3/26/2010
Instructor’s Background y BEng. (1995): Universitas Diponegoro y Meng. (2000): Institut Teknologi Bandung
(in CATALYST TECHNOLOGY Lecture )
Instructor: Dr. Istadi (http://tekim.undip.ac.id/staf/istadi ) Email:
[email protected]
Peningkatan aktifitas katalis mempunyai beberapa keuntungan y Laju reaksi yang tinggi untuk kondisi operasi yang
sama y Laju reaksi yang ekivalen tetapi hasil reaksi yang
lebih banyak atau reaktor yang lebih kecil y Laju reaksi yang ekivalen pada suhu dan tekanan yang lebih rendah dimana yield keseimbangan meningkat, operasi menjadi lebih mudah, deaktifasi menjadi lebih kurang, atau selektifitas yang lebih baik.
y PhD. (2006): Universiti Teknologi Malaysia y Specialization: y Catalyst Design for Energy Conversion y Process Design for Energy Conversion y Combustion Engineering y Computational Fluid Dynamic (CFD)
Jenis‐Jenis Katalis y Katalis Homogen y Katalis Enzyme y Katalis Heterogen
1
3/26/2010
Katalis Homogen y katalis mempunyai fasa yang sama dengan reaktan dan produk reaksi y Proses katalisis terjadi melalui perubahan senyawa menjadi senyawa yang kompleks dan terjadi pengubahan susunan molekul dan ligan katalis y Operasi reaksi katalisis fasa cair mempunyai keterbatasan pada suhu dan tekanan, sehingga peralatan reaktor menjadi lebih kompleks y Katalis setelah reaksi juga harus dipisahkan dari produk, sehingga produk sehingga menambah kesulitan lagi y sistem katalisis homogen hanya dijumpai pada industri‐industri tertentu saja misalnya industri bahan kimia, obat‐obatan, dan makanan
Katalis Enzim y Enzim adalah molekul‐molekul protein dengan
ukuran koloid yang berada diantara ranah homogen molekular dan heterogen makroskopik y Biasanya enzim merupakan katalis yang sangat efisien g contoh, reaksi , p dekomposisi H2O2 dan selektif. Sebagai yang dikatalisasi oleh enzim catalase adalah lebih cepat 109 kali daripada dikatalisasi oleh katalis anorganik
y Beberapa industri petrokimia seperti produksi asam asetat, alkilasi olefin, dan hidroformilasi juga menggunakan sistem katalisis homogen
Katalis Heterogen
Steps in Heterogeneous Catalysis
y katalis dan reaktan berbeda fasanya y Dengan perbedaan fasa antara katalis dan reaktan, maka
y External Diffusion
y Laju reaksi dikendalikan oleh fenomena‐fenomena adsorpsi,
y Internal Diffusion
mekanisme reaksi menjadi sangat kompleks
absorpsi, dan desorpsi y laju j dan energi g desorpsi, struktur p , p permukaan aktif, dan , sifat‐sifat terbentuknya produk antara yang memerlukan kerja‐kerja eksperimen yang panjang y Bahkan, dalam setiap aplikasi katalisis heterogen tertentu terdapat banyak kontroversi tentang detil mekanisme suatu reaksi y sistem katalis heterogen adalah yang paling mudah digunakan di aplikasi industri karena pelet katalis yang mudah dibuat, katalis mudah diletakkan di dalam tabung reaktor di mana reaktan mengalir, dan konstruksi sederhana
y Adsorption y Surface Reaction y Desorption y Internal Diffusion y External Diffusion
2
3/26/2010
Struktur Katalis Potential Energy in Catalytic Process
y Desain atau formulasi katalis yang benar adalah jika terdapat kesesuaian antara aliran fluida, aktifitas, dan stabilitas y Hal ini sangat tergantung kepada reaksi, desain reaktor, kondisi proses, dan faktor ekonomi A L IR A N F L U ID A
≅ ≅
Uk ur an
P E LE T K A T A L IS
a sit
ata n
A ktifita s b a h a n kim ia P e rm u ka a n a ktif sp e sifik ya n g tin g g i P e lle t b e rp o ri
ro Po s
Ke ku
≅
ta s ti fi Ak
,B en
≅
A K T IF IT A S T IN G G I
D istrib u si a lira n P e n u ru n a n te ka n a n ya n g re n d a h K e ku a ta n m e ka n ik
tu k
≅ ≅
U m u r P an ja ng S T A B IL IT A S T a h a n te rh a d a p : - sin te rin g - ra cu n ka ta lis - fo u lin g
Komponen‐Komponen Katalis
Komponen Aktif (Active Agents) y Komponen aktif merupakan komponen katalis yang bertanggungjawab terhadap reaksi kimia yang utama. y Pemilihan komponen aktif adalah tahap pertama dalam mendesain katalis. y Sementara itu, pengetahuan tentang mekanisme katalitik S i h k i k li ik adalah sangat saintifik y sehingga metode pemilihan komponen aktif menjadi lebih saintifik juga, walaupun kadang‐kadang bersifat empirik y Katalis yang bersifat asam biasanya merupakan pendorong mekanisme ion karbonium, seperti pada reaksi isomerisasi atau perengkahan
3
3/26/2010
Classification of Catalytic Materials
Penyangga (Support) y Fungsi yang paling penting adalah menjaga agar luas permukaan
komponen aktif tetap besar y peran penyangga menjadi sangat penting dimana logam aktif
(Pt) didispersikan di permukaan penyangga. y Penyangga sendiri harus tahan terhadap perubahan termal,
sehingga seharusnya mempunyai titik leleh sedikit di atas komponen aktif y Penyangga dengan luas permukaan yang besar antara lain: γ‐
alumina, SiO2, karbon aktif, diatomaceous clay, dan SiO2‐Al2O3 y Besarnya konsentrasi komponen aktif atau biasa disebut loading
juga mempunyai efek yang signifikan agar penyangga bisa memberikan tingkat dispersi komponen aktif yang besar
Oksida dengan titik leleh tinggi sebagai penyangga katalis Jenis/Sifat Basa
Amfoter
Netral
Asam
Oksida MgO CaO Ca2SiO4 BaO ThO2 ZrO2 CeO2 Cr2O3 La2O3 α-Al2O-3 TiO2 MgAl2O4 MgCr2O4 ZnCr2O4 ZnAl2O4 CaSiO3 γ-Al2O-3 SiO2 SiO2-Al2O3
Titik leleh (oC) 3073 2853 2407 2196 2323 2988 2873 2708 2588 2318 2113 2408 2300 2173 2100 1813 2318 1973 1818
Promotor (Promoter) y Tujuan pemberian promotor ini adalah untuk
menghasilkan aktifitas, selektifitas, dan efek stabilitas yang diinginkan y Promotor didesain untuk membantu penyangga atau komponen aktif. aktif y Salah satu peran penting dari promotor adalah dalam pengendalian stabilitas katalis. y Beberapa kasus lain, promotor ditambahkan ke dalam struktur katalis atau penyangga untuk menghambat mekanisme reaksi tertentu yang tidak diinginkan, seperti pembentukan karbon (coke).
4
3/26/2010
Contoh promotor katalis dalam beberapa proses Katalis Al2O3 (Penyangga dan Katalis)
Promotor SiO2, ZrO, P K2O HCl MgO
Fungsi Memperbaiki stabilitas termal Meracuni situs coking Meningkatkan keasaman Mencegah sintering komponen aktif Meningkatkan oksidasi CO
SiO2-Al2O3 (Katalis Perengkahan)
Pt
Zeolit (Perengkahan katalitik)
Ion alkali (rare earth) Pd
Meningkatkan keasaman stabilitas termal Meningkatkan hidrogenasi
Pt/Al2O3 (Reformasi katalitik)
Re
Mengurangi hidrogenolisis dan sintering
MoO3/Al2O3 (hidrotreating)
Ni, Co P, B
Meningkatkan hidrogenolisis C-S dan C-N Meningkatkan dispersi MoO3
Ni/ceramic (Reformasi kukus)
K
Meningkatkan karbon
dan
penghilangan
5
