Kinetika reaksi heterogen : Karena lebih dari satu fasa, maka gerakan reaktan dari suatu fasa ke fasa yang lain harus diperhitungkan. Persamaan laju reaksi terdiri dari kinetika kimia dan perpindahan massa. Perpindahan massa ini berbeda macam dan jumlahnya pada setiap sistim heterogen yang berbeda.
Contoh-1 : Pembakaran partikel karbon di udara C
+
O2
Skema fisik
Model
CO2 Profil konsentrasi
O2
CAg
O2 Solid C
Air CO 2
CAs
CO 2 Burning Carbon Particle
Gas film
Badan fasa gas
2 tahap kinetika : 1 reaksi + 1 mass transfer
film gas
Contoh-2 : Fermentasi aerobic Microbial cell
Organic +
⎯→
O2
Skema fisik
C2H5OH atau CO2 Profil konsentrasi
G
CAg L
L
CAi G
CAL
CAs
Model badan fasa gas Film gas
badan fasa liquid film liquid
Cell Microbial
5 - 7 tahap kinetika : 1 reaksi + 4 - 6 mass transfer
Laju Reaksi dalam sistim Heterogen Reaksi heterogen terjadi pada interface diantara 2 fase, misalnya :
Laju Reaksi dalam sistim Heterogen Karena reaksi terjadi hanya pada interface (dan tidak diseluruh volume reaktor seperti reaksi homogen), maka tidak mempunyai arti jika kecepatan dinyatakan dalam satuan volume. Oleh karena itu laju dinyatakan dalam mol persatuan waktu, persatuan luas permukaan reaksi . Misalnya, jika luas permukaan luar karbon adalah S, maka untuk sistim Batch :
− r CO = − 2
1 dN CO2 S
dt
≠−
dC CO2 dt
Apabila reaktor kontinyu, maka laju reaksi adalah jumlah mol yang berekasi pada interval yang singkat dibagi interval waktu dan S
Persamaan laju reaksi
Untuk mendapatkan persaman laju reaksi global, maka masingmasing tahap dinyatakan dalam satuan yang sama, misalnya persatuan luas, volume atau berat :
⎡ mol A yang bereaksi ⎤ − r A = − =⎢ ⎥ V dt ⎣ volume fluida.waktu ⎦ 1 dN A
⎡ mol A yang bereaksi ⎤ − r A = − =⎢ ⎥ . W dt massa solid waktu ⎣ ⎦ '
1 dN A
⎡ mol A yang bereaksi ⎤ − r A = − =⎢ ⎥ S dt luas permukaan waktu . ⎣ ⎦ ''
1 dN A
(-r A )V = (-r ’ A )W =(-r ” A )S
Jika tahapan seri : r overall = r 1 = r 2 = r 3 Jika tahapan paralelr overall = r 1 + r 2
Contoh-3 : Laju overall untuk reaksi orde-1
Suatu reaktan A dalam fasa cair berdiffusi melalui film liquid menuju permukaan padat reaktan B yang menghasilkan produk R yang berdiffusi kembali ke badan fasa cair. Buatlah persamaan kecepatan overall untuk sistim reaksi L/S. ⎯→ A(l) + B(s) R(l)
Penyelesaian : fluks diffusi A ke permukaan :
Reaksi orde-1 terhadap A :
Contoh-3 : Laju overall untuk reaksi orde-2
Buatlah persamaan kecepatan overall untuk sistim reaksi L/S, seperti contoh diatas : A(l) + B(s) ⎯→ R(l) tetapi reaksi orde-2 :
Penyelesaian :
Pola Kontak Sistim Heterogen A
A A B
B
Plug A/plug B Countercurrent
B
Plug A/plug B Cocurrent
Micro or macro
A
Plug A/plug B Crosscurrent
Micro-micro or macro-micro
B
A
Reaction in either A or B phase Plug A/mixed B (two cases)
