pada Reaktor Alir Pipa serta mengetahui pengaruh laju alir terhadap perolehan konversi. Pada praktikum ini terjadi reaksi sebagai berikut : NaOH + CH3COOC2H5 → CH3COONa + C2H5OH Pada reaksi tersebut, NaOH bertindak sebagai reaktan pembatas dikarenakan NaOH merupakan senyawa dengan jenis basa kuat sedangkan CH3COOC2H5 merupakan senyawa jenis ester. Sehingga NaOH akan terlebih dahulu habis bereaksi. Pada praktikum ini diperoleh data konsentrasi larutan campuran antara NaOH dengan CH3COOC2H5 dan konduktivitas larutan campuran. Dari data-data yang diperoleh tersebut, di dapat kurva standar dengan persamaan garis linear y = 198.4x – 0.072. Dari persamaan tersebut dapat diperoleh konsentrasi NaOH mula-mula (Ca) untuk setiap skala pompa NaOH dengan memasukkan variabel y sebagai konduktivitas dan variabel x sebagai konsentrasi. Kemudian dari konsentrasi (Ca) tersebut diperoleh nilai konversi dari masing-masing skala pompa NaOH dan kemudian dibuat kembali grafik antara Konversi (Xa) melawan V/F yang telah diperoleh sebelumnya untuk mendapatkan –rA. Selanjutnya dibuat grafik antara log Ra melawan log Ca dan diperoleh persamaan y = 2.3617x - 3.3151. Dari persamaan tersebut kemudian diperoleh nilai konstanta kecepatan 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 2
reaksi 4,8406x10-4𝑚𝑜𝑙2 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 dan orde reaksi yang bernilai = 2,3617 ≈ 2. Hal ini sesuai dengan teori dimana reksi penyabunan etil asetat memiliki orde reaksi 2. Pada orde reaksi dua, kenaikan laju reaksi akan sebanding dengan kenaikan konsentrasi pereaksi pangkat dua. Bila konsentrasi pereaksi dianikkan dua kali maka laju reaksinya akan naik menjadi empat kali dari semula (Anonim, 2013). Konstanta kecepatan reaksi bergantung pada komposisi dan temperatur campuran reaksi, sedangkan tetapan konstanta kecepatan reaksi hanya bergantung pada temperatur dan tidak bergantung pada konsentrasi pereaksi maupun produk (Atkins, 1999). Konstanta kecepatan reaksi ini bersifat tetap, dia hanya akan berubah apabila terdapat perubahan temperatur (Labuza, 1982). Hal inilah yang menyebabkan nilai konstanta kecepatan reaksi
yang didapatkan pada praktikum ini cukup rendah karena pada saat praktikum berlangsung tidak menggunakan penambahan temperatur hanya menggunakan temperatur ruangan. Sehingga dapat dikatakan bahwa reaksi antara NaOH dengan CH3COOC2H5 dalam praktikum ini adalah steady state. Dalam praktikum ini juga diperoleh nilai konversi dimana semakin cepat laju alir maka nilai konversi semakin kecil dan waktu tinggal semakin besar. Karena waktu tinggal didefinisikan sebagai ratio volume reaktor terhadap kecepatan aliran yang dinyatakan dalam volume per satuan waktu.
BAB IV PENUTUP
4.1 Kesimpulan 1. Orde reaksi pada praktikum ini adalah 2,3617 ≈ 2 dengan konstanta kecepatan 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
reaksi adalah 4,8406x10-4 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡. 5. Semakin besar laju alir, nilai konversi semakin kecil dan semakin besar waktu tinggal.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. 2013. Natrium Hidroksida. http://id.wikipedia.org diakses pada tanggal 31 Maret 2016. Anonim. 2013. Kecepatan Reaksi. http://azzastudy.blogspot.com/2013/04/kecepatanreaksi.html. Diakses pada tanggal 18 April 2016. Anonim. 2013. Etil Asetat. http://id.wikipedia.org diakses pada tanggal 31 Maret 2016 Anonim. 2013. Modul TRK. http://elista.akprind.ac.id diakses pada tanggal 3 April 2016 Cairns,D. 1997. Intisari Kimia Farmasi. Buku Kedokteran EGC; Jakarta. Irfani. 2011. Reaktor. achmadirfani.files.wordpress.com/2007/11/reaktor.doc . Diakses pada tanggal 5 April 2016 Keenan.C, Kleinfelter.D, Wood,J. 1984. Kimia Untuk Universitas Edisi Keenam. Erlangga; Jakarta. Krismitro, dkk. 2011. Batch Reaktor. http://muthiaelma.zoomshare.com/files/. Diakses pada tanggal 5 April 2016 Marpaung,N. 2011. Laju-Reaksi. http://pesona97.files.wordpress.com. Diakses pada tanggal 5 April 2016. Naunnapinky S. 2012. Laju Reaksi https://rianasantrianah.wordpress.com/2012 /06/06/lajureaksi-la/. Diakses pada tanggal 7 April 2016 Syafangah,I dan Fatimah,S. 2013. Penentuan Tetapan Laju Reaksi Penyabuan Etil Asetat http://4301411020.blogspot.com/2013/12/v-behaviorurldefaultvmlo.html. Lab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri Semarang. Diakses pada tanggal 18 April 2016 Tim penyusun, 2016, “Penuntun Praktikum Laboratorium Pilot Plant” Politeknik Negeri Samarinda; Samarinda
LAMPIRAN
PERHITUNGAN
*contoh perhitungan pada skala 400 1. Menghitung waktu tinggal (τ) Volume reactor = π r2 L = 3,14 x (0,25 cm)2 x 2000 cm = 392,5 cm3 Qtotal = QNaOH + QCH3COOC2H5 = 0,515 ml/s + 0,515 ml/s = 1,03 ml/s τ=
Vreaktor 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
392,5 𝑚𝑙
= 1,03 ml/s = 381,0680 s 2. Menghitung konsentrasi NaOH mula-mula (CA0) 𝑄
𝑁𝑎𝑂𝐻 CA0 = 𝑄𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 x CA0 f
=
0,515 𝑚𝑙/𝑠 1,03 𝑚𝑙/𝑠
x 0,05 M
= 0,025 M 3. Menghitung NaOh akhir/sisa (CA) Persamaan garis grafik hubungan konduktivitas vs konsentrasi (CA) adalah y = 198,4x – 0,072, R2 = 0.9754 Dimana y = konduktivitas x = konsentrasi (CA) Untuk skala 400, Y= 3,46 CA =
3,46+0,072 198,4
= 0,0178 M 4. Menghitung NaOH yang terkonversi XA XA =
𝐶𝐴0 − 𝐶𝐴 𝐶𝐴0
=
0,025−0,0178 0,025
= 0,2880 5. Menghitung FNaOH FNaOH = CA0 f x QNaOH = 0,05 mol/L x 0,515 mL/s x 1 L/1000 mL = 2,58 x 10-5 mol/s 6. Menghitung V/F 𝑣𝑟𝑒𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝐹𝑁𝑎𝑂𝐻
0,3925 𝐿
= 2,58 𝑥 10−5 𝑚𝑜𝑙/𝑠 = 15.200.000 L.s/mol
7. Menghitung rA Cari grafik hubungan konversi vs V/F diperoleh Δx untuk skala 400 𝑦
𝑦
Δx = 𝑥2− 𝑥1 2− 1
0.29−0.25
= 20000000−15000000 = 8x10-9 8. Menghitung konstanta kecepatan reaksi dari orde reaksi Grafik hubungan log rA vs log CA. y = 2,3617x – 3,3151 R² = 0,4055 Slope = orde reaksi (n) = 2,3617 ≈3 Intersep = log k Log k = - 3,3151 k = anti log 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 2
k = 4,8406x10-4𝑚𝑜𝑙2 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡.
Kurva Larutan Campuran NaOH dan CH3COOC2H5 (50:50) 6,00
y = 198,4x - 0,072 R² = 0,9754
Konduktivitas (mS)
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00 0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
Konsentrasi Larutan Campuran NaOH dan CH3COOC2H5 (50:50) (M)
Gambar 1. Kurva Konsentrasi Larutan Campuran NaOH dan CH3COOC2H5 (50:50) (M) Vs Konduktivitas (mS)
Log Ca Vs Log -rA -1,8
-1,78
-1,76
-1,74
-1,72
-1,7
-1,68
-8 -1,66 -8,1
-8,2
-8,3 y = 2.3617x - 3.3151 R² = 0.8955
-8,4
-8,5
-8,6
-8,7
log Ca
Gambar 2. Kurva Log Ca Vs Log -rA
log -rA
-1,82
