TUTORIAL 3 REAKTOR
REAKTOR KIMIA NON KINETIK
• BALANCE • R. YIELD • R. STOIC • EQUILIBRIUM • R. EQUIL • R. GIBBS
KINETIK
• CSTR • R. PLUG • R.BATCH
MODEL REAKTOR ASPEN
Non Kinetik
Kinetik
Non kinetik : - Pemodelan Simulasi - Tidak memperhitungkan desain alat Kinetik : - Pemodelan Fisis - Memperhitungkan desain alat dan pengaruhnya dengan hasil reaksi
SPESIFIKASI REAKTOR ASPEN
REAKTOR EQULIBRIUM BASED R.Equil : Menghitung berdasarkan kesetimbangan kimia dan fisis Hanya reaksi yang diketahui yang ditekankan Tidak memperhitungkan kesetimbangan padatan Temperature approach dapat dipakai Suhu diatas suhu operasi reaktor (kesetimbangan dihitung pada suhu approach)
REAKTOR EQULIBRIUM BASED
R. Gibbs : Tidak perlu tahu reaksi yang terjadi Tidak perlu menspesifikasikan stoikiometri Dipakai untuk mengeksplorasi kemungkinan termodinamika Bisa memilih kesetimbangan yang diperhitungkan Bisa ditambahkan batasan-batasan dalam reaksi Mampu memperhitungkan kesetimbangan fase dan kimia secara simultan dengan meminimumkan Gibbs Free Energy dan Phase Splitting
REAKTOR EQULIBRIUM BASED R-Stoic : Konversi salah satu reaktan ditentukan Akan menghitung semua komponen keluar reaktor Menghitung neraca energi, suhu keluar reaktor Menghitung kecepatan transfer panas Jika ada beberapa mass / heat stream masuk dapat digabung sebagai stream overall Data diperlukan : Derajat konversi Koefisien dalam reaksi Pout atau dP=Pin-Pout Kecepatan transfer panas, Q atau Tout
REAKTOR BALANCE BASED RYield : Melakukan perhitungan neraca massa dan energi berdasar nilai Yield yang diberikan Untuk mensimulasikan unit yang arus masuk tak diketahui secara pasti, tetapi diketahui componen hasilnya. Gunakan Setup Yield untuk spesifikasi yield produk Pilih yield dengan basis mol atau massa Molar balance tdk dicek Atom balance tdk dicek Stoikiometri tdk diperlukan
REAKTOR NON KINETIK Ethyl ethanoate dihasilkan dari reaksi ethanoic acid dengan ethanol secara esterifikasi. Reaksi ethanoic acid dengan methanol menghasilkan ethyl ethanoate dan air, campuran air dan ester akan membentuk asam dan alkohol melalui proses hidrolisis. Sehingga terjadi kesetimbangan antara esterifikasi dan hidrolisis. Mekanisme reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Ethanoic acid + ethanol ethyl ethanoate + water Reaksi berlangsung secara isotermal pada suhu 78oC tekanan atmosferik. Komposisi ethyl ethanoate : ethanol = 1 : 1 dengan volume larutan total 10 m3. Umpan masuk pada suhu 30oC tekanan atmosferik. Hitung konversi kesetimbangan asam etanoat!
LANGKAH PENGERJAAN • Masukkan component dan property method • Membuat Process Flow Diagram (PFD) • Masukkan spesifikasi alat-alat ( Mixer, Heater, Duplicator, dan Reactor ) • Menghitung konversi kesetimbangan ethyl ethanoate
PROCESS FLOW DIAGRAM
INPUT STREAM MASUK
INPUT BLOCK MIXER
HEATER
INPUT R.EQUIL
SPECIFICATION
REACTION
HASIL RUN
REAKTOR KINETIK Fungsi: -Menghitung volume reaktor ( konversi ditentukan) -Menghitung konversi (volume ditentukan)
Continuous model : • RCSTR Memodelkan Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) • RPlug Memodelkan Plug Flow Reactor (PFR) Batch model : • RBatch Memodelkan reaktor batch maupun semi-batch
• Pada reaktor kinetik, persamaan reaksi disimpan sebagai variabel global dan dinyatakan dalam blok tersendiri di luar blok reaktor. • Tipe reaksi dipilih sesuai dengan kasus yang ditinjau. • Tipe reaksi yang sering digunakan: Power Law
RCSTR • Asumsi : terjadi pengadukan sempurna • Suhu dan konsentrasi keluar reaktor sama dengan yang berada di dalam reaktor • Form sama dengan R-Plug, tapi dimensinya dinyatakan dalam volum reaktor • Jika volum dihitung, perlu design specification (dipelajari lebih lanjut)
RPLUG • Dispersi arah radial diabaikan (plug flow) • Dimensinya dinyatakan dalam panjang reaktor dan diameter • Tak ada gradien arah radial : suhu , konsentrasi dan tekanan • Kinetika harus ditentukan • Operasi : adiabatik, isotermal, nonadiabatik, non-isotermal
REAKTOR KINETIK Reaksi fase cair pembuatan metil oleat : Metanol + Asam Oleat Metil Oleat + Air Berlangsung pada suhu = 60 oC dan tekanan 1 atm dengan persamaan kecepatan reaksi : -r = k Cmetanol Casam A= 0,0122; E= 2600 joule/mol asam oleat 10 kmol/jam dan metanol sebesar 60 kmol/jam dan sudah pada kondisi operasi reaktor. simulasikan reaktor untuk reaksi di atas apabila digunakan : 1. Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (V=7850 L) 2. Reaktor Alir Pipa • Diameter = 10 cm • Panjang = 10 meter • Jumlah tube = 100
Process Flow Diagram
INPUT STREAM
INPUT BLOCK
CSTR
PFR
CARA MENAMBAHKAN REAKSI
Klik kanan pada kolom kiri dan pilih “new” untuk memasukkan reaksi
Pilih model kinetika reaksi sesuai dengan yang diketahui di soal yaitu “Power Law”
-r=k Cmetanol Casam
HASIL RUN Heatand Material Balance Table Stream ID
FEED
Temperature
C
Pressure
bar
CSTR-OUT
PFR-OUT
60.0
60.0
60.0
1.013
1.013
1.013
0.509
0.621
0.641
70.000
70.000
70.000
4747.197
4747.197
4747.197
958.984
1170.435
1208.680
-4.958
-4.854
-4.830
METHA -01
60.000
56.869
55.935
OLEIC-01
10.000
6.869
5.935
METHY -01
3.131
4.065
WA TER
3.131
4.065
Vapor Frac Mole Flow
kmol/hr
Mass Flow
kg/hr
Volume Flow cum/hr Enthalpy
Gcal/hr
Mole Flow
kmol/hr
