7
CONTOH-CONTOH SIMULASI DALAM TEKNIK KIMIA Contoh 1 Suatu campuran uap terdiri atas benzene (A), toluene (B), dan ortho-xylene (C) didinginkan pada tekanan tetap P t = 76 cmHg. Pada suhu berapa pengembunan terjadi? Komposisi uap dalam fraksi mol : y A = 0,4 y B = 0,3 y C = 0,3 Harga tekanan uap murni masing-masing komponen, P i o (cmHg) dan T(K) P A o =exp ( 14,953764 T ) P B o =exp ( 16,074497 T ) P C o =exp ( 16,274934 T ) Penyelesaian Campuran diasumsi ideal, sehingga memenuhi hukum Raoult dan Dalton x i P i o =y i P t Saat pengembunan x A +x B + x C =1 y A P t P A o + y B P t P B o + y C P t P C o =1

Contoh-contoh simulasi

Embed Size (px)

DESCRIPTION

simulasi

Citation preview

Page 1: Contoh-contoh simulasi

CONTOH-CONTOH SIMULASI DALAM TEKNIK KIMIA

Contoh 1

Suatu campuran uap terdiri atas benzene (A), toluene (B), dan ortho-xylene (C) didinginkan pada tekanan tetap Pt = 76 cmHg. Pada suhu berapa pengembunan terjadi?

Komposisi uap dalam fraksi mol :

y A = 0,4

yB = 0,3

yC = 0,3

Harga tekanan uap murni masing-masing komponen, Pio (cmHg) dan T(K)

PAo =exp(14,95−3764

T )PB

o =exp(16,07−4497T )

PCo =exp(16,27−4934

T )Penyelesaian

Campuran diasumsi ideal, sehingga memenuhi hukum Raoult dan Dalton

x i Pio= y i P t

Saat pengembunan

x A+xB+xC=1

y A Pt

PAo +

y B P t

PBo +

yC Pt

PCo =1

Karena persamaan tergantung pada T, maka

f (T )=y A Pt

P Ao +

yB Pt

PBo +

yC Pt

PCo −1

Digunakan metode Newton-Rhapson untuk mencari T, sehingga f (T) = 0

Page 2: Contoh-contoh simulasi

x i=x0−f (x0)f ' (x0)

Sehingga

T i=T 0−f (T 0)f '(T 0)

f ' (T )= ddT [ 0,4(76)

exp(14,95−3764T )

+0,3(76)

exp(16,07−4497T )

+0,3 (76)

exp(16,27−4934T )

−1]T 0=300 K

Dengan iterasi dan diambil error ≤ 0,01% diperoleh Tdew = 390,2252 K

T f (T) f '(T) εA

300,0000 36,6971 -1,9933318,4101 14,0970 -0,7053 5,7819338,3966 5,2845 -0,2586 5,9062358,8298 1,8494 -0,1037 5,6944376,6562 0,5375 -0,0506 4,7328387,2829 0,0948 -0,0340 2,7439390,0737 0,0046 -0,0307 0,7155390,2248 0,0000 -0,0305 0,0387390,2252 0,0000 -0,0305 0,0001

Contoh 2

Suatu reaksi eksotermis fasa uap berlangsung dalam reaktor adiabatis. Umpan berjumlah F0 = gmol/jam, temperatur TF, mempunyai komposisi 25% A dan 75% B. Tekanan sepanjang reaktor diasumsi teteap P atm. Tentukan konversi A pada kesetimbangan (xeq). Reaksi yang terjadi

A+2 B⇄C

K p=pC

pA pB2

K p=A exp(BT )

A = 8 x 10-6 atm

B = 4500 K

∆ H R0=−20000 cal/gmol

Page 3: Contoh-contoh simulasi

CpA = 7 cal/mol.K

CpB = 8 cal/mol.K

CpC = 12 cal/mol.K

TF = 400 K

T ref = 298 K

Penyelesaian

F A0= y A 0 F0=0,25 F0

FB0= yB0 F0=0,75 F0

Pada saat setimbang

F A=0,25F0(1−xeq)

FB=0,75F0−0,5 F0 xeq

FC=0,25 F0 xeq

pA=0,25(1−xeq)

1−0,5 xeq

P

pB=0,75−0,5 xeq

1−0,5 xeq

P

pC=0,25 xeq

1−0,5 xeq

P

Maka

8 x10−6 exp( 4500T )=

0,25 xeq

1−0,5 xeq

P

( 0,25(1−xeq)1−0,5 xeq

P)( 0,75−0,5 xeq

1−0,5 xeq

P)2

Dari neraca panas

[ Panas Masuk ]− [ Panas Keluar ]+ [ Panas Reaksi ]=0

Fcp (T 0−Tref )−Fcp (T−Tref )+∆ HRC A 00 x=0Type equation here .

Page 4: Contoh-contoh simulasi

Contoh 3

Reaktor plug-flow beroperasi adiabatis digunakan untuk reaksi fasa cair A → Produk . Reaksi adalah reaksi orde dua eksotermis. Perubahan entalpi, ∆ H R tetap. Hubungan konstanta laju reaksi (k) terhadap temperatur (T)

mengikuti hubungan Arrhenius

k=A exp(−ERT )

Tentukan berapa temperatur umpan reaktor T0 sehingga konversi keluaran reaktor adalah xout = 0,8

Diketahui : Volumetrik flow umpan F0 = 200 l/menit: CA0 = 5 gmol/l; ρ = 1,1 kg/l; Cp = 0,8 kkal/(kg.K); A = 3,12 x 108 l/(gmol.men); E = 18600

kal/gmol; ∆ H R = -15 kkal/(gmol); R = 1,987 kal/(gmol.K); volume reaktor,

V = 8000 l.

Penyelesaian

Dengan mengabaikan pengaruh difusi maka

Molar flow A masuk pada z = F C A

Molar flow A keluar pada z + dz = F C A+∂

∂ z( F C A dz )

Laju konsumsi A dalam reaktor = −k C A2 Adz

Laju perubahan A terhadap waktu di dalam reaktor = ∂∂ t

( CA Adz )

Kombinasi neraca mol A menghasilkan

F C A−[F C A+∂

∂ z( F CA dz )]−kC A

2 Adz= ∂∂ t

(C A Adz )

−∂∂ z

( F CA dz )−k C A2 Adz= ∂

∂ t(CA Adz )

Untuk kondisi steady-state

−ddz

( F C A dz )−k CA2 Adz=0

Fd (C A )=−k C A2 dV

Integrasikan diperoleh

Page 5: Contoh-contoh simulasi

V= FkC A 0

∫0

xout

dx

(1−x )2

Dengan menurunkan neraca panas diperoleh

T=T 0−CA 0 ∆ H R

ρ C p

x

Dengan simpson’s rule diperoleh

∫0

xout

dx

(1−x )2

Dengan memasukkan hubungan Arrhenius diperoleh

V= F

A exp(−ERT )C

A 0

∫0

xout

dx

(1−x )2

Karena volume reaktor 8000 l, dan substitusi neraca panas

f (T 0 )= F

A exp (−ERT )C

A 0

∫0

xout

dx

(1−x )2−8000

Lakukan iterasi dengan memasukkan harga T0 awal = 300 K, dengan sasaran f(To) = 0, dan error ≤ 0,01%

Neraca energi

Fcp (T 0−Tref )−Fcp (T−Tref )+V ∆ H RC A00 x=0