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