∆H
produk
Perubahan entalpi produk dari 298,15 K ke 343.15 K dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
Hasil perhitungan perubahan entalpi produk dapat dilihat pada tabel berikut :
Tabel F.6. Perhitungan
∆H
o produk
Komponen
∆H
o produk
kJkmol n kmol
∆H
produk
kJ
HCHO 1122.476318
1.63295561 1832.954001 CONH
2
1728.432663 0.860611741 1487.509443 UF1
12775.43342 19.26446281 246111.8619 UF2
12775.43342 6.421487603 82037.28731 UF3
12775.43342 2.140495868 27345.76244
Total
30.32001363 358815.3751
Sehingga :
∆H
reaksi
= ∆H
o Rx 298,15 K
+ ∆H
o produk
- ∆H
o reaktan
= -1590041.284 + 358815.3751 - 175565.663 = 1406791.572 kjjam
Menghitung kebutuhan pendingin
Panas yang harus diserap =
∆H
reaksi
Kondisi media pendingin : Jenis pendingin : Air
T in = 273.15+30
o
C = 303.15 K T out = 273.15+60
o
C = 333.15 K Kern,594 T ref = 273.15+25
o
C = 298.15 K
Sehingga didapat, ſC
P
dT = 2256.67 9 kjkmol
mol
pendingin
= =
= 623.389 kmoljam massa
pendingin
= mol pendingin x mr = 623.389 kmoljam x 18 kmolkg
= 11221.018 kgjam Menghitung Q pendingin :
∆H
pendingin
in = n ſC
P
dT = 235321.207 kjjam
∆H
pendingin
out = n ſC
P
dT = 1642112.779 kjjam
Setelah dilakukan perhitungan neraca panas pada masing-masing komponen maka dapat disusun tabel neraca panas komponen sebagai berikut:
Tabel F.7. Neraca panas di sekitar Reaktor RE-202
Komponen Aliran Input kJjam
Aliran Generasi kJjam
Aliran Output kJjam ∆H
11
∆H
16
∆H
pendingin in
∆H
reaksi
∆H
17
∆H
18
∆H
pendingin out
CH
3
OH 902.8211158
1406791.572 488.4917643
O
2
33682.60243 18425.96917
HCHO 83363.06679
1832.954001 CO
3361.324391 1841.101342
N
2
236260.6272 129462.8782
H
2
O 0 125261.9803
67627.44028 CONH
2
0 93828.83372 1487.509443
UF1 246111.8619
UF2 82037.28731
UF3 27345.76244
Amonia 235321.207
1642112.779
Sub Total 357570.4419
219090.814 235321.207
1406791.572 152051.3945
424609.8614 1642112.779
576661.2559 576661.2559
Total 2218774.035
2218774.035
Reaksi yang berlangsung di Reaktor adalah sebagai berikut: Reaksi pembentukan Urea Formaldehid:
13 CONH
2 2 l
+ 18 CH
2
O
g
9 HOCH
2
NHCONH
2 l
+ 3NHCONHCH
2
OH
2l
+ NHCONCH
2
OH
3 l
Berdasarkan stokiometri, reaktan yang bereaksi dan produk yang terbentuk adalah seperti di bawah ini:
13CONH
2l
+ 18HCHO
g
9UF
1 aq
+ 3UF
2 aq
+ UF
3 aq
Mula-mula 28,68 kmol 40,16 kmol Bereaksi 27,82 kmol 38,52 kmol 19,26 kmol 6,42 kmol 2,14 kmol
Sisa 0,86 kmol 1,63 kmol 19,26 kmol 6,42 kmol 2,14 kmol
T = 70
o
C , P=1,2
2. Menentukan Volume Reaktor
Dalam perancangan ini digunakan reaktor alir berbentuk tangki berpengaduk CSTR yang dilengkapi koil pendingin dengan pertimbangan :
1. Reaksi berlangsung pada fase cair - gas 2. Proses kontinyu
Asumsi-asumsi: 1. Pengadukan sempurna, sehingga komposisi zat alir keluar reaktor sama
dengan komposisi zat di dalam reaktor. 2. Reaktor beroperasi secara isotermal, sehingga panas hasil reaksi harus
diserap dan dikontrol menggunakan air pendingin. 3. Tidak ada reaksi samping pada kondisi perancangan.
Reaksi pembentukan Urea Formaldehid :
13CONH
2l
+ 18HCHO
g
9UF
1 aq
+ 3UF
2 aq
+ UF
3 aq
a. Menentukan Persamaan Laju
Reaksi antara CONH
2 2 aq
dan HCHO
g
merupakan suatu reaksi
heterogen cair-gas. Diketahui dari jurnal Kinetics And Mechanism Of Urea Formaldehyde Reaction by B.Raveendran Nair and D.Joseph
Francis Department of Applied Chemistry, University of Cochin 682 022,India Received 29 march 1982;revised 12 August 1982, Volume 24
bahwa reaksi pembentukan Urea Formaldehyde merupakan reaksi orde dua terhadap urea CONH
2 2
dan formaldehid HCHO maka : -r
a
= k.C
A
.C
B
...............a
T = 70
o
C , P=1,2 atm
Keterangan : -r
a
: laju reaksi, kmolm
3
.jam k : konstanta laju reaksi; 24,42 m
3
kmol.jam C
A :
konsentrasi Urea sisa, kmolm
3
C
B :
konsentrasi HCHO sisa, kmolm
3
Neraca massa di reaktor:
Fogler, 2nd ed, 1992. F
a0
– F
a1
= F
a0.
X F
a0
– F
a1
= -r
a1
.V
1
dimana : -r
a
= k.C
A
.C
B
Fogler, 2nd ed, 1992.
3. Menentukan Densitas Campuran dan Debit
Densitas komponen masuk reaktor ditunjukkan pada Tabel F.8.1. Tabel F.8. Densitas komponen masuk reaktor
Komponen Massa
kgjam W
i
ρ
i
kgm
3
W
i
ρ
i
kmoljam x
i
μ
i
W
i
.lnμ
i
CONH
2
1.722,9447 0,16 1.022,18
0,00015696 28,6871 0,081
0,9600 -0,0065
H
2
O 655,3817
0,06 1.885,44 3,2368E-05
36,3899 0,102 0,4400
-0,0501 HCHO
1.206,0613 0,11 1.557,65
7,2102E-05 40,1619 0,113
0,0115 -0,5012
CH
3
OH 13,8275
0,001 1.617,68 7,9597E-07
0,4316 0,001 0,0094
-0,0060 O
2
809,8474 0,075 2.102,18
3,5874E-05 25,3077 0,071
0,0229 -0,2848
HCHO 1.206,0613
0,112 1.557,65 7,2102E-05
40,1619 0,113 0,0115
-0,5012 CO
71,8043 0,006 1.363,63
4,9034E-06 2,5635 0,007
0,0198 -0,0262
N
2
5.052,7684 0,470 4.211,26
0,00011172 180,3916 0,509
0,0195 -1,8526
Total 10.738,69
1,000 0,00048683
354,0951 1,000
-3,2287
ρ
mix
=
i i
w 1
=
000486 ,
1
= 2.054,08 kgm
3
= 128,23 lbft
3
o
=
campuran densitas
total massa
=
3
kgm 08
, 054
. 2
kgjam 69
, 738
. 10
= 5,228 m
3
jam = 184,61 ft
3
jam
4. Menentukan Volume dan Waktu Tinggal
Ca
o
= = 5,4872 kmolm
3
Cb
o
= = 7,6821 kmolm
3
v BM
m
v BM
m
= 5,48 x 5,228 = 28,6871 kmoljam = 7,68 x 5,228 = 40,1619 kmoljam
= 0,8606 kmoljam
= 1,6330 kmoljam Ca
1
= = 0,1646 kmolm
3
Cb
1
= = 0,3123 kmolm
3
V = = 21,7045 m
3
Menentukan waktu tinggal =
= 4,15 jam
5. Menentukan Dimensi Reaktor
a. Diameter Dalam Shell D
i
V
total
= 4
H ID
L 2
+
4 sf
ID
2 i
+ 0,000076 I
3
D Keterangan :
ID = Diameter dalam shell,ft
H
L
= Tinggi cairan, ft Diambil perbandingan tinggi cairan terhadap diameter dalam shell
standar dan tinggi sf adalah : H
L
= ID Geankoplis, 1993
