1. prests pendl satuan proses 3
DESCRIPTION
kimiaTRANSCRIPT
PENDAHULUAN
Teknik Kimia meliputi aplikasi pengetahuan
tentang proses industri yang menitik
beratkan pada KONVERSI perubahan suatu
bahan (row material) menjadi bahan lain
(produk) baik dengan proses kimia (unit
proses) maupun proses fisika (unit operation)
No Konversi kimiawi
Nama Alat
1 Oksidasi converter, Oxidazing-room, Chamber, Sulfur burner
2 Nitrasi Nitrator, Reaktor
3 Sulfonasi Sulfonator
4 Netralisasi Settler, reaktor, cristallizer, Tanki
5 Electrolysis Electrolysis cell
6 Kalsinasi Rotary kiln, calciner, drier
7 Esterifikasi Acetylator, Mixer, Reactor
8 Aminasi/amonolisis
Autoclave
9 Halogenasi Halogenator, Khlorinator, Reactor
10 Hidrasi dan hidrolisis
Hydrator, hydrolyzer, reactor,autoclave, fusion pot, absorber
11 Alkilasi Autoclave, alkylator, reactor
12 Polimerisasi Polymerizer, reactor
13 Fermentasi Fermentor
Daftar konversi kimiawi
Struktur Sistem Proses
Kegiatan proses mengubah suatu bahan menjadi produk secara keseluruhan dapat dipandang sebagai sebuah sistem yang terdiri atas sub-sub sistem yang menggambarkan suatu tahapan proses produksi
Penyimpanan bahan dasar Pemisaha
nproduk
Penyim
panan umpan
Reaktor
Pemur-nian
produkPenyimpan-an produk
Daur ulang bahan yang
tidak bereaksi
Hasil samping
Limbah
Gambar 1. Rangkaian proses sebagai sebuah sistem tahapan proses
Satuan prosesAliran masuk Aliran keluar
Metode perhitunganMasukan informasi Keluaran informasi
Gambar 1. Satuan rancangan proses
Secara garis besar sistem proses produksi dapat dibagi dalam tiga unit, yaitu:
Unit I : Unit persiapan bahan bakuUnit II : Unit sintesis/reaksiUnit III : Unit finishing
Tugas dari masing-masing unit berbeda, namun secara keseluruhan mempunyai beban yang sama, dan satu sama lain saling berhubungan dalam menghasilkan produk yang diinginkan.
Adapun tugas masing-masing unit adalah sbb:I. Unit Persiapan bahan baku.Unit ini bertugas mempersiapkan bahan baku/raw
material agar sesuai kondisinya dengan kondisi yang dipersaratkan oleh unit II (Unit pengolahan).
Persiapan ini dapat berupa:Penyesuaian bentuk dan fasa : besar, kecil, serbuk,
cair, gas dsbPenyesuaian konsentrasi/komposisi : murni, pekat,
encer, larutan dsbPenyesuaian kondisi operasi : tekanan, suhu,
perbandingan komposisi dsbTransportasi bahan dasar, penampungan
sementara sebelum diolah di unit IIDan lain-lain
Alat-alat pada unit I ini pada umumnya digunakan:Alat penyesuaian bentuk dan fasa Contoh : crusher, ball mill, melter, condensor, evaporator,
sublimator dll Alat penyesuaian konsentrasi/komposisi Contoh : kolom fraksinasi, kolom distilasi, screen, absorber
dll
Alat penyesuaian kondisi operasi Penyesuaian suhu : heat exchanger (HE), cooler,
heater, preheater dll Penyesuaian tekanan: kompresor, pompa, valve,
expansion valve dllPenyesuaian komposisi: mixer, blender, tangki
berpengadul dllAlat transportasi dan penampungan Contoh: belt conveyor, elevator, pompa + pipa Tanki-tanki penampung, silo dll
II. Unit Pengolahan/ proses sintesis
Unit ini bertugas mensintesis/mereaksikan bahan dasar untuk mengubah menjadi senyawa hasil (produk) yang diinginkan. Alat untuk tempat terjadinya reaksi kimia disebut REAKTOR
( proses sintsis ini akan dibahas dalam bab tersendiri)
III. Unit finishing Hasil yang diperolah dari unit II, kemungkinan
masih memerlukan penyesuaian kualitas, berupa:
Penyesuaian bentuk dan fasa Penyesuaian komposisi/konsentrasi Penyesuaian kondisi : suhu dan tekanan Pengantongan, penyimpanan/gudang
Pada unit ini peralatan yang digunakan sama dengan unit I
PROSES SINTESIS DALAM UNIT PENGOLAHAN
Untuk mempelajari proses kimia dalam unit pengolahan, dapat ditinjau dalam 2 segi, yaitu:
Alat/tempatSintesis atau reaksi
1. Alat/tempatSebagai tempat terjadinya reaksi pengolahan,
siperlukan alat yang disebut REAKTOR. Reaktor ini harus bisa memenuhi persyaratan tertentu yang harus disesuaiakan dengan sifat bahan yang diolah dan sifat bahan yang dihasilkan. Misalnya: alat harus tahan terhadap korosi, tahan terhadap tekanan, tahan terhadap suhu tinggi dsb.
Demikian juga karena kondisi reaksi (tekanan, suhu dan konsentrasi dsb) untuk suatu reaksi perlu diatur dan diawasi untuk menghasilkan hasil yang diinginkan, maka biasanya reaktor dilengkapi dengan alat-alat penunjuk/indikator dan alat-alat pengontrol/pengatur.
Termasuk sebagai alat penunjuk (indokator) antara lain: termometer, pH meter dsb.
Lambang : Flow indikator (FI), thermo indikator (TI); pressure indikator (PI)
Termasuk alat kontrol : flow indicator and control (FIC), thermoindicator
and control (TIC), pressure indicator and control (PIC).
II. Sintesis/reaksiKondisi reaksi yang tepat sangat penting untuk
berlakunya suatu reaksi kimia . Reaksi kimia seringkali dapat berlangsung dengan cepat pada kondisi tertentu dan tidak dapat berlangsung sama sekali pada kondisi yang lain, sehingga pengetahuan tentang kondisi operasi ini sangat penting dalam penanganan reaktor.
Mengingat hal tersebut diatas, maka sangatlah penting untuk mempelajari/mengetahui KINETIKA dan TERMODINAMIKA dari reaksi kimia yang terjadi dalam sintesis proses tersebut.
KinetikaDigunakan antara lain :Memahami mekanisme reaksiMenghitung ukuran reaktorMemperkirakan usaha-usaha yang dapat
ditempuh untuk mempelajari reaksi yang berjalan lambat dan reaksi yang berjalan terlalu cepat agar dapat dikontrol
Termodinamika Digunakan antara lain untuk:Memperkirakan energi/panas yang diperlukan
(endotermis) atau energi/panas yang dikeluarkan (eksotermis) dari reaksi kimia
Memperkirakan konversi maksimum yang dapat dicapai pada kesetimbangan
Memperkirakan usaha-usaha yang dapat ditempuh untuk memperbesar konversi kesetimbangan
Usaha-usaha untuk mempercepat reaksi dan memperbesar konversi ditinjau dari KINETIKA
Misalnya reaksi: aA + bB cC + dD Kecepatan reaksi: - rA = k (A)a (B)b
Keterangan:- rA : kecepatan berkurangnya Ak : konstanta kecepatan reaksi(A) : konentrasi reaktan A(B) : konsentrasi reakstan Ba,b : pangkat/tingkat reaksi
Hukum Arrhenius mendefinisikan :
Keterangan: A : faktor frekwensi tumbukan E : tenaga aktifasi R : Tetapan gas T : suhu reaksi (oK)
E/RTAek
Terlihat bahwa k, dipengaruhi oleh A, E dan T.
1. Faktor Frekwensi tumbukan (A) Faktor frekwensi tumbukan dipengaruhu oleh:a) Sifat pencampuran pereaksi. Jika pereaksi tidak
saling melarutkan atau tidak dapat bercampur secara sempurna maka diperlukan pengaduk, sirkulasi.
b) Luas permukaan Untuk memperbesar faktor tumbukan diusahakan
pereaksi berupa gas atau cair. Jika pereaksi berupa zat padat maka perlu dilakukan gasifikasi atau dibuat partikel-pertikel kecil (penumbukan)
c) Salah satu pereaksi dibuat excess Pemihihan pereaksi yang dibuat excess adalah
pereaksi yang lebih mudah didapatkan, harga lebih murah, jumlah melimpah dll.
2. Tenaga aktivasi (E) Tenaga aktivasi adalah tenaga awal yang
diperlukan agar reaksi dapat berlangsung . Tenaga aktivasi ini dapat diperbesar atau diperkecil oleh suatu katalisator.
Katalisator positif: memperkecil tenaga aktivasi sehingga mempercepat reaksi.
Katalisator negatif (inhibitor) : memperbesar tenaga aktivasi sehingga memperlambat reaksi. Inhibitor ini digunakn untuk reaksi yang berjalan sangat cepat seperti: reaksi polimerisasi, reaksi inti, nuklir dan reaksi rantai.
Inhibitor dapt bekerja sebagai: Penghalang bertemunya pereaksiBereaksi dengan salah satu pereaksi
membentuk senyawa yang lebih stabilMenurunkan keaktifanMempengaruhi kestabilan sususunan elektron
3. Suhu (T)
Dari persamaan
Nilai k dipengaruhi oleh suhu (T). Bila T dinaikkan, maka harga E/RT kecil dan k makin besar (reaksi berjalan makin cepat). Disamping dipengaruhi oleh besarnya harga k, kecepatan reaksi juga
Dipengaruhi oleh konsentrasi peraksi (A) dan (B), yang dapat ditempuh dengan menggunakan konsentrasi pereaksi yang tinggi dan memperkecil/meniadakan inert dari campuran pereaksi.
E/RTAek
Usaha memperolah hasil yang besar di tinjau dari TERMODINAMIKA
Contoh reaksi:
Pada keadaan kesetimbangan berlaku hubungan sbb:
Ket.( ) = konsentrasi K = konstanta kesetimbangan
dDcC bBaA k1
k2
ba
dc
2
1
(B) (A)
(D) (C)
k
kK
Untuk gas berlaku hukum gas ideal, Sehingga
, maka
Keterangan: a, b, c, d : koefisien reaksinA, nB, nC, nD : jumlah mol komponenP : tekanannt : jumlah mol total (nA + nB + nC + nD + ninert)
P n
n(A)
t
A
b)(ad)(c
tn
PbB
n aA
n
dD
n cC
nK
Besarnya harga k dipengaruhi oleh suhu reaksi, sedangkan dari persamaan K dapat dilihat bahwa untuk memperoleh C dan D yang banyak, dapat ditempuh dengn memakai (A) dan (B) yang tinggi, dan perbandingan pereaksi yang baik,sehingga hasil perkalian (A)a x (B)b maksimum.
Usaha lain yaitu mengusir salah satu hasil C atau D dari campuran hasil reaksi. Jika hasil yang diinginkan adalah D, maka C yang segera diusir atau sebaliknya. Pengusiran salah satu hasil akan mengakibatkan hasil yang terbentuk terus-menerus (maksimum).
Jika hasil yang diinginkan adalah D, maka:
d)(cb)(a
tn
P
cC
n
bB
n aA
nKn
atau,
b)(ad)(c
Pt
n
cC
n
bB
n aA
nn
D
D
K
Untuk memperoleh hasil D yang banyak dapat ditempuh dengan:
a) K dibuat besar :
Jika reaksi eksotermis, makin rendah suhu, K makin besar.
Jika reaksi endotermis, makin tinggi suhu, makin besar harga K.
b) Konsentrasi A dan B yang dipakai diusahakn tinggic) Salah satu hasil diusir, misalnya C sehingga nC
kecil, maka nD menjadi besar.
d) Perbandingan pereaksi yang tepat
e) Tekanan:Bila (a + b) – ( c + d) positif, maka tekanan tinggi menguntungkan.Bila (a + b) – ( c + d) negatif, maka tekanan
tinggi tidak menguntungkan.Bila (a + b) – ( c + d) adalah nol, maka tekanan
tidak berpengaruhi kesetimbangan
f)Jumlah mol total dipengaruhi inert:Bila (a + b) – ( c + d) positif, maka adanya inert
tidak menguntungkanBila (a + b) – ( c + d) negatif, maka adanya inert
menguntungkan
Kadang-kadang usaha dari segi termodinmika bertolak belakang dengan usaha ditinjau dari segi kinetika, maka perlu dicari optimasi melalui penelitian. Demikian juga kemampuan alat, kestabilan senyawa-senyawa dan efisiensi tenaga akan menjadi batasan usaha yang ditempuh untuk mendapatkan hasil yang optimal dengan waktu singkat.
Sebagai contoh. Penentuan suhu (T), jika ditinjau dari segi
kinetika semakin tinggi suhu, hasil (produk) semakin tinggi, namun penentuan suhu (T) jika dilihat dari segi termodinamika belum tentu jika suhu tinggi akan menghasilkan produk yang besar, bahkan bisa sebaliknya justru mengurangi hasil (produk).