Sie Cinthia Melinda - 21030115120091 - PDF Tubes
Sie Cinthia Melinda - 21030115120091 - PDF Tubes
Sie Cinthia Melinda - 21030115120091 - PDF Tubes
Disusun oleh :
1. Asif Widodo Zardani NIM. 21030115130125
2. Sie Cinthia Melinda NIM. 21030115120091
Disusun oleh :
1. Asif Widodo Zardani NIM. 21030115130125
2. Sie Cinthia Melinda NIM. 21030115120091
i
REAKTOR CSTR
HALAMAN PENGESAHAN
LAPORAN TUGAS BESAR MATA KULIAH MODEL DAN
KOMPUTASI PROSES
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa berkat rahmat
dan hidayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan Tugas Besar Mata
Kuliah Model dan Komputasi Proses dengan judul “Perancangan dan Simulasi
Reaktor CSTR Non Adiabatis untuk Reaksi Dehidrogenasi Isopropanol menjadi
Aseton Menggunakan Program Scilab 5.5.2.”.
Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak,
maka laporan ini tidak akanterselesaikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini
penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Bapak Dr. Ir. Setia Budi Sasongko, DEA dan Luqman Buchori, S.T.,
M.T. selaku dosen mata kuliah Model dan Komputasi Proses.
2. Teguh Riyanto selaku koordinator asisten Laboratorium Komputasi
Proses.
3. Lutfi Af’idatul Kamilah selaku asisten pembimbing.
4. Segenap teman-teman yang telah memberikan dukungan baik materil
maupun spiritual.
Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat dan menambah wawasan
bagi segenap pembaca umumnya. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh
dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari berbagai pihak sangat
diharapkan untuk menuju kesempurnaan laporan ini.
Penulis
DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR TABEL
DAFTAR LAMPIRAN
INTISARI
BAB I
PENDAHULUAN
1.3 Tujuan
1. Dapat mengetahui volume optimum reaktor CSTR non adiabatis untuk
reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton menggunakan program
scilab 5.5.2.
2. Dapat mensimulasikan dan menentukan profil hubungan suhu terhadap
konversi
3. Dapat mensimulasikan dan menentukan profil hubungan konversi terhadap
volume
4. Dapat mengetahui kebutuhan laju pendingin dalam reactor CSTR non
adiabatis untuk reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton
menggunakan program scilab 5.5.2.
1.4 Manfaat
1. Mampu mengetahui volume optimum reaktor CSTR non adiabatis untuk
reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton menggunakan program
scilab 5.5.2.
2. Mampu mensimulasikan dan menentukan profil hubungan suhu terhadap
konversi
3. Mampu mensimulasikan dan menentukan profil hubungan konversi
terhadap volume
4. Mampu mengetahui kebutuhan laju pendingin dalam reactor CSTR non
adiabatis untuk reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton
menggunakan program scilab 5.5.2.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
(Levenspiel, 1999)
(Levenspiel, 1999)
(Fogler, 2004)
Dengan,
ni = mol reaktan dan produk hasil reaksi
Cpi = kapasitas panas reaktan dan produk hasil reaksi
Pada reaktor CSTR terdapat pengadukan yang mencampur
dan membuat campurannya homogen. Oleh karena itu produk yang
keluar dari reactor ini memiliki komposisi yang sama dengan fluida
yang berada dalam reaktor. Energi yang masuk dalam reaktor
merupakan panas dari sekeliling yang masuk dalam sistem,
sedangkan akumulasi energi dalam reaktor berasal dari panas reaksi
serta dari enthalpi produk hasil reaksi. Dalam reaktor CSTR
adiabatic nilai dari Q dan W = 0. Sehingga, secara umum persamaan
neraca panas untuk reaktor CSTR adiabatic adalah sebagai berikut :
0
(−∆r H 0 )y 0 j Xj
T= T + 0 0
|Vj | ∑N
i=1 yi cpi + ∆Cp yj X j
(CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)
(CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)
Reaksi utama
= -153,15 + 173,5
= 20,35 kJ/mol
∆Go = -RT ln K
ln K = -∆Go / RT
∆Go = -RT ln K
ln K = -∆Go / RT
= -153,15 + 173,5
= 20,35 kJ/mol
∆Go = -RT ln K
ln K = -∆Go / RT
K = 11,405 irreversible
∆Go = -RT ln K
ln K = -∆Go / RT
K = 1,909 irreversible
Karena harga kosntanta kesetimbangan lebih besar dari 1, maka
reaksi berlangsung secara searah (irreversible).
(Yaws, 1999).
T = temperature mutlak
kreaksi utama = A e-E/RT
= 0,1688 × 10-2 × exp(-2688,7/623)
= 13,989
kreaksi samping = A e-E/RT
= 9,9536 × 10-12 × exp(-12666,7/623)
= 2,87 ×10-5
(Lokras, 1970).
Dari persamaan Arhenius, diketahui bahwa dengan
bertambahnya suhu reaksi maka akan memperbesar harga konstanta
kecepata reaksi (k), yang berarti mempercepat kecepatan reaksinya.
BAB III
METODE PENYELESAIAN
3.1 Permodelan
Simulasi dan perancangan reaktor yang akan dibuat adalah CSTR
(Continuous Stirred Tank Reactor), non-adiabatis dari reaksi yang bersifat
irreversible, endotermis, monomolecular dan reaksi paralel. Suhu reaktor dijaga
dengan cara menambahkan pemanas.
FAO
T
Ta1 T
X X
Ta2
Reaksi 1:
k1
(CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)
A→ B+ C
Reaksi 2:
k2
(CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)
A→D+E
b. 𝑟𝐵 = 𝑘1 . 𝐶𝐴 + 𝑘2 . 𝐶𝐴
Persamaan diubah menjadi
𝑑𝐶𝐵
= 𝑘1 . 𝐶𝐴 + 𝑘2 . 𝐶𝐴
𝑑𝑡
c. 𝑟𝐶 = 𝑘1 . 𝐶𝐴
Persamaan diubah menjadi
𝑑𝐶𝐶
= 𝑘1 . 𝐶𝐴
𝑑𝑡
d. 𝑟𝐷 = 𝑘2 . 𝐶𝐴
Persamaan diubah menjadi
𝑑𝐶𝐷
= 𝑘2 . 𝐶𝐴
𝑑𝑡
Stoikiometri :
Jika Spesies A (Isopropyl) dianggap sebagai pereaktan pembatas, maka
stoikiometri untuk setiap spesies pada fase gas:
Tabel 3.1 Persamaan stoikiometri
Perubahan Perubahan
Umpan Arus Keluar
dalam dalam
Spesies Masuk Reaktor Reaktor
Reaksi 1 Reaksi 2
(mol/waktu) (mol/waktu)
(mol/waktu) (mol/waktu)
A FA0 - FA0Xa1 - FA0Xa2 FA = FA0(1-Xa1-Xa2)
𝑏 - 𝑏
B FB0 = 𝜃𝐵 FA0 FA0Xa1 FB = FA0(𝜃𝐵 + 𝑎 Xa1)
𝑎
𝑐 𝑐
C FC0 = 𝜃𝐶 FA0 FA0Xa1 - FC = FA0(𝜃𝐶 + 𝑎 Xa1)
𝑎
𝑑 𝑑
D FD0 = 𝜃𝐷 FA0 - FA0Xa2 FD = FA0(𝜃𝐷 + Xa2)
𝑎
𝑎
𝑒 𝑒
E FE0 = 𝜃𝐸 FA0 - 𝑎
FA0Xa2 FE = FA0(𝜃𝐷 + Xa2)
𝑎
(1 − 𝑋𝑎1 −𝑋𝑎2 )
𝐶𝐴 = 𝐶𝐴0
(1 + 0,99𝑋𝐴 )
𝐶𝐵
− 𝑋𝐴
𝐶𝐵 = 𝐶𝐴0 ( 𝐶𝐴 )
1 + 0,99𝑋𝐴
𝐶𝐶
𝐶𝐴 + 𝑋𝐴
𝐶𝐶 = 𝐶𝐴0 ( )
1 + 0,99𝑋𝐼
𝐶𝐷
𝐶𝐴 + 𝑋𝐴
𝐶𝐷 = 𝐶𝐴0 ( )
1 + 0,99𝑋𝐴
𝐶𝐸
𝐶𝐴 + 𝑋𝐴
𝐶𝐸 = 𝐶𝐴0 ( )
1 + 0,99𝑋𝐴
Kombinasi
−𝑟𝐴 = 𝑘1𝐶𝐴 + 𝑘2𝐶𝐴
(1 − 𝑋𝑎1 −𝑋𝑎2 ) (1 − 𝑋𝑎1 −𝑋𝑎2 )
−𝑟𝐴 = 𝑘1. 𝐶𝐴0 + 𝑘2𝐶𝐴0
(1 + 𝜀𝑋𝐴 ) (1 + 𝜀𝑋𝐴 )
𝐹𝐴𝑜 𝑋𝐴
𝑉=
(1 − 𝑋𝑎1 −𝑋𝑎2 ) (1 − 𝑋𝑎1 −𝑋𝑎2 )
𝑘1. 𝐶𝐴0 + 𝑘2𝐶𝐴0
(1 + 0,99𝑋𝐴 ) (1 + 0,99𝑋𝐴 )
5. 𝑋𝐴
𝑉=
(1 − 𝑋𝑎1 −𝑋𝑎2 ) (1 − 𝑋𝑎1 −𝑋𝑎2 )
5,85. 𝐶𝐴0 + 0,25𝐶𝐴0
(1 + 0,99𝑋𝐴 ) (1 + 0,99𝑋𝐴 )
Neraca Energi CSTR:
𝑇 ̇ 𝑇
̇ ̇ 0 (𝑇 )
𝑄 − 𝑊𝑠 − 𝐹𝐴𝑂 ∫ ∑ 𝜃𝑖 𝐶𝑝𝑖 𝑑𝑇 + [∆𝐻𝑟𝑥 𝑅 + ∫ ∆𝐶𝑃 𝑑𝑇] [𝑟𝐴 𝑉] = 0
𝑇0 𝑇𝑅
𝑛
Jika :
Q = 𝑈𝐴 (𝑇𝑎 − 𝑇) karena non-adiabatis
Ws = 0 karena kerja pengaduk kecil
Maka :
FAO XA
UA(Ta-T) - FA0 ∑ni=1 θi Cpi (T − T0 ) + [∆HRX (TR ) + ∆Cp T − ∆Cp TR )][rA . −rA
]=0
UA.Ta - UA.T - FA0 ∑ni=1 θi Cpi T + FAO ∑ni=1 θi Cpi T0 + FA0 X A ∆HRX
0
TR −
FA0 XA ∆Cp T + FA0 XA ∆Cp T R = 0
-UA.Ta- FA0 ∑ni=1 θi Cpi T − FA0 X A ∆Cp T + UA. Ta + FAO ∑ni=1 θi Cpi T0 +
0
FA0 XA ∆Cp T R (∆Cp − ∆HRX ) T ( UA + FA0 ∑ni=1 θi Cpi + FA0 X A ∆Cp ) = UA. Ta +
FAO ∑ni=1 θi Cpi T0 + FA0 X A T R (∆Cp − ∆HRX
0
)
CSTR
𝐹𝐴0 𝑋𝐴
Neraca Massa = 𝑉 =
−𝑟𝐴
Kombinasi=
𝐹𝐴𝑜 𝑋𝐴
𝑉=
(1 − 𝑋𝐴 ) (1 − 𝑋𝐴 )
𝑘1. 𝐶𝐴0 + 𝑘2𝐶𝐴0
(1 + 0,99𝑋𝐴 ) (1 + 0,99𝑋𝐴 )
X ditentukan T dihitung
UA Ta + Vr1A ∆HRX1A (TR ) + Vr2A ∆HRX2A (TR ) − VrA ∆Cp (TR ) + FA0 ∑n1 θi Cpi To
𝑇=
̂ + FA0 ∑n1 θiCpi
UA − VrA ∆Cp
komp=komp(1:i-1)
koef1=(koef(1,:))'//ditranspose
koef2=(koef(2,:))'
//disp(komp)
TO=623//K
Trx=298//K
//disp(komp)
C4=work(komp,8)
C5=work(komp,9)
H=work(komp,14)
G=work(komp,18)
//disp(C1)
dH1=sum(koef1.*H)
dH2=sum(koef2.*H)
dG1=sum(koef1.*G)
dG2=sum(koef2.*G)
dHf=dH1+dH2
//mol sisa
konversi=0.9
iso=1000//mol
selekt=0.9
As=-iso*konversi
Bs=(As*konversi*selekt)
Cs=iso*konversi
Ds=-Bs/6
Es=-Bs/2
ns=[As;Bs;Cs;Ds;Es]
nr=[iso;0;0;0;0]
//disp(ns)
T0=623//K
TR=298//K
TA=303//K
fao=1000//mol/menit
UA=2937
XA=[0.05:0.05:0.9]
for i=1:18
y(i)=(UA*(T0-TA))+(((dHf+(((dAp)*((T0-T(i))))+((dBp/2)*(((T0-
T(i)))^2))+((dCp/3)*(((T0-T(i)))^3))+((dDp/4)*(((T0-
T(i)))^4))+((dEp/5)*(((T0-T(i)))^5)))))*(fao*XA(i)))
end
endfunction
XA=[0.05:0.05:0.9]
Tguest=[623:-2:589]
T=fsolve(Tguest,suhu)
XA=XA'
TT=T'
disp('Hubungan T terhadap XA')
disp("=================================")
disp(' XA T(Kelvin)')
disp("=================================")
disp([XA TT])
disp("=================================")
//Menampilkan grafik 1
clf
subplot(221)
plot2d(XA,T,[2 3])
xtitle('Hubungan Konversi Reaksi terhadap Suhu Reaktor','Konversi','Suhu
Reaktor (K)')
//menampilkan grafik 2
subplot(222)
plot2d(Xa,VVV,[1 6])
xtitle('Hubungan Konversi Reaksi terhadap Volume
Reaktor','Konversi','Volume Reaktor (Liter)')
BAB IV
HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN
4.2 Pembahasan
4.2.1 Hubungan Konversi (Xa) terhadap Suhu Reaktor
Berdasarkan persamaan Suhu Reaktor pada RATB (Reaktor Alir
Tangki Berpengaduk) reaksi parallel :
𝑈𝐴 𝑇𝑎 + 𝑉𝑟1𝐴 ∆𝐻𝑅𝑋1𝐴 (𝑇𝑅 ) + 𝑉𝑟2𝐴 ∆𝐻𝑅𝑋2𝐴 (𝑇𝑅 ) − 𝑉𝑟𝐴 ∆𝐶𝑝 (𝑇𝑅 ) + 𝐹𝐴0 ∑𝑛1 𝜃𝑖 𝐶𝑝𝑖 𝑇𝑜
𝑇=
𝑈𝐴 − 𝑉𝑟𝐴 ∆𝐶𝑝̂ + 𝐹𝐴0 ∑𝑛1 𝜃𝑖𝐶𝑝𝑖
0,35 622,72546
0,4 622,784
0,45 622,80451
0,5 622,82129
0,55 622,83529
0,6 622,84713
0,65 622,84713
0,70 622,85729
0,75 622,86609
0,8 622,8738
0,85 622,88059
0,9 622,88664
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Pada perancangan dan simulasi reaktor cstr non adiabatis untuk reaksi
dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton menggunakan program scilab 5.5.2
diperoleh :
1. Volume reaktor pada konversi 0,95adalah 120,09 Liter.
2. Hubungan konversi terhadap volume reaktor adalah, semakin besar
konversi maka semakin besar pula volume reaktor.
3. Suhu reaktor pada konversi 0,9 adalah 622,89 K.
4. Hubungan konversi terhadap suhu reaktor adalah, semakin besar konversi,
maka suhu reaktor semakin naik karena sifat reaksinya ialah endotermis.
5.2 Saran
Perlu dilakukan perancangan dan simulasi reaktor dengan jenis reaktor
lain pada kondisi operasi sama agar dapat mengetahui jenis reaktor yang paling
tepat dan efisien pada reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton.
DAFTAR PUSTAKA
B-1