Kinetika Reaksi Homogen Sistem Reaktor Alir (Kontinyu)

KINETIKA DAN KATALISIS / SEMESTER GENAP 2010-2011 PRODI TEKNIK KIMIA – FTI – UPN “VETERAN” YOGYAKARTA

Kinetika Reaksi Homogen – Sistem Reaktor Alir (Kontinyu) Siti Diyar Kholisoh & I Gusti S. Budiaman / Juni 2011 KOMPETENSI DASAR: Berikut ini adalah kompetensi dasar yang terkait dengan materi kuliah “Kinetika Reaksi Homogen – Sistem Reaktor Alir (Kontinyu)”: 1. Memahami gambaran reaksi yang berlangsung pada sistem alir (kontinyu). 2. Memahami perbedaan antara sistem alir dengan sistem batch (yang sudah dipelajari pada materi2 kuliah sebelumnya). 3. Memahami perbedaan2 mendasar antara sistem reaktor alir tangki ideal (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) = Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) = Mixed Flow Reactor (MFR)) dan sistem reaktor alir pipa ideal (Reaktor Alir Pipa (RAP) = Plug Flow Reactor (PFR) = Reaktor Aliran Sumbat (RAS)). 4. Mampu melakukan perhitungan2 sederhana untuk kinetika reaksi homogen pada sistem reaktor alir tangki ideal dan pipa ideal, dengan menggabungkannya dengan konsep2: (a) persamaan kecepatan/kinetika reaksi (bentuk hukum pangkat & bentuk non-hukum pangkat), (b) hubungan stoikiometri reaksi (untuk kasus reaksi tunggal & reaksi kompleks), (c) sistem constant-density & variable-density, serta (d) persamaan2 pendukung, seperti persamaan keadaan gas ideal, persamaan/korelasi Arrhenius untuk pengaruh T terhadap k, hubungan kesetimbangan reaksi, dsb.

SOAL-SOAL LATIHAN: 1.

2.

3.

Umpan gas dengan CA0 = 100 mM, CB0 = 250 mM, dan CI0 = 50 mM, dialirkan ke dalam sebuah reaktor alir steady-state, melalui reaksi: A + 3 B → 6 R Reaksi dijaga pada kondisi suhu dan tekanan tetap, serta CA = 40 mM pada aliran keluaran reaktor. Manakah limiting reactant dalam kasus ini? Berapakah CB, XA, dan XB? Kunci: B merupakan limiting reactant; XA = 50%; CB = 80 mM; XB = 60% 1 3 N 2 + H 2 → NH 3 2 2 berlangsung dalam sebuah reaktor alir pada kondisi isotermal dan isobarik, dengan umpan yang berupa campuran ekuimolar N2 dan H2, dengan 40%-mol inert. (a) Susunlah tabel stoikiometri reaksi ini secara lengkap (didasarkan pada limiting reactant-nya). (b) Jika umpan masuk reaktor dengan tekanan total 16,4 atm dan suhu 1727oC, hitunglah konsentrasi semua zat/komponen yang terlibat, pada keluaran reaktor (pada tingkat konversi limiting reactant sebesar 60%). Kunci: H2 merupakan limiting reactant; CH2,0 = CN2,0 = 0,03 mol/liter; Cinert,0 = 0,04 mol/liter; CH2 = 0,02 mol/liter; CN2 = 0,04 mol/liter; CNH3 = 0,02 mol/liter; Cinert = 0,067 mol/liter

(UAS Genap 2006-2007) Reaksi fase gas:

Dekomposisi gas ozon (O3) untuk menghasilkan oksigen (O2) berlangsung menurut persamaan reaksi: 2 O3 → 3 O2 atau: 2 A → 3 R C 2 Persamaan kinetika yang teramati dari eksperimen berbentuk: − rA = k A CR Reaksi ini berlangsung dalam sebuah RATB steady (volume = 2 liter) pada suhu dan tekanan tetap. A murni diumpankan ke dalam reaktor dengan laju alir 1 liter/menit. Laju alir gas keluaran reaktor = 1,30 liter/menit. (a) Berapakah XA (the fractional conversion of A) pada kondisi ini? (b) Jabarkan persamaan untuk CA dan CR sebagai fungsi XA. (c) Perkirakan nilai k dan tuliskan juga satuannya.   ,    Kunci: (a) XA = 60%; (b)
 
  ,  ;
  , ; (c) k = 4,39 menit-1 



dy/Kinetika Reaksi Homogen pada Sistem Alir: Kompetensi & Soal Latihan/2011

4.

Oksidasi formaldehida yang menghasilkan asam formiat berlangsung dalam fase gas pada sebuah reaktor alir steady menurut reaksi sbb: HCHO + ½ O2 → HCOOH … (i) 2 HCHO → HCOOCH3 … (ii) Laju alir volumetrik umpan = 100 dm3/menit pada 5 atm dan 140oC (tekanan & suhu tetap). Umpan reaktor mengandung: HCHO 66,7%-mol dan O2 33,3%-mol. (a) Berapakah laju alir mol total umpan? Berapakah laju alir mol HCHO dalam umpan? (b) Susunlah tabel stoikiometri reaksi untuk kasus ini (dalam mol/menit) yang dinyatakan sebagai fungsi molar extent of reaction (i) dan (ii). (c) Berapakah konversi HCHO? Diketahui: yield HCOOH terhadap O2 = 40% dan komposisi molar HCOOH dalam aliran keluar reaktor = 35%. (d) Berapakah selektivitas produk HCOOH dan HCOOCH3 masing-masing terhadap reaktan HCHO? Kunci: (a) Ft0 = 14,76 mol/menit; FHCHO,0 = 9,84 mol/menit; (c) XHCHO = 71,43%; (d) SHCOOH/HCHO = 56%; SHCOOCH3/HCHO = 44%

5.

Gas A murni diumpankan dengan laju alir 50 liter/detik (25°C, 1 atm) ke dalam sebuah well-mixed CSTR (volume: 1000 L), yang dijaga pada kondisi 200°C dan 2 atm. Di dalamnya berlangsung reaksi: A → 2 R. Berkurangnya A mengikuti kinetika order satu. Gas keluaran reaktor mengandung A dengan komposisi 15 %-mol. (a) Berapakah kecepatan reaksi berkurangnya A, -rA (mol/liter-detik)? (b) Berapakah nilai konstanta kecepatan reaksinya? Tuliskan juga satuannya. Kunci: (a) –rA = 0,00151 mol/(liter.detik), dengan: XA = 73,91%; (b) k = 0,1953 detik-1

6.

Reaksi fase gas penguraian t-butyl peroxide: 2 (CH3)3CO → 2 (CH3)2CO + C2H6 atau: 2A→2B+C dengan keberadaan N2 (D) sebagai carrier-gas berlangsung dalam sebuah RATB bervolume 0,276 liter. Umpan A masuk dengan laju alir FA0 = 6,97 x 10-6 mol/detik pada suhu dan tekanan tetap (481,5 K dan 27 torr). FD0/FA0 = 7,8. Jika konversi A pada keluaran reaktor = 0,158 dan reaksi ini berorder satu terhadap reaktannya, tentukan nilai konstanta kecepatan reaksinya (dan tuliskan juga satuannya)! Kunci: k = 0,013 detik-1

7.

Tinjaulah reaksi homogen fase-gas: A + 2 B → R + S. Kecepatan reaksi ini berorder satu terhadap A dan berorder nol terhadap B. Umpan yang dialirkan ke dalam sebuah reaktor alir (kontinyu) mengandung 40%-mol A dan 60%-mol B. Pada keadaan steady, aliran keluaran reaktor mengandung 20%-mol A. (a) Untuk reaktor yang digambarkan tersebut di atas, hitunglah konversi A (XA)! (b) Dengan umpan ini, berapakah konversi maksimum A yang mungkin dicapai? Kunci: (a) XA = 62,5%; (b) XA maksimum = 75%

8.

(Kinetika Reaksi Ireversibel dalam RATB/CSTR Steady-State) Tinjaulah sebuah reaksi homogen fase-cair: A
P, dengan persamaan kinetika: − rA = k C A n , dengan orde reaksi (n) dan konstanta kecepatan (k) yang tidak diketahui. Percobaan reaksi dilakukan dengan memvariasikan laju alir ke dalam sebuah CSTR (VR = 10 liter). Pengukuran pada keadaan steady dilakukan pada 2 laju alir yang berbeda dan pada suhu yang sama. Jika CA0 = 0,10 molar, serta diperoleh data sbb.: Laju alir (liter/detik) 0,5 1,5

CA (molar) 0,027 0,059

(a) Tentukan orde reaksi ini (n)! (b) Berapakah nilai k pada suhu ini? Tuliskan juga satuannya. Kunci: (a) n = 0,667; (b) k = 0,0407 (mol/liter)0,333.detik-1 9.

(Kinetika Reaksi Ireversibel dalam RATB Steady-State, Pengaruh Laju Alir Umpan terhadap Konversi Reaktan) Umpan gas (60oC, 1 atm) yang mengandung 50%-mol A dan tidak mengandung R dialirkan ke dalam sebuah CSTR (20 liter) yang beroperasi pada T dan P yang sama. Reaksi homogen yang berlangsung adalah: A → 2 R, dengan laju reaksi berorde dua. Pada laju alir umpan sebesar 5 liter/ menit, A terkonversi sebesar 80%. dy/Kinetika Reaksi Homogen pada Sistem Alir: Kompetensi & Soal Latihan/2011

(a) Berapakah laju alir yang diperlukan untuk mencapai konversi A sebesar 90%? (b) Berapakah nilai konstanta kecepatan reaksinya? (Tuliskan juga satuannya) Kunci: (a) debit = 1,0358 liter/menit; (b) k = 535,52 liter/(mol.menit) 10.

Reaksi homogen fase-gas: 2 A → B berlangsung dalam sebuah RATB (bervolume VR [liter]) yang beroperasi secara steady pada P dan T tetap (1,2 atm dan 210oC). Gas A murni diumpankan ke dalam reaktor dengan laju alir FA0 [mol/menit]. Persamaan kinetika yang dianggap mewakili reaksi   ini berbentuk:    Dua percobaan pada kondisi tersebut di atas menghasilkan data sbb:   

VR/FA0 FA/FA0 (= f)

3,0 0,2

1,8 0,3

Tentukan nilai k1 dan k2! Tuliskan juga satuannya. 11.

Gas A murni pada 3 atm dan 30oC (120 mmol/liter) diumpankan ke dalam sebuah RATB (volume = 1 liter), pada berbagai laju alir yang berbeda. Reaksi yang terjadi: A → 3 R dan konsentrasi A yang keluar reaktor diukur pada setiap variasi laju alir tersebut. Dari data berikut, tentukan orde reaksi dan konstanta kecepatan reaksi penguraian A ini! Q0 (liter/menit) CA (mmol/liter)

12.

0,06 30

0,48 1,5 8,1 60 80 105 Kunci: Orde reaksi = 2; k = 0,004 liter/(mmol.menit)

Reaksi homogen fase-gas: 2 A → B berlangsung dalam sebuah RATB (bervolume VR liter). P0 = 2 atm dan T0 = 170oC (kondisi tekanan & suhu tetap). Umpan berupa gas A murni dialirkan dengan laju alir FA0 mol/menit. Dua percobaan pada kondisi steady menghasilkan data sbb.: FA0/VR FA/FA0 (= f)

0,10 0,20

0,15 0,30

Tentukan orde reaksi dan konstanta kecepatan reaksi ini! Tuliskan juga satuannya. Kunci: Orde reaksi = 0,84; k = 2,261 (mol/liter)0,16.menit-1 13.

Reaksi homogen fase-gas reversible: 2 A ⇔ B + C dipelajari dalam sebuah RATB yang beroperasi pada kondisi steady. A murni diumpankan pada 600 K dan 40 atm (T & P tetap). Pada kondisi ini, equilibrium conversion of A = 90%. Sebuah percobaan dengan rasio VR/FA0 = 2,61 [VR dalam liter; FA0 dalam mol/detik] menghasilkan konversi A = 70%. Jika orde reaksi ini sesuai dengan kemolekulan reaksinya, berapakah nilai konstanta kecepatan reaksinya (ke arah kanan dan juga kiri)? Tuliskan juga satuannya. Kunci: k1 = kke kanan = 4,84 liter/(mol.detik); k2 = kke kiri = 0,06 liter/(mol.detik)

14.

Reaksi homogen fase-cair: A → 2 R berlangsung dalam RATB bervolume 5 liter. Umpan masuk mengandung A dengan CA0 = 1 mol/liter (CR0 = 0). Berdasarkan data eksperimen sbb.: Nomor Eksperimen T (oC) q0 (cc/detik) CR (mol/liter) 1 13 2 1,8 2 13 15 1,5 3 84 15 1,8 (a) Berapakah orde reaksi ini? Petunjuk: Gunakan data pada T yang sama. (b) Berapakah konstanta kecepatan reaksi pada 13 dan 84oC? Tuliskan juga satuannya. (c) Dengan pendekatan korelasi Arrhenius, tentukan nilai A dan Ea reaksi ini! Kunci: (a) Orde reaksi = 2; (b) k pada 13oC = 0,036 liter/(mol.detik); k pada 84oC = 0,27 liter/(mol.detik); (c) A = 904,2 liter/(mol.detik); Ea = 24,09 kJ/mol

15.

(Kinetika Reaksi Kompleks (Seri-Paralel) dalam RATB Steady-State) Tinjaulah reaksi homogen fase-cair dengan skema kinetika berikut: A→B+C rB = k1 CA A+C→2D rD = 2 k2 CA CC Reaksi berlangsung dalam sebuah RATB isotermal pada steady-state, dengan CA0 = 3 mol/liter (CB0 = CC0 = CD0 = 0). Jika reaktor dioperasikan pada waktu tinggal, τ, sebesar 15 menit, dan

dy/Kinetika Reaksi Homogen pada Sistem Alir: Kompetensi & Soal Latihan/2011

konsentrasi A dan B yang keluar reaktor masing-masing sebesar CA = 1,5 mol/liter dan CB = 1,2 mol/liter, hitunglah: (a) CC dan CD keluar reaktor (b) harga k1 dan k2 (beserta satuannya) Kunci: (a) CC = 0,9 mol/liter; CD = 0,6 mol/liter; (b) k1 = 0,0533 menit-1; k2 = 0,0148 liter/(mol.menit) 16.

Reaksi homogen fase-cair bolak-balik: 2 A ⇔ B berlangsung dalam sebuah RATB steady. Umpan reaktor berupa A dan B dengan konsentrasi: CA0 = 1,5 mol/m3 dan CB0 = 0,5 mol/m3. Kesetimbangan reaksi ini tercapai pada rasio CA/CA0 = 0,20. Pengoperasian reaktor dengan waktu tinggal τ = 1,07 jam menghasilkan rasio CA/CA0 = 0,60. Jika reaksi tersebut di atas elementer, berapakah nilai k1 dan k2? Tuliskan juga satuannya. Kunci: k1 = ….. m3/(mol.jam); k2 = ….. jam-1 (Silakan diselesaikan sendiri, dengan memanfaatkan: (i) mole balance untuk RATB steady, (ii) persamaan kinetika, (iii) hubungan stoikiometri untuk CA dan CB, misal: sebagai fungsi XA, pada sistem reaksi fase-cair, serta: (iv) hubungan kesetimbangan reaksi)

17.

(UAS Genap 2006-2007) Reaksi fase-cair: A → B + C, dipelajari melalui beberapa eksperimen dalam sebuah reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) bervolume 3 liter pada steady state, dan diperoleh data berikut: Eksperimen Q (cm3/detik) T (oC) CA (mol/liter) 1 0,50 25 0,025 2 6,00 25 0,100 3 1,50 35 0,025 CA0 untuk masing-masing tempuhan eksperimen adalah 0,250 mol/L. Dengan menganggap bahwa kecepatan reaksi mempunyai bentuk:  Ea  n  C A (−rA ) = k C An = ko exp  −  RT  dengan ko dan Ea menyatakan parameter persamaan Arrhenius, maka tentukan harga-harga: (a) orde reaksi (n) (b) konstanta kecepatan reaksi (k) pada 25oC dan 35oC (c) ko dan Ea. Tuliskan juga satuannya.

18.

(Kinetika Reaksi Ireversibel dalam PFR/ RAP Steady-State, Pengaruh Laju Alir Umpan terhadap Konversi Reaktan) Reaksi homogen fase-cair: A → P berlangsung dengan mengikuti bentuk kinetika berorder dua. Reaksi dilangsungkan dengan mengumpankan A (pada konsentrasi 0,12 molar) ke dalam sebuah steady-state plug flow reactor (bervolume 10 liter). Pada laju alir umpan sebesar 1 liter/menit, 75% A terkonversi. (a) Berapakah nilai konstanta kecepatan reaksi ini? Tuliskan juga satuannya. (b) Berapakah A yang terkonversi jika laju alir umpan diperbesar menjadi 3 liter/menit? Kunci: (a) k = 2,5 liter/(mol.menit); (b) XA2 = 50%

19.

(UAS Genap 2009-2010): Reaksi homogen fase gas pembentukan karbon disulfida (CS2) dari metana (CH4) dan sulfur (S2): CH4 + 2 S2 → CS2 + 2 H2S atau: A + 2 B → C + 2 D berlangsung dalam reaktor alir pipa (RAP) ideal pada 600oC dan 1 atm (dengan T dan P tetap). Reaksi ini diyakini berorder satu terhadap masing-masing reaktan. Umpan reaktor berupa gas S2 dan CH4 dengan perbandingan mol = 2:1. Eksperimen dengan volume reaktor (VR) = 67 cm3 dan FA0 = 0,119 mol/jam menghasilkan XA = 0,180. (a) Berapakah order total (atau keseluruhan) reaksi ini? (b) Kasus ini merupakan sistem reaksi dengan constant-density atau bukan? Jelaskan. (c) Tentukan nilai konstanta kecepatan reaksi ini! Tuliskan juga satuannya. Catatan: Gas-gas dapat dianggap berkelakuan ideal. R = 82,05 cm3.atm/(mol.K) Kunci: (a) order reaksi total = 1 + 1 = 2

20.

(Reaksi Homogen Kompleks (Reversibel) dalam PFR Steady-State) Sebuah plug flow reactor (VR = 2 m3) mereaksikan umpan berupa cairan (100 liter/menit) yang hanya mengandung reaktan A (CA0 = 100 mmol/liter). Reaksi ini berlangsung reversibel: A ⇔ R, dengan: -rA = k1 CA – k2 CR.

dy/Kinetika Reaksi Homogen pada Sistem Alir: Kompetensi & Soal Latihan/2011

Jika konversi kesetimbangan reaksi ini (XAe) adalah sebesar 80% dan konversi A aktual (XA) keluaran reaktor sebesar 50,57%, tentukan nilai k1 dan k2! Tuliskan juga satuannya. Kunci: k1 = 0,04 menit-1; k2 = 0,01 menit-1 21.

Dekomposisi dimethyl ether (CH3)2O (E) menjadi CH4, H2, dan CO merupakan reaksi irreversible berorder satu. Reaksi ini dilangsungkan dalam sebuah PFR steady (VR = 23,3 m3). Umpan reaktor yang berupa eter murni masuk pada 504oC dan 1 bar (reaktor beroperasi pada T dan P tetap), dengan laju alir 0,1 mol/detik. Jika 60% eter terkonversi pada aliran keluar reaktor, berapakah konstanta kecepatan reaksi pada kondisi ini? Kunci: k = 4,29.10-4 detik-1

22.

Reaksi homogen fase gas ireversibel elementer: A + B
R berlangsung dalam sebuah reaktor alir pipa steady-state pada kondisi isotermal. Reaktor bervolume 0,1 liter dan percobaan dilakukan dengan mengukur konsentrasi A yang keluar reaktor pada berbagai variasi laju alir volumetrik umpan (q0), dengan data sbb.: Percobaan q0 (liter/jam) CA (mmol/liter) 1 10 85 2 4,1 66 3 2,5 50 4 1,5 33 Umpan reaktor mengandung A dan B dengan perbandingan ekuimolar. Jika konsentrasi A di dalam umpan tetap, sebesar CA0 = 100 mmol/liter, tentukan persamaan laju reaksinya. Kunci: -rA = k CA CB; dengan k = 0,304 liter/(mmol.jam)

23.

(UAS Gasal 2009-2010) Studi kinetika reaksi homogen fase-gas: CH3CHO → CH4 + CO pada 518oC dan 1 atm dipelajari melalui sebuah RAP ideal (ID = 3,3 cm; L = 80 cm). Reaksi berlangsung secara isotermal pada tekanan tetap. Umpan reaktor berupa asetaldehida murni (BM asetaldehida = 44 g/mol), dengan variasi data pada kondisi steady sbb.: 135 41 22 14 Laju alir umpan (g/jam) Fraksi asetaldehida terurai 0,05 0,15 0,25 0,35 (a) Berdasarkan semua data di atas, buktikanlah bahwa reaksi ini berorder satu! (b) Berapakah konstanta kecepatan reaksi pada kondisi ini? Tuliskan juga satuannya. Kunci: (a) Nilai k individual relatif konstan pada masing-masing tempuhan, yaitu: 15,31; 15,48; 15,44; dan 15,44 jam-1; sehingga: (b) krerata = 15,42 jam-1

24.

Reaksi fase-gas: A → P + Q berlangsung dalam sebuah RAP isotermal (VR = 1080 liter). Gas A murni diumpankan ke dalam reaktor dengan laju 1,5 liter/detik, dan tekanan reaktor dijaga tetap pada 150 kPa. Reaksi ini berorder tiga terhadap konsentrasi reaktannya. CA0 = 0,030 mol/liter dan konversi reaktan pada keluaran reaktor = 50%. Berapakah konstanta kecepatan reaksi ini? Tuliskan juga satuannya. Kunci: k = 5,65 (liter/mol)2.detik-1

25.

Reaksi homogen fase-gas: A → 3 R pada 215oC dan 5 atm (T dan P tetap) dilaporkan mempunyai persamaan kecepatan berorde ½ terhadap A. Umpan berupa A dan inert dengan perbandingan ekuimolar diumpankan ke dalam sebuah PFR yang beroperasi secara steady, dengan waktu tinggal τ = 32 detik. CA0 = 0,0625 mol/liter dan A terkonversi 80% pada aliran keluaran reaktor. Tentukan nilai konstanta kecepatan reaksi ini! Tuliskan juga satuannya. Kunci: k = 0,01 (mol/liter)0,5.detik-1

26.

Reaksi homogen fase-gas penguraian phosphine: 4 PH3 → P4 + 6 H2 diyakini berorder satu pada 649oC. Studi kinetika ini dipelajari dengan sebuah RAP bervolume 150 liter dan beroperasi pada 649oC dan 460 kPa (T dan P tetap). Umpan berupa PH3 murni dialirkan dengan laju molar FA0 = 40 mol/jam. Kondisi reaksi menghasilkan XA = 80%. Berapakah konstanta kecepatan reaksi ini?

27.

Reaksi fase-cair: A + B → C dilangsungkan dalam sebuah RATB isotermal. Persamaan kecepatan reaksinya adalah: -rA = k CA CB. (a) Tentukanlah nilai k (beserta satuannya)! (b) Berapakah CA, CB, dan CC pada aliran keluaran reaktor? dy/Kinetika Reaksi Homogen pada Sistem Alir: Kompetensi & Soal Latihan/2011

Diketahui: CA0 = 0,2 mol liter-1; CB0 = 0,1 mol liter-1; volume reaktor = 10000 liter; debit umpan = 1,5 liter detik-1; XA = 40%. Kunci: (a) k = 0,005 liter/(mol.detik); (b) CA = 0,12 mol/liter; CB = 0,02 mol/liter; CC = 0,08 mol/liter 28.

Reaksi homogen berorde-dua: A → B dilangsungkan dalam sebuah RAP ideal bervolume 80 liter. Diberikan umpan dengan laju alir pemasukan 3,75 mol menit-1 dan 2,5 liter menit-1. Jika A terkonversi 66,7 % pada aliran keluar reaktor, berapakah nilai konstanta kecepatan reaksinya? Kunci: k = 0,042 liter/(mol.menit)

29.

Reaksi fase-cair: A + 2 B → C, dilangsungkan dalam sebuah RATB bervolume 200 liter pada kondisi steady. Reaksi berorde satu terhadap masing-masing reaktan. Kecepatan volumetrik umpan = 25 liter menit-1. Konsentrasi reaktan pada umpan: CA0 = 0,1 mol liter-1 dan CB0 = 0,2 mol liter-1. Jika diinginkan 75% A terkonversi di keluaran reaktor, berapakah konstanta kecepatan reaksi ini?

30.

Sebuah RAP isotermal yang bervolume 2,4 liter digunakan untuk mereaksikan: A → 2 P + Q dalam fase-gas. Umpan dialirkan dengan debit 2 liter s-1, mengandung 50%-mol A dan 50%-mol gas inert. Reaksi ini berorde satu terhadap A. Pada kondisi steady, dicapai XA = 80%. (a) Berapakah debit aliran keluaran reaktor? (b) Berapakah nilai konstanta kecepatan reaksinya? Nyatakan setiap asumsi yang Anda ambil. Kunci: (a) debit = 3,6 liter detik-1; (b) k = 2,02 detik-1

31.

Reaksi homogen fase-gas: A + 2 B → 2 D dilangsungkan secara isotermal dalam RAP ideal yang beroperasi secara steady pada 5 atm. Fraksi mol aliran umpan: A = 0,20; B = 0,50; dan sisanya berupa gas inert. (a) Berapa konsentrasi A dalam umpan, jika suhu umpan = 55oC? (b) Jika volume reaktor = 16 liter, debit aliran umpan = 50 dm3/menit, A terkonversi 70%, dan persamaan kecepatan reaksinya: -rA = k CA0,5 CB, berapa nilai k? Tuliskan juga satuannya. Kunci: (a) CA0 = 0,0372 mol/liter Petunjuk: Pada soal (b), bentuk integral yang ada akan lebih mudah diselesaikan secara numerik. Misal: menggunakan metode Simpson’s 1/3 dengan membagi rentang XA dari XA = 0 hingga XA = 70% menjadi 6 atau 8 segmen/ inkremen.

32.

Reaksi fase-cair elementer: A + B → hasil, dilangsungkan dalam sebuah RATB (volume = 750 m3) secara isotermal pada suhu 25oC. Konsentrasi A dan B dalam umpan sama, yaitu 0,08 kmol/m3. Debit umpan = 0,3 m3/k.detik. A terkonversi 80% di keluaran reaktor. Berapakah nilai k? Kunci: k = 10-4 m3/(kmol.detik)

33.

(UAS Remidi Gasal 2010-2011) Reaksi homogen fase-cair elementer:      berlangsung dalam sebuah reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) steady, VR = 5 liter. Umpan reaktor mempunyai debit 10 liter/menit dan CA0 = 1 mol/liter (CR0 = CS0 = 0). Jika: CR = 0,7 mol/liter dan CS = 0,1 mol/liter pada aliran keluar reaktor, berapakah nilai k1 dan k2? Tuliskan juga satuannya. Petunjuk: Susunlah tabel stoikiometri sistem reaksi seri ini dalam mol/menit, sebagai fungsi molar extent of reaction (1) dan (2), atau: ε1 dan ε2. Selanjutnya, susunlah mole balance yang dinyatakan terhadap 2 dari 3 komponen reaksi yang ada, yaitu: A, R, atau S.

34.

(UAS Gasal 2010-2011) Reaksi homogen penguraian A, yaitu: 2 A → 3 R berlangsung dalam fase





gas. Persamaan kinetika reaksi ini mempunyai bentuk non-hukum pangkat:   

 , 

Sebuah RATB ideal (VR = 5 liter) digunakan untuk melangsungkan reaksi pada kondisi suhu dan tekanan tetap. Umpan reaktor (debit = 1 liter/menit) berupa campuran A dan inert dengan rasio molar (FA0/FI0) = 1:3, dengan CA0 = 0,01 mol/liter. Debit aliran keluar reaktor = 1,1 liter/menit. Berapakah nilai k? Tuliskan juga satuannya. Kunci: k = ….. (mol/liter)0,5.menit-1 (Soal ini mirip dengan soal latihan nomor 3 di atas. Persamaan kinetika yang ditinjau berupa persamaan non-hukum pangkat)

dy/Kinetika Reaksi Homogen pada Sistem Alir: Kompetensi & Soal Latihan/2011

35.

Reaksi fase-cair elementer: A + B ⇔ C + D diuji dalam sebuah CSTR yang beroperasi secara steady dengan hasil sebagai berikut: τ (waktu tinggal, jam) 0,8 5,0 % konversi A 50 60 Konsentrasi umpan: CA0 = 2 mol/liter; CB0 = 1,5 mol/liter; CC0 = CD0 = 0. Tentukan laju spesifik reaksi ini (dalam arah forward maupun reverse). Kunci: kf = 3,25 liter/(mol.jam); kr = 0,375 liter/(mol.jam)

36.

Reaksi homogen fase-gas: A → 3 B berorde dua dan berlangsung pada suhu dan tekanan tetap. Untuk umpan dengan laju alir 4 m3/jam berupa A murni pada 5 atm dan 350oC, sebuah reaktor pilot-scale berupa pipa dengan ID = 2,5 cm dan L = 2 m menghasilkan 60% konversi A. Berapakah konstanta kecepatan reaksi ini? Kunci: k = 2,04.105 liter/(mol.jam)

37.

Heksamina ((CH2)6N4) dihasilkan dari reaksi fase-cair antara amonia (NH3) dan formaldehida (HCHO) menurut persamaan: 4 NH3 + 6 HCHO → (CH2)6N4 + 6 H2O atau: A + 3/2 B → produk Persamaan kinetikanya mempunyai bentuk: -rA = k CA CB2 Reaksi ini dipelajari pada 36oC dalam sebuah reaktor alir bejana yang bervolume 490 cc dan dilengkapi pengadukan pada 1800 rpm. Umpan reaktor merupakan gabungan dari umpan 1 dan umpan 2. Umpan 1: debit = 1,5 cc/detik; CA01 = 4,06 mol/liter (tidak mengandung B). Umpan 2: debit = 1,5 cc/detik; CB01 = 6,32 mol/liter (tidak mengandung A). (a) Tentukan CA dan CB pada aliran umpan gabungan yang masuk reaktor! (b) Jika pada aliran keluaran reaktor: CA = 0,39 mol/liter, berapakah nilai k? Tuliskan juga satuannya. Kunci: (a) CA0 = 2,03 mol/liter; CB0 = 3,16 mol/liter; (b) k = 0,065 (liter/mol)2.detik-1 *** Selamat

belajar! ☺ ***

dy/Kinetika Reaksi Homogen pada Sistem Alir: Kompetensi & Soal Latihan/2011