Menyusun Persamaan Reaksi

C.2. Menyusun Persamaan Reaksi

Reaksi utama adalah reaksi oksidasi antara etilen dan asam asetat yang menghasilkan vinyl asetat dan air, dengan persamaan reksi sebagai berikut:

C 2 H 4 + CH 3 CO 2 H + ½O 2 C 2 H 3 OOCH=CH 2 + H 2 O ...(1) Terjadi reaksi samping antara etilen dan oksigen menghasilkan karbon dioksida dan air dengan reaksi:

C 2 H 4 + 3O 2 2CO 2 + 2H 2 O

...(2)

commit to user

A + 3C  2F + 2E Keterangan : A = etilen

B = asam asetat

C = oksigen

D = vinyl asetat

E = air

F = karbondioksida

Reaksi tersebut berjalan dengan mekanisme sebagai berikut.

2CH 3 COOH + ½ O 2 + Pd ↔ Pd-(CH 3 COOH) 2 + H 2 O

…..(3) Pd-(CH 3 COOH) 2 + CH 3 COO - ↔ Pd-(OCOCH 3 ) 3 - …..(4)

Pd-(OCOCH 3 ) 3 - +C 2 H 4 ↔ C 2 H 3 OOCH=CH 2 + CH 3 COOH +CH 3 COO - + Pd …..(5)

(Dimian,2008) Reaksi samping : CH 3 COOH + Pd  Pd-OCOCH 3 - + H + …..(6) Pd-OCOCH 3 - + 3O 2 + C 2 H 4 ↔ 2Pd-CO 2 ed + CH 3 COO - + 2H 2 O …..(7) 2Pd-CO 2 ed ↔ 2Pd + 2CO 2 …..(8)

Persamaan kecepatan reaksi yang digunakan : = . , . , = .

commit to user

r VA ,r CO2 = Laju reaksi, mol/(liter cat .s) k 1 ,k 2 = Konstanta kecepatan reaksi P A ,P C = Tekanan parsial A, C, kPa

dimana : k 1 ,k 2 = Konstanta kecepatan reaksi, mol/(liter cat .s)

= Temperatur, K

∆H R

= ∆H produk - ∆H reaktan = -337,48 kJ/mol

∆G o (298 K) = ∆G o produk - ∆G o reaktan = -228,6 – 228,7 – (68,12 – 376,69) = -148,73 kJ/mol

ln K

= 100,28

commit to user

C.2.1. Neraca massa pada elemen volume

Elemen volume : /4.(IDT) 2 . ∆Z Ditinjau dalam 1 buah tube, neraca massa dalam elemen volume pada kondisi

steady state untuk reaksi pada tube setelah bereaksi sepanjang z satuan panjang dengan konversi x, persamaan neraca massa reaktan dijabarkan sebagai berikut: Rate of input – Rate of output – Rate of reaction = Rate of accumulation

Z IDT r F F F Z Z A Z A Z  

Kedua ruas dibagi dengan ∆Z, sehingga :

  IDT r IDT

Atotal

  IDT r IDT

Atotal

lim 0

  IDT r IDT

Untuk sejumlah Nt tube, persamaan diatas menjadi

  dp IDT r IDT

dz

dF

Atotal

commit to user

Ao Atotal

dengan: r Atotal = kecepatan reaksi totalC 2 H 4 terhadap CH 3 COOCHCH 2 , yaitu r A1 + r A2 , kmol/jam.kg kat x

= konversi C 2 H 4 menjadi CH 3 COOCHCH 2

= porositas tumpukan katalis, m 3 /m 3

ρ B = densitas bulk katalis, kg/ m 3

IDT = diameter dalam tube, m Nt

= jumlah tube Z

= tebal tumpukan katalis, m

C.2.2. Neraca Panas pada elemen volume

Reaktor jenis fixed bed multitube mirip dengan alat penukar panas (heat exchanger ), dimana gas reaktan mengalir di dalam tube-tube yang berisi tumpukan katalisator dan pendingin mengalir di bagian shell.

commit to user

Assumsi : steady state R input – R output + R heat of reaction = Racc

Kedua ruas dibagi ΔZ diperoleh :

Tc T IDT U IDT

Hi Hi

R Ao R

Diambil limit ΔZ mendekati nol dan dx/dz dijabarkan, sehingga : Σ

= ( − ).

+( − ).

− ..

Σ = ( − ).

+( − ).

− ..

( − ).

+ ∫Δ

+( − ).

+ ∫Δ

− .. . Δ ( − )

commit to user

∆H produk =

Tref

Cpi ni Cpi . .

∆H Reaktan =

  Tref

Cpi ni Cpi . .

Keterangan : Fi

= laju alir umpan masuk reaktor, kmol/jam Cpi

= kapasitas panas komponen, kJ/kmol. K ( ∆H R ) = panas reaksi, kJ/kmol

U D = koefisien perpindahan panas overall kotor, kJ/jam.m 2 .K

IDT = diameter dalam tube, m Tc

= suhu pendingin, K

C.2.3. Neraca Panas pendingin pada elemen volume

Pendingin mengalir di dalam shell, alirannya berlawanan arah (countercurrent) dengan aliran zat pereaksi yang mengalir lewat tube-tube. Assumsi : Steady state Rinput – Rout put = Racc

) . ( ). .( . . . . .       Z Z D Z Hc NT Tc T ODT Z U Hc m Hc 

commit to user

Keterangan : m

= kecepatan alir pendingin, kg/jam Cpc = kapasitas panas pendingin, kJ/kg.K T

= temperatur reaksi, K

Tc

= temperature pendingin, K