Nama : Gissa Navira Sevie NIM : 23017001 Tugas 1 – TK TK 5201 Tanggal Tugas : 23 Januari 2018 Tanggal Pengumpulan : 25 Januari 2018 Problem 1. Reaktor B atch Menentukan nilai k tch Volume Tetap – Menentukan
Perhatikan reaksi A + B C Reaksi dinggap orde satu terhadap CA (CB berlebih). Diketahui CAo =1 kmol/m3 dan reaksi dilangsungkan dalam fasa cair. Tentukan tetapan laju reaksi k.jika data konsentrasi Cc selama 10 s adalah : Tabel 1.Data konsentrasi C terhadap waktu t 0 0.5 1 1.5 2 3 4 6 10
Cc 0 0.145 0.27 0.376 0.467 0.61 0.715 0.848 0.957
Jawab: Jika diasumsikan bahwa mula-mula (t=0) umpan berupa: CA0 = 1 kmol/m3 CB0 = 2 kmol/m3 ( berlebih ) CC0 = 0 kmol/m3 dimasukkan ke dalam reaktor batch dengan volume tertentu
Sebuah reaksi: A+B C
=
(reaksi dianggap orde 1 terhadap CA)
Laju reaksi masing – masing masing komponen
A: B: C:
= = = = = =
Agar dalam waktu 0 hingga 10 detik perolehan nilai Cc sama dengan data pada tabel 1 maka diperoleh nilai k =0.3148 m3 /detik
Grafik 1. Profil konsentrasi masing-masing komponen selama selang waktu 10 detik:
Grafik 2. Perbandingan konsentrasi C terhadap t ,hasil numerik dan data diketahui
Konsentrasi C terhadap waktu 1 0.9 0.8 ) 0.7 L / l 0.6 o m0.5 ( c 0.4 C0.3 0.2 0.1 0 0
2
4
6
t (detik) Data diketahui
Hasil numerik flexPDE
8
10
Problem 2. Reaktor Batch Volume Tetap – Menentukan waktu
Reaksi fasa liquid A B + C direaksikan dengan katalis homogen dalam larutan. Data laju reaksi dinyatakandengan :
= (1 )
Kamu diminta merekomendasikan sebuah reaktor batch sehingga konsentrasi umpan masuk reaktor 0.4 mol/liter berkurang menjadi 0.1 mol/liter pada aliran keluar. Hitunglah waktu reaksi yang diutuhkan untuk mencapai konversi yang diinginkan Jawab Jika diasumsikan bahwa mula-mula (t=0) umpan berupa: CA0 = 0.4 mol CB0 = 0 mol CC0 = 0 mol dimasukkan ke dalam reaktor batch dengan volume tertentu Data nilai tetapan k: k 3 = 3 menit-1 k 2 = 2 liter/mol k 1 = 1 liter 2 / mol2
Sebuah reaksi: A
B
+C
= (+− )
Laju reaksi masing – masing komponen :
A: B: C:
1 = = (12 3 2) 1 = = 2
(12 3 ) 1 = = (12 3 2)
Konversi reaktor yang diinginkan
= 1
=.0.1 / Maka = 1 .4 =0.75 Agar diperoleh =. maka dibutuhkan waktu (t) = 0.6375 menit Dengan nilai
Grafik 3. Profil konsentrasi masing-masing komponen selama selang waktu 0.6375 menit:
Grafik 4. Profil
selama selang waktu 0.6375 menit:
Problem 3. Reaktor Batch Volume Tetap – Reaksi Kompleks Tinjau sebuah reaksi A C + D Yang mempunyai mekanisme reaksi :
A B + C
B D Turunkan persamaaan rancangan untuk masing – masing komponen Selesaikan persamaan rancangan tersebut menggunakan data sbb : k 1 = 0.2 s-1 k 2 = 0.1 s-1 CA0 = 2 mol/L CB0 = 1 mol/L CC0 = CD0 = 0 a) Kapan konsentrasi B mencapai maksimum ? (tentukan secara grafis dan matematis) b) Kapan konsentrasi A,C, dan D mengalami perubahan paling tinggi ? Jawab Jika diasumsikan bahwa mula-mula (t=0) umpan berupa: CA0 = 2 mol/L CB0 = 1 mol/L CC0 = CD0 = 0 dimasukkan ke dalam reaktor batch dengan volume tertentu Data nilai tetapan k: k 1 = 0.2 s-1 k 2 = 0.1 s-1
Sebuah reaksi:
A B + C
B D Laju reaksi keseluruhan masing – masing komponen:
A: B: C: D:
= = = = = = = =
a) konsentrasi B mencapai maksimum (secara grafis) Grafik 5. Profil konsentrasi masing-masing komponen selama selang waktu 0 - 20 detik:
Konsentrasi B mencapai maksimum saat t = 4.689597 detik Konsentrasi B mencapai maksimum (secara matematis) A:
=
Susun dan Integralkan
∫ = ∫ . = . −. B:
=
.....................................................................................................(1)
= Masukan nilai CA dari pers (1), sehingga
= . −. Bentuk persamaan diatas merupakan pers diferensial orde satu
= ∫ . , diperoleh solusi :
Dengan mengalikan faktor pengintegrasi
. ∫ . = ∫ . ∫ . . + konstanta Diperoleh bahwa faktor pengintegrasi adalah Sehingga penyelesaian
.
.
= − −
. dan konstanta pengintegrasi adalah −−
.....................................................................................(2)
Konsentrasi B mencapai maksimum jika
= 0
= 0 = 0 ,masukan nilai dan dari pers (1) dan (2) Dan diperoleh t = 4,689597 detik
b) Konsentrasi A,C, dan D mengalami perubahan paling tinggi, diperoleh dari data numerik Perubahan konsentrasi A paling tinggi, saat t = 3.842074 detik Perubahan konsentrasi C paling tinggi, saat t = 3.842074 detik Perubahan konsentrasi D paling tinggi, saat t = 4,689597 detik
Problem 4. Reaktor B atch, Volume Berubah - Reaksi Tunggal
Tinjau sebuah reaksi 2A B yang diselenggarakan dalam fasa gas pada tekanan tetap dan isotermal. Jika gas-gas tersebut diangap berkelakuan sebagai gas ideal, turunkan persamaan rancangan reaktor batch yang menggambarkan perubahan mol A sebagai fungsi dari waktu. Alurkan kurva dan sebagai fungsi dari waktu (0-10 s).
Persamaan laju reaksi adalah : -r A = 2kCA2 Sistem mengandung jumlah gas inert ni= 1 mol, nA0 = 1 mol, nB0 = 0 mol, k = 0.01 m3/mol/s, P =1 atm , T = 200 0C, R = 0.0821 L atm/mol K Jawab :
Menyamakan satuan data yang diketahui k = 0.01 m3/mol/s = 10 L/mol.s P = 1 atm T = 200oC = 473 K
Syarat awal (t=0) umpan berupa: nA0 = 1 mol nB0 = 0 mol ninert = 1 mol Persamaan rancangan reaktor batch yang menggambarkan perubahan mol A sebagai fungsi dari waktu Reaksi:
2A
B
-r A = 2kCA2
Neraca massa masing – masing komponen:
A: B:
= . = 2 .=2. = . = . = . 2
Hubungan pendukung:
= ( ). . Grafik 6. Kurva
dan sebagai fungsi dari waktu (0-10 s) :
Problem 5. Reaktor B atch, Volume Berubah – Reaksi Kompleks
Tinjau reaksi 2A
B
r 1 = k 1CA2
B+C
P
r 2 = k 2CB CC
Diketahui k 1 = 0,01 m3/(mol.s) k 2 = 0,02 m3/(mol.s) Kondisi operasi: P = 1 atm, T = 200oC ; R = 0,0821 L.atm/(mol.K) Turunkan persamaan rancangan batch reaktor Hitung waktu untuk mencapai konversi A = 50%. Jawab
Syarat awal pada t = 0: nA0 = 1 mol
nC0 = 1 mol
nB0 = 0 mol
nP0 = 0 mol
Persamaan rancangan batch reaktor Sebuah reaksi kompleks: 2A
B
r 1 = k 1CA2
k 1 = 0,01 m3/(mol.s) = 10 L/(mol.s)
B+C
P
r 2 = k 2CB CC
k 2 = 0,02 m3/(mol.s) = 20 L/(mol.s)
Neraca massa komponen:
=2 . = -2k C 2.V 1 A B: = ( ). = (k 1CA2 - k 2CB CC).V C: = . = - k 2CB CC .V P: = . = k 2CB CC. V dengan nilai = ( ).
A:
Waktu untuk mencapai konversi A = 50% adalah 3,51 detik (XA = 50,651%)
Grafik 7. Profil mol masing-masing komponen terhadap waktu:
Grafik 8. Profil konversi (XA) terhadap waktu:
