Soal 1 : Neraca Massa dengan reaksi
Acrylonitrile diproduksi dari reaksi propilen, amoniak, dan oksigen sebagai berikut:
Umpan mengandung 10% mol propilen, 12% amoniak, dan 78% udara. Konversi untuk reaktan pembatas adalah sebesar 30%. Dengan menggunakan 100 mol umpan sebagai basis perhitungan, tentukan siapakah reaktan pembatasnya dan berapa mol masing-masing produk yang dihasilkan dari 30% konversi reaktan pembatas tersebut.
JAWABAN
Dalam 100 mol umpan, terdapat 10 mol propilene, 12 mol amoniak, dan 78 mol udara.
Udara terdiri dari 79% Nitrogen dan 21% Oxygen. Sehingga, mol Nitrogen dan mol Oxygen secara berturut-turut adalah 61,6 mol dan 16,4 mol.
Sehingga, dalam 100 mol umpan, terdapat 10 mol propilene, 12 mol amoniak, dan 16,4 mol Oxygen (sisanya Nitrogen)
Untuk menentukan reaktan pembatas, mol masing-masing reaktan dapat kita bagi dengan koefisiennya dalam reaksi. Reaktan yang memberikan nilai paling kecil adalah merupakan reaktan pembatas.
Dapat dilihat bahwa Propilene (C3H6) merupakan reaktan pembatas. Sehingga, nilai konversi sebesar 30% yang diketahui disoal adalah konvesi C3H6.
Diagram permasalahan soal ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini
Dapat dilihat bahwa C3H6, NH3, dan O2 pada aliran produk dikurangi dengan r karena ketiga reaktan tersebut akan berkurang karena reaksi. Dapat dilihat pula bahwa nilai r perlu dikali dengan koefisiennya pada reaksi
Disisi lain, C3H3N dan H2O pada aliran produk memiliki nilai r yang positif karena jumlahnya bertambah dengan berjalannya reaksi (produk reaksi)
Berbeda dengan yang lainnya, N2, yang tidak terlibat dalam reaksi memiliki nilai yang sama baik pada umpan maupun pada produk.
Berikutnya, untuk menghitung nilai masing2 komponen pada aliran produk, perlu ditentukan terlebih dahulu nilai "r" yang bisa kita dapatkan dari "konversi reaktan pembatas". Kita sudah menentukan bahwa reaktan pembatasnya adalah C3H6, sehingga nilai r = 30% x 10 mol = 3 mol.
Sehingga masing-masing komponen dalam aliran produk dapat dihitung sebagai berikut:
Untuk dapat menghitung laju alir mol H2, H2O, dan FeO perlu terlebih dahulu dihitung nilai r1 dan r2. Nilai r1 dapat dihitung dari Fe3O4 di aliran produk, dan nilai r2 didapat dari Fe pada aliran produk.
Dalam 100 mol umpan, terdapat 10 mol propilene, 12 mol amoniak, dan 78 mol udara.
Udara terdiri dari 79% Nitrogen dan 21% Oxygen. Sehingga, mol Nitrogen dan mol Oxygen secara berturut-turut adalah 61,6 mol dan 16,4 mol.
Sehingga, dalam 100 mol umpan, terdapat 10 mol propilene, 12 mol amoniak, dan 16,4 mol Oxygen (sisanya Nitrogen)
Untuk menentukan reaktan pembatas, mol masing-masing reaktan dapat kita bagi dengan koefisiennya dalam reaksi. Reaktan yang memberikan nilai paling kecil adalah merupakan reaktan pembatas.
Dapat dilihat bahwa Propilene (C3H6) merupakan reaktan pembatas. Sehingga, nilai konversi sebesar 30% yang diketahui disoal adalah konvesi C3H6.
Diagram permasalahan soal ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini
Dapat dilihat bahwa C3H6, NH3, dan O2 pada aliran produk dikurangi dengan r karena ketiga reaktan tersebut akan berkurang karena reaksi. Dapat dilihat pula bahwa nilai r perlu dikali dengan koefisiennya pada reaksi
Disisi lain, C3H3N dan H2O pada aliran produk memiliki nilai r yang positif karena jumlahnya bertambah dengan berjalannya reaksi (produk reaksi)
Berbeda dengan yang lainnya, N2, yang tidak terlibat dalam reaksi memiliki nilai yang sama baik pada umpan maupun pada produk.
Berikutnya, untuk menghitung nilai masing2 komponen pada aliran produk, perlu ditentukan terlebih dahulu nilai "r" yang bisa kita dapatkan dari "konversi reaktan pembatas". Kita sudah menentukan bahwa reaktan pembatasnya adalah C3H6, sehingga nilai r = 30% x 10 mol = 3 mol.
Sehingga masing-masing komponen dalam aliran produk dapat dihitung sebagai berikut:
Soal 2 : Neraca Massa dengan reaksi lebih dari satu
Reaksi-reaksi berikut terjadi selama proses reduksi bijih besi
Bila 4 mol/jam H2 dan 1 mol/jam Fe3O4 masuk kedalam reaktor dan dihasilkan 0,1 mol/jam Fe3O4 dan 2,5 mol/h Fe beserta produk lainnya, maka berapakah laju alir mol H2, H2O, dan FeO yang keluar reaktor?
Bila 4 mol/jam H2 dan 1 mol/jam Fe3O4 masuk kedalam reaktor dan dihasilkan 0,1 mol/jam Fe3O4 dan 2,5 mol/h Fe beserta produk lainnya, maka berapakah laju alir mol H2, H2O, dan FeO yang keluar reaktor?
JAWABAN
Diagram permasalahan soal ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini (Reaksi reduksi Fe3O4 dinotasikan sebagai reaksi 1, r1, dan reaksi reduksi FeO dinotasikan sebagai reaksi 2, r2)
Referensi:
[1] Elementary Principles of Chemical Processes, Felder and Rousseau
[2] Introduction to Material & Energy Balance, G.V. Reklaitis
