TUGAS MATA KULIAH KINETIKA DAN KATALISIS
TUGAS MATA KULIAH
KINETIKA DAN KATALISIS
PENYELESAIAN BAB I LEVENSPIEL
Oleh :
KELOMPOK III (TIGA)
NAMA
KELVIN HADINATAN
FITRI HARIANI NURZA
CHRISTIANTO SITIO
MUKSALMINA
KHAIRUL FAHMI
NIM
110405032
110405012
110405088
110405118
110405084
Dosen :
Ir. Bambang Trisakti, M.T.
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
1. Pengolahan air limbah kota. Asumsikan sebuah pengolahan
air limbah untuk komunitas kecil. (Gambar 1.1). Air limbah
dengan umpan 32000 m3, mengalir menuju sebuah tangki
pengolahan
limbah
dengan
waktu
selama
8
jam,
air
diumpankan ke dalam tangki, dan mikroba-mikroba dalam
tangki saling serang dan menghancurkan material organik.
(limbah organik) + O2
mikro
CO2 + H2O
Umpan yang masuk mengandung BOD (biological oxygen
demand)
sebesar
200
mg
O2/liter,
dengan
aliran
yang
dikeluarkan tidak mengandung BOD yang berarti. Tentukanlah
laju reaksinya, atau pengurangan nilai BOD dalam tangki
pengolahan.
Gambar 1.1
Penyelesaian :
Berat molekul O2 = 32 gram/mol
Laju alir O2 yang masuk ke dalam tangki per volume :
= 200 mg/l .
1
32
mol/gram.
1
gram/mg
1000
= 6,25 x 10-3 mol/liter
Laju alir O2 yang masuk dalam tangki per hari :
= 6,25 x 10-3 mol/liter . 1000 liter/m3 . 32000 m3/hari
= 200000 mol/hari
Volume tangki pengolahan limbah selama 8 jam :
= 32000 m3/hari . 8 jam .
1
24
hari/jam
= 10667 m3
Laju reaksi O2 dalam tangki :
= 200000 mol/hari .
1
hari/s .
86400
1
V
= 200000 mol/hari .
1
hari/s .
86400
1
10667 m3
= 2,17.10-4 mol/m3s
2. Pembakaran
batu
bara
dengan
daya
listrik.
Pusat
pengembangan daya (sekitar 1000 MW listrik) menggunakan
bed difluidisasi dengan mesin jet akan dibangun suatu hari.
(gambar 1.2). Bed yang besar ini akan diumpankan dengan 240
ton batu bara/hari (90% C, 10% H 2), yang mana 50% dari bed
akan terbakar oleh baterai dari bed difluidisasi. Dan 50% yang
lain akan masuk dalam sistem. Saran untuk perancangan ini
adalah menggunakan baterai dari bed difuidisasi , masing
masing dengan panjang 20 m, lebar 4 m dan mengandung
padatan dengan ketinggian 1 m. Tentukanlah laju reaksi diatas
diantara bed-bed, tergantung dari oksigen yang digunakan.
Gambar 1.2
Penyelesaian :
Volume 1 bed : 20. 4. 1 = 80 m3
Volume 10 unit bed : 80.10 = 800 m3
Komposisi batu bara : 90% C dan 10% H2
Maka berat molekul batu bara = (90%.12) + (10%.2) = 11
gram/mol
Laju alir batu bara yang masuk per hari :
= 240 ton/jam .
1
11
gram/mol. 1000 kg/ton . 1000 gram/ kg.
50 %
= 10909090,91 mol/jam
Laju reaksi batu bara dalam bed :
= 10909090,91 mol/jam .
= 3030,30 mol/s.
1
3600
jam/s .
1
V
1
800 m3
= 3,787 mol/m3s
3. FCC. Reaktor FCC adalah salah satu unit proses yang terbesar
dalam industri petroleum. Gambar 1.3 menunjukkan contoh dari
unit tersebut. Unit memiliki diameter dalam sebesar 4-10 m dan
ketinggian 10-20 m dan mengandung sekitar 50 ton katalis
yang berpori. Unit diumpankan dengan 38000 barrel dari
minyak setiap harinya (6000 m3/hari dengan densitas 900
kg/m3), dan unti memecah rantai hidrokarbon yang panjang
menjadi molekul yang pendek. Untuk mendapatkan ide tentang
laju reaksi dalam unti besar ini, kita menyederhanakan dan
menggangap umpan hanya menggandung C20 hidrokarbon, atau
Jika 60% dari umpan yang diuapkan pecah dalam unit,
bagaimana laju reaksinya, di ekspresikan dalam –r’ (mol yang
bereaksi/kg katalis.s) dan r”’ (mol yang bereaksi/m 3katalis.s)
Gambar 1.3 Unit FCC Exxon Model IV
Penyelesaian :
Massa katalis : 50 ton = 50000 kg
Massa jenis katalis : 800 kg/m3
Volume katalis : 50000/800 = 62.5 m3
Laju alir minyak : 6000 m3/hari
Massa jenis minyak : 900 kg/m3
Berat molekul minyak : 20.12 + 42.1 = 282 gram/mol
Laju alir minyak dalam reaktor per hari :
= 6000 m3/hari . 900 kg/m3. 1000 gram/kg .
1
282
mol/gram . 60 %
= 11489361,7 mol/hari
Laju alir minyak dalam reaktor per sekon :
= 11489361,7 mol/hari.
1
86400
hari/sekon
= 132,97 mol/s
-r’ (mol/kg katalis.s) = 132,97 mol/s .
mol/kg katalis.s
1
50000 kg
= 0,00266
r’” (mol/m3 katalis.s) = 132,97 mol/s .
katalis.s
1
62,5 m 3
= 2,128 mol/m3
KINETIKA DAN KATALISIS
PENYELESAIAN BAB I LEVENSPIEL
Oleh :
KELOMPOK III (TIGA)
NAMA
KELVIN HADINATAN
FITRI HARIANI NURZA
CHRISTIANTO SITIO
MUKSALMINA
KHAIRUL FAHMI
NIM
110405032
110405012
110405088
110405118
110405084
Dosen :
Ir. Bambang Trisakti, M.T.
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013
1. Pengolahan air limbah kota. Asumsikan sebuah pengolahan
air limbah untuk komunitas kecil. (Gambar 1.1). Air limbah
dengan umpan 32000 m3, mengalir menuju sebuah tangki
pengolahan
limbah
dengan
waktu
selama
8
jam,
air
diumpankan ke dalam tangki, dan mikroba-mikroba dalam
tangki saling serang dan menghancurkan material organik.
(limbah organik) + O2
mikro
CO2 + H2O
Umpan yang masuk mengandung BOD (biological oxygen
demand)
sebesar
200
mg
O2/liter,
dengan
aliran
yang
dikeluarkan tidak mengandung BOD yang berarti. Tentukanlah
laju reaksinya, atau pengurangan nilai BOD dalam tangki
pengolahan.
Gambar 1.1
Penyelesaian :
Berat molekul O2 = 32 gram/mol
Laju alir O2 yang masuk ke dalam tangki per volume :
= 200 mg/l .
1
32
mol/gram.
1
gram/mg
1000
= 6,25 x 10-3 mol/liter
Laju alir O2 yang masuk dalam tangki per hari :
= 6,25 x 10-3 mol/liter . 1000 liter/m3 . 32000 m3/hari
= 200000 mol/hari
Volume tangki pengolahan limbah selama 8 jam :
= 32000 m3/hari . 8 jam .
1
24
hari/jam
= 10667 m3
Laju reaksi O2 dalam tangki :
= 200000 mol/hari .
1
hari/s .
86400
1
V
= 200000 mol/hari .
1
hari/s .
86400
1
10667 m3
= 2,17.10-4 mol/m3s
2. Pembakaran
batu
bara
dengan
daya
listrik.
Pusat
pengembangan daya (sekitar 1000 MW listrik) menggunakan
bed difluidisasi dengan mesin jet akan dibangun suatu hari.
(gambar 1.2). Bed yang besar ini akan diumpankan dengan 240
ton batu bara/hari (90% C, 10% H 2), yang mana 50% dari bed
akan terbakar oleh baterai dari bed difluidisasi. Dan 50% yang
lain akan masuk dalam sistem. Saran untuk perancangan ini
adalah menggunakan baterai dari bed difuidisasi , masing
masing dengan panjang 20 m, lebar 4 m dan mengandung
padatan dengan ketinggian 1 m. Tentukanlah laju reaksi diatas
diantara bed-bed, tergantung dari oksigen yang digunakan.
Gambar 1.2
Penyelesaian :
Volume 1 bed : 20. 4. 1 = 80 m3
Volume 10 unit bed : 80.10 = 800 m3
Komposisi batu bara : 90% C dan 10% H2
Maka berat molekul batu bara = (90%.12) + (10%.2) = 11
gram/mol
Laju alir batu bara yang masuk per hari :
= 240 ton/jam .
1
11
gram/mol. 1000 kg/ton . 1000 gram/ kg.
50 %
= 10909090,91 mol/jam
Laju reaksi batu bara dalam bed :
= 10909090,91 mol/jam .
= 3030,30 mol/s.
1
3600
jam/s .
1
V
1
800 m3
= 3,787 mol/m3s
3. FCC. Reaktor FCC adalah salah satu unit proses yang terbesar
dalam industri petroleum. Gambar 1.3 menunjukkan contoh dari
unit tersebut. Unit memiliki diameter dalam sebesar 4-10 m dan
ketinggian 10-20 m dan mengandung sekitar 50 ton katalis
yang berpori. Unit diumpankan dengan 38000 barrel dari
minyak setiap harinya (6000 m3/hari dengan densitas 900
kg/m3), dan unti memecah rantai hidrokarbon yang panjang
menjadi molekul yang pendek. Untuk mendapatkan ide tentang
laju reaksi dalam unti besar ini, kita menyederhanakan dan
menggangap umpan hanya menggandung C20 hidrokarbon, atau
Jika 60% dari umpan yang diuapkan pecah dalam unit,
bagaimana laju reaksinya, di ekspresikan dalam –r’ (mol yang
bereaksi/kg katalis.s) dan r”’ (mol yang bereaksi/m 3katalis.s)
Gambar 1.3 Unit FCC Exxon Model IV
Penyelesaian :
Massa katalis : 50 ton = 50000 kg
Massa jenis katalis : 800 kg/m3
Volume katalis : 50000/800 = 62.5 m3
Laju alir minyak : 6000 m3/hari
Massa jenis minyak : 900 kg/m3
Berat molekul minyak : 20.12 + 42.1 = 282 gram/mol
Laju alir minyak dalam reaktor per hari :
= 6000 m3/hari . 900 kg/m3. 1000 gram/kg .
1
282
mol/gram . 60 %
= 11489361,7 mol/hari
Laju alir minyak dalam reaktor per sekon :
= 11489361,7 mol/hari.
1
86400
hari/sekon
= 132,97 mol/s
-r’ (mol/kg katalis.s) = 132,97 mol/s .
mol/kg katalis.s
1
50000 kg
= 0,00266
r’” (mol/m3 katalis.s) = 132,97 mol/s .
katalis.s
1
62,5 m 3
= 2,128 mol/m3