RIAK_3 Senin_P-1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1. REAKTOR BATCH

Neraca bahan pada reaktor secara simultan

output

input reaktan bereaksi

akumulasi

GambarII. 1 Bagan Neraca Massa Suatu Sistem

input = 0

output = 0

Reaktan yang bereaksi = (-rA)

Input = output + reaktan yang bereaksi + akumulasi

0 = 0 + v (-rA) +

(1)

0 = Vi (-rA) +

(2)

0 = Vi (-rA)

(3)

dt =

(4)

t = NAo

(5)

Pada volume konstan

CA = CAo (1-XA)

dCA = -CAo.dXA (6)

Pers. (6) masuk ke pers. (5) diperoleh

t = CAo

= -

(7)

II.2. REAKTOR IDEAL ALIRAN KONTINYU / REAKTOR ALIR TANGKI

BERPENGADUK (CSTR)

Tahapan yang terjadi pada reactor CSTR ini terbagi dalam 3 tahap proses, yaitu :

a. Tahap Pertama

Tahap pertama dimulai saat t = 0 sampai terjadi overflow

Dari hukum kekekalan massa

Reaktor

Akumulasi = input-output

= Fo 0 (8)

dV = Fo.dt , pada t = 0 V = 0

karena density laju alir dianggap konstan maka volumenya hanya merupakan fungsi dari

waktu.

V = Fo. T (9)

Sedangkan dari neraca komponen :

Akumulasi = input output laju konsumsi karena reaksi

= Fo. Co 0 V (-rA) (10)

Dalam hal ini :

V = volume bahan dalam reaktor (l)

C = kondentrasi molar reaktan dalam reaktor (mol/l)

Fo = laju alir reaktan masuk (l/ menit)

Co = konsentrasi molar reaktan dalam feed (mol/l)

t = waktu reaksi (menit)

-rA = kecepatan reaksi (mol/menit)

Reaksi yang terjadi =

A + B C + D

- rA = k CA CB , karena CA = CB maka

- rA = k CA2 = k C

2 (11)

Pers. (11) pers.(10)

= Fo. Co V.k.C

2

V

+ C

= Fo. Co V.k.C2 (12)

Pers. (9) pers. (12)

Fo.t.

+ C.Fo = Fo.Co F.t.k.C2 (13)

=

-

- k.C

2 (14)

Dengan menggunakan boundary condition pada t=0 , C = Co dan substitusi U = exp

[k maka pers.14 menjadi :

t2

+ t

- k.U. Co. t = 0 (15)

Pers. (15) diubah menjadi fungsi Bessel dengan substitusi z = t0,5

, menjadi :

z2.

+ z

- 4.k.Co.z

2.u = 0 (16)

Pers. (16) merupakan modifikasi pers.Bessel yang mempunyai bentuk umum sebagai

berikut:

x2.

+ x (a + 2bx

r)

+ [c + dx

2s b(1-a-r) x.r + b2.x2.r].y = 0 ...(17)

Dari pers.(5) didapatkan :

a = 1

r = 0

p =

= 0

b = 0 s = 0 p = 0

c = 0 d = -4.k.Co

= imajiner

Sehingga penyelesaian pers. (16) adalah :

U = C1. zp. ( ) + Cz. zp.( ) (18)

Pada t = 0, z = 0 zp = ~

Sehingga Cz = 0

U = C1. Zp ( )

Karena p = 0 dan = imaginer

Maka = U = C1. I0 ( )

=

C1. I0 ( ) (19)

Dari Sherwood halaman 178 pers. (5.83) didapatkan

= C1. ( ) I0 ( ) (20)

Dari substitusi semula, diperoleh :

= 2.k. Cz. C1. I0 ( ) (21)

Maka pers. (14) dan (15) diperoleh :

C1. ( ) I0 ( ) =k. C. C1. I0 ( )

C =

C =

(22)

b. Tahap Kedua

Pada tahap ini proses berjalan kontinyu, namun belum tercapai kondisi steady state.

Dapat dinyatakan dengan :

C = f(t) dan V= konstan = 0

Dari neraca massa komponen diperoleh :

= F.Co F.C k.V.C2 (23)

V

- C

= F.Co F.C - k.V.C2 (24)

Apabila T = t waktu, menit

=

konstanta waktu

Pers. (24) menjadi

=

-

k. C

2 (25)

Pada keadaan steady state C = Co

Penyelesaian partikular pers. (25) adalah C Cs, dimana Cs adalah konsentrasi pada

keadaan steady.

Substitusikan C = Cs +

Pers. (25) berubah menjadi pers.differential orde 1 yang mana dapat diselesaikan

dengan metode factor integrasi

C Co =

(26)

C1 adalah konsentrasi awal tiap tahap kedua yaitu pada saat t = yang diperoleh dengan

pengukuran konsentrasi contoh.

c. Tahap Ketiga

Pada tahap ini proses berjalan dalam keadaan steady state dan akumulasi = 0

Dari neraca komponen , diperoleh :

F Co = F.C + Vr (27)

F Co = F.C + V.k.Cs2 (28)

Co = Cs +

k. Cs

2 (29)

k. . Cs 2 + Cs Co = 0 (30)

Apabila k diketahui maka Cs dapat diprediksikan. Sebaliknya apabila Cs diukur maka

nilai k dapat dihitung. Pers. (30) merupakan persamaan aljabar biasa dan dapat

diselesaikan dengan mudah

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

III.1. BAHAN DAN ALAT YANG DIGUNAKAN

III.1.1 Bahan Yang Digunakan

1. NaOH 0,1 N

2. Etil asetat 98% 0,1 N

3. HCl 25% 0,05 N

4. Indikator MO

5. Aquadest

III.1.2 Alat Yang Dipakai

1. Pipet

2. Pipet volume

3. Beaker glass

4. Reaktor Batch

5. Gelas Ukur

6. Buret

7. Statif dan Klem

8. Erlenmeyer

9. Rangkaian alat reaktor aliran kontinyu

BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil Percobaan

a. Batch

Tabel 4.1. Hasil Percobaan pada Reaktor Batch Variabel 1 (Perbandingan Volume 1:1)

t (menit) V HCl (ml) Ca k

0 3.5 0.035

1.195117 1 3.4 0.034

2 3.3 0.033


t (menit) V HCl (ml) Ca k

0 3 0,03

4,1665 1 2,5 0,025

2 2,4 0,024


t (menit) V HCl (ml) Ca K

0 6,2 0,062

0,67334 1 6 0,06

2 5,8 0,058

3 5,5 0,055

b. Kontinyu

Tabel 4.4. Hasil Percobaan pada Reaktor Kontinyu Variabel 1 (Perbandingan Volume 1:1)

t V titran Ca Ca model

0 3.3 0.033 0.033

1 3.2 0.032 0.034108

2 3.1 0.031 0.03457

3 2.9 0.029 0.034813

4 2.8 0.028 0.035251

5 2.8 0.028 0.035629

6 2.8 0.028 0.035788



0 3.1 0.031 0.031

1 2.9 0.029 0.027444

2 2.7 0.027 0.025027

3 2.7 0.027 0.023239

4 2.7 0.027 0.021199



0 5.7 0.057 0.057

1 5.2 0.052 0.060073

2 5.1 0.051 0.063077

3 5 0.05 0.064793

4 5 0.05 0.065904

5 5 0.05 0.066455

IV.2 Pembahasan

IV.2.2 Penentuan Orde Reaksi

Pada percobaan, reaksi yang terjadi adalah:

CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH

Etil asetat Natrium Hidroksida Natrium Asetat Etanol

Nilai konstanta kecepatan reaksi k pada variable tanpa pengadukan dapat diperoleh dari

proses reaksi secara batch. Orde reaksi dapat dicari dengan persamaan:

-ra= k[CH3COOC2H5][NaOH]

-ra= k[Ca][Cb] dimana [Ca]=[Cb]

-ra = k[Ca]2

Orde 1 (-ln(Ca/Ca0)) = k.t

Orde 2 1/Ca = k.t + 1/Cao

Sehingga dapat diperoleh hasil R2 (regresi kuadrat) dari tiap-tiap variabel percobaan

sebagai berikut :

Tabel 4.7 Hubungan antara variabel percobaan terhadap R2

pada Orde 1 & Orde 2

No Variabel

Rasio NaOH:CH3COOH

R2

Orde 1 Orde 2

1 1:1 0.9999 0.9997

2 1:2 0.8582 0.8929

3 2:1 0.9816 0.9801

Dari data hasil percobaan trial yang terlihat pada tabel diatas. Pada kondisi reaksi

orde 1 didapatkan nilai regresi kuadrat 0.9999; 0.8582; 0.9816. Sedangkan pada kondisi

reaksi orde 2 didapatkan nilai regresi kuadrat 0.9997; 0.8929; 0.9801untuk variabel 1,2 dan

3. Berdasarkan data dari seluruh variabel dapat dilihat hasil yang menunjukkan nilai

regresi kuadrat yang mendekati 1 yaitu pada reaksi orde 2, sehingga pada variable tanpa

pengadukan merupakan reaksi dengan orde 2.

(Levenspiel, 1999. Chemical Reaction Engineering)

IV.2.3 Perbandingan volume reaktan terhadap nilai konstanta laju reaksi (k)

Berdasarkan hasil analisis dan perhitungan nilai konstanta kecepatan reaksi dari hasil

percobaan data batch didapatkan harga nilai konstanta kecepatan reaksi k.

Gambar 4.3 Grafik Hubungan rasio NaOH : CH3COOC2H5 dengan Konstanta Kecepatan

Reaksi

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Volume reaktan 1:1 Volume reaktan 1:2 Volume reaktan 2:1

k

Variabel

Variabel

Dari hasil percobaan yang terlihat pada gambar 4.3 terlihat bahwa semakin besar

reaktan yang ditambahkan akan membuat semakin besar nilai konstanta kecepatan reaksi..

Hal ini disebabkan pemakaian reaktan yang berlebih akan memperbesar frekuensi

tumbukan. Kecepatan reaksi sebanding dengan besarnya jumlah reaktan. Bila jumlah zat

pereaktan diperbesar, maka kecepatan reaksi akan meningkat. Jumlah molekul yang

bertumbukan akan bertambah, apabila zat pereaktan yang digunakan semakin murni,

sehingga mempercepat terjadinya reaksi. Pada variabel 2 dengan rasio NaOH :

CH3COOC2H5 = 1:2 konstanta kecepatan reaksinya sebesar 4,1665. Sementara untuk

variabel 3 dengan rasio NaOH : CH3COOC2H5 = 2:1 konstanta reaksinya sebesar 0,67334.

Hal ini disebakan karena semakin tinggi perbandingan reaktan akan diperoleh konversi

yang semakin besar untuk suhu yang sama. Hal ini dikarenakan pemakaian salah satu

reaktan yang berlebih akan memperbesar kemungkinan tumbukan antara molekul zat yang

bereaksi sehingga kecepatan reaksinya bertambah besar. Konstanta kecepatan reaksi

maksimum dicapai pada rasio NaOH : etil asetat = 1:2 .

(Said dkk, 2013)

IV.2.4 Perbandingan Ca model dengan Ca percobaan

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Ca model dengan Ca percobaan pada perbandingan volume

reaktan 1:1

0.025

0.027

0.029

0.031

0.033

0.035

0.037

0 1 2 3 4 5 6 7

Ca

Waktu (menit)

Ca Percobaan

Ca Model


reaktan 1:2


reaktan 2:1

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0 1 2 3 4 5

Ca

Waktu (menit)

Ca Percobaan

Ca Model

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 1 2 3 4 5 6

K

Wakttu (menit)

Ca Percobaan

Ca Model

Berdasarkan grafik 4.4, 4.5, dan 4.6 , dapat dilihat bahwa secara keseluruhan grafik

yang dibentuk oleh Ca model lebih teratur daripada grafik yang dibentuk oleh Ca

percobaan. Hal ini dikarenakan Ca model yang diperoleh dari perhitungan matematis

menggunakan metode Runge Kutta. Dipilih metode ini karena Runge Kutta dianggap

metode yang memberikan keakuratan tinggi. Perhitungan model matematis ini tidak

dipengaruhi oleh variabel-variabel percobaan sehingga diperoleh Ca model yang

merupakan Ca ideal. Sedangkan Ca percobaan diperoleh dari percobaan dengan variabel

rasio reaktan sehingga keakuratannya lebih rendah dari Ca model. Ca model diperoleh dari

data hasil percobaan yang kemudian diaplikasikan ke dalam perhitungan teoritis metode

Runge Kutta

(Munir, 2003)

LEMBAR PERHITUNGAN

Perhitungan Orde Reaksi

NaOH sisa (Ca) =

Reaksi, NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH

A + B C + D

Persamaan Kecepatan Reaksi Order 1

; dimana Cb berlebih.

[

]

Persamaan Kecepatan Reaksi Order 2

; dimana Ca = Cb.

[

]

y = mx + C

1. Batch Variabel 1 (1:1)

t (x) V HCl Ca (-ln(Ca/Ca0))

(orde 1)

1/Ca

(orde2)

0 3.5 0.035 0 28.57142857

1 3.4 0.034 0.028987537 29.41176471

2 3.3 0.033 0.0588405 30.3030303

3 3.1 0.031 0.1213609 32.25806

Orde Reaksi 1

Orde Reaksi 2

y = 0.0293x R = 0.9999

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Variabel 1 (Orde 1)

Linear (Variabel 1(Orde 1))

t(menit)

-ln

(Ca/

Cao

)

y = 0.8658x + 28.563 R = 0.9997

28.4

28.6

28.8

29

29.2

29.4

29.6

29.8

30

30.2

30.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Variabel 1 (Orde 2)


t(menit)

1/C

a Cao = 0.035



(orde 1)

1/Ca

(orde 2)

0 3 0.03 0 33.33333333

1 2.5 0.025 0.182321557 40

2 2.4 0.024 0.223143551 41.66666667

Orde Reaksi 1

Orde Reaksi 2

y = 0.1257x R = 0.8582

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Variabel 2 (Orde 1)


t(menit)

-ln

(Ca/

Cao

)

y = 4.1667x + 34.167 R = 0.8929

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Variabel 2 (Orde 2)


t(menit)

1/C

a Cao = 0.03



(orde 1)

1/Ca

(orde 2)

0 6.2 0.062 0 16.12903226

1 6 0.06 0.032789823 16.66666667

2 5.8 0.058 0.066691374 17.24137931

3 5.5 0.055 0.1198012 18.18181818

Orde Reaksi 1

Orde Reaksi 2

Berdasarkan data dan grafik diatas didapatkan orde reaksi tiap variable merupakan reaksi

dengan orde 2, karena memiliki nilai R2 yang lebih mendekati 1.

y = 0.0375x R = 0.9816

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0 1 2 3 4

Variabel 3 (Orde 1)


t(menit)

-ln

(Ca/

Cao

)

y = 0.6733x + 16.045 R = 0.9801

15.5

16

16.5

17

17.5

18

18.5

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Variabel 3 (Orde 2)


t(menit)

1/C

a Cao = 0.062

Perhitungan Harga k


t (x) V HCl Ca 1/Ca (y) xy x2

0 3,5 0,035 28,571 0 0

1 3,4 0,034 29,412 29,412 1

2 3,3 0,033 30,303 60,606 4

3 3,1 0,031 32,258 96,774 9

=6

=120,544 =186,792 =14

m =

=

= 1.195117

c =

=

= 28.3434

m= k = 1.195117

c =

Cao =

= 0,03528



0 3 0,03 33,334 0 0

1 2,5 0,025 40 40 1

2 2,4 0,024 41,667 83,334 4

=3

=115,001 =123,334 =5

m =

=

= 4,1665

c =

=

= 34,1672

m= k = 4,1665

c =

Cao =

= 0,02927



0 6,2 0,062 16,129 0 0

1 6 0,06 16,667 16,667 1

2 5,8 0,058 17,2414 34,4828 4

3 5,5 0,055 18,182 54,546 9

=6

=68,2194 =105,6958 =14

m =

=

= 0,67334

c =

=

= 16,0448

m= k = 0,67334

c =

Cao =

= 0,06232

Perhitungan persamaan Kontinyu

k1 = (-kCa2)t

Ca model = Ca model n-1 + Ca n-1

h = t

t = 1 menit

1. Kontinyu Variabel 1 (1:1)

k = 1.195117; Cao = 0,03528

t V titran Ca k1 k2 k3 k4 Ca Ca model

0 3.3 0.033 -0.0013 -0.004609 -0.00154 -0.001981526 -0.001431 0.033

1 3.2 0.032 -0.00122 -0.001416 -0.000853 -0.000687416 -0.000853 0.034108

2 3.1 0.031 -0.00115 -0.000836 -0.000773 -0.000605201 -0.000641 0.03457

3 2.9 0.029 -0.00101 -0.000968 -0.000991 -0.000834504 -0.000804 0.034813

4 2.8 0.028 -0.00094 -0.000816 -0.000917 -0.000794822 -0.000726 0.035251

5 2.8 0.028 -0.00094 -0.000503 -0.00068 -0.000591955 -0.000511 0.035629

6 2.8 0.028 -0.00094 -0.000287 -0.000509 -0.000442382 -0.000359 0.035788


k = 4,1665; Cao = 0,02927


0 3.1 0.031 -0.004 -0.00296 -0.00413 -0.00315 -0.00356 0.031

1 2.9 0.029 -0.0035 -0.00175 -0.00253 -0.00244 -0.00242 0.027444

2 2.7 0.027 -0.00304 -0.00119 -0.00176 -0.00179 -0.00179 0.025027

3 2.7 0.027 -0.00304 -0.00162 -0.00198 -0.002 -0.00204 0.023239

4 2.7 0.027 -0.00304 -0.00186 -0.00212 -0.00214 -0.00219 0.021199


k =0,67334; Cao = 0,06232


0 5.7 0.057 -0.00219 -0.010723 -0.0027 -0.004586 -0.003073 0.057

1 5.2 0.052 -0.00182 -0.005729 -0.002943 -0.002499 -0.003004 0.060073

2 5.1 0.051 -0.00175 -0.003187 -0.002028 -0.001614 -0.001715 0.063077

3 5 0.05 -0.00168 -0.002133 -0.001459 -0.001165 -0.001111 0.064793

4 5 0.05 -0.00168 -0.001298 -0.000866 -0.000665 -0.000552 0.065904

5 5 0.05 -0.00168 -0.000766 -0.000461 -0.000316 -0.000181 0.066455

RIAK_3 Senin_P-1

Documents