Upload
hendra-leosu
View
18
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
simulasi
Citation preview
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
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
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 .
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
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