Pakai Reaksi Kimia

TUGAS ATK 2 NERACA MASSA DENGAN REAKSI KIMIA KELOMPOK 2 1. ARINI PUSPITA R 2. DWI YUNI ERNAWATI 3. KHAIRUL AMRU NST 4. YAUMIL MUTIA AKHIR

SOAL NO. 1 Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, ammonia dan oksigen, seperti reaksi : C3H6 + NH3 +1,5 O2 C3H3N + 3 H2O Umpam reactor berisi 15% propilen, 7% ammonia, dan 78% udara. Tentukan : a. Limiting reaktan b. % excess reaktan c. Jika konversi limiting reaktan hanya 30%, berapa rasio (mol akrilonitril/mol NH3 umpan) d. Komposisi di arus keluar reactor

Jawaban 

C3H6 + NH3 +1,5 O2

Komponen

C3H3N + 3 H2O

F

P

C3H6 15% NH3 7% Udara(78%) : O2 = 21% x 78= 16,38%

N2 = 79% x 78= 61,62%

C3H6 + NH3 +1,5 O2

m: r: s:

15 7 8

7 7 -

16,38 10,5 5,88

C3H3N + 3 H2O

7 7

7 7

Komposisi C3H6 NH2 O2 C3H3N H2O N2

a. Limiting reaktan : NH3+ Karena NH3 yg tidak bersisa ataupunyang habis bereaksi. b. % excess C3H6 = (8/7) . 100% = 114,3% % excess O2 = (5,88/10,5) . 100% = 56% Konversi NH3 = x 100% 0,3

= mol NH3 yang bereaksi/7 x 100% Mol NH3 yang bereaksi = 2,1 mol

C3H6 + NH3 + 1,5 O2

C 3H 3N + 3 H 2O

Komponen

Umpan

Reaksi

Produk

C3H6

15

2,1

12,9

NH3

7

2,1

4,9

O2

16,38

3,15

13,23

N2

61,62

0

61,62

C3H3N

0

2,1

2,1

H2O

0

6,3

6,3

total

100

15,75

101,05

Jadi rasio = mol akrilonitril bereaksi/NH3 um = 2,1/7 = 0,3 Komposisi arus di P Komponen C3H6

Produk

Komposisi

12,9

(12,9/101,05) . 100% = 12,76%

NH3

4,9

4,8%

O2

13,23

13,09%

C3H3N

2,1

2,07%

H2O

6,3

6,2%

N2

61,62

60,9%

Total

P = 101,05

100%

SOAL NO. 2 Metan dibakar dengan oksigen sehingga menghasilkan CO2 dan H2O. Seratus lima puluh Kgmol/jam umpan yang terdiri atas 20% CH4, 60% O2 dan 20% CO2 diumpankan ke reactor. Konversi limiting reaktan hanya 90%. Tentukan : A. Komposisi (dalam mol dan Kg) gas keluar reactor. B. Excess reaktan

Jawaban CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O

CO2= 20 % O2 = 60% CH4 = 20%

CO2 O2 CH4 H 2O

a. Neraca massa dengan reaksi kimia Komponen

Umpan

Reaksi

Sisa

CH4

20

20

0

O2

60

40

20

Konversi limiting reaktan hanya 90% Konversi CH4 = x 100% Mol CH4 yang bereaksi =0,9 x 20 = 18 mol. Maka kita bisa menentukan berapa yang bereaksi dan yang sisa. Komponen

Umpan

Bereaksi

Sisa

CH4

20

18

2

O2

60

36

24

20

18

2

H2O

0

36

36

Total

100

108

64

CH4

Dari sisa diatas dapat kita tentukan komposisi keluar sebagai tabel berikut ini. Komponen

Produk

Komposisi

CH4

2

3,125%

O2

24

37,5%

2

3,125%

36

56,25%

CH4 H2O

b. excess reaktan (O2) excess reaktan= % O2 = x100% =50%

x 100%

SOAL NO. 3 Suatu converter digunakan untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3. Umpan reactor terdiri atas 12% SO2, 8% O2, dan 80% N2. Jika konversi SO2 95%, tentukan komposisi gas hasil converter. JAWAB : SO2 + ½ O2 SO3 F2 = 100 SO2 = 12 mol O2 = 8 m0l N2 = 80 mol

P SO2 = …? O2 =….? N2 =…? SO3 =….?

Konversi SO2 = 95% Konversi = jumlah mol SO2 yang bereaksi/jumlah mol SO2 yang di umpankan 0,95 = jumlah mol SO2 yang bereaksi/12 Jumlah mol SO2 yang bereaksi = 11,4 mol SO2 + ½ O2 SO3 m : 12 8 r: 11,4 5,7 11,4 s: 0,6 2,3 11,4 komposisi arus di P Komponen

Umpan (g mol)

Reaksi (g mol)

Produk (g mol)

Komposisi (%)

SO2

12

11,4

0,6

(0,6/94,3) . 100% = 0,64%

O2

8

5,7

2,3

(2,3/94,3) . 100% = 2,44%

N2

80

0

80

(80/94,3) . 100% = 84,84%

SO3

0

11,4

11,4

(11,4/94,3) . 100% = 12,09%

Total

100

28,5

94,3

100%

SOAL NO. 4 Suatu converter digunakan untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3. Umpan reactor terdiri atas 12% SO2, 8% O2 dan 80% N2. Jika konversi SO2 hanya 95% dan diinginkan SO3 yang dihasilkan 100 mol/jam, tentukan a. Kecepatan gas umpan b.Komposisi gas hasil converter Jawab : SO2 + ½ O2 SO3

F1 SO2 = 12% O2 = 8% N2 = 95%

Konversi = 95%

SO3 = 100 mol/jam SO2 = O2 = N2 =

SO2 + ½ O2 SO3 m: A B r : 100 50 100 s : A – 100 B – 50 100 Konversi = mol SO2 yang bereaksi/mol SO2 yang diumpankan 0,95 = 100/mol SO2 yang diumpankan Mol SO2 yang diumpankan = 105,26 mol/jam SO2 . 12% = 105,26 12/100 . F = 105,26 F = 877,16 mol/jam Komposisi keluar SO3 = 100 mol/jam SO2 = 5,26 mol/jam O2 = 2,63 mol/jam N2 = 80% . 877,16 = 701,728 mol/jam

SOAL NO. 5 Pada produksi vinil klorid, dikloroetan dipirolisis dalam reactor, dengan reaksi : C2H4Cl C2H3Cl + HCl Agar pirolisis ini tidak menghasilkan karbon, maka konversi di batasi 50%. Jika diinginkan memproduksi 5000 kg/jam vinilklorid.Tentukan : 1)Dikloroetan yang di butuhkan 2)Komposisi gas keluar reactor JAWAB : a.Diagram alir

C2H4Cl C2H3Cl

HClC2 H4Cl

b.Analisa Neraca Massa 1) Dikloroetan yang di butuhkan Konversi satuan kg ke kmol n= gr/Mr n= =80 kmol/jam Konversi= 50%=80 kmol//umpan Umpan=80 kmol/o,5 =160 kmol Komponen

Umpan

Bereaksi

Sisa

C2H4Cl

160

80

80

C2H3Cl

-

80

80

HCl

-

80

80

total

160

240

240

Butuh C2H4Cl sebanyak 160 kmol/jam (umpan) Merubah ke kg/jam =160 kg/kmol x 63,5 kmol/jam =10160 kg/jam 2) Komposisi gas keluar reactor C2H4Cl

x 100

33,33 %

C2H3Cl

x 100

33,33 %

HCl

x 100

33,33 %

SOAL NO.6 Sintesa ammonia mengikuti reaksi sebagai berikut : N2 + 3 H2 2 NH3 Suatu pabrik mengumpankan 4202 lb ammonia dan 1046 lb hydrogen ke dalam reactor setiap jam, diproduksi ammonia murni 3060 lb/jam. Tentukan : A. Limiting reaktan B. % excess reaktan C. Konversi JAWAB : N2 + 3 H2 2 NH3 REAKTOR

N2=4202 lb H2=1046 lb

N2=..? H2=..? NH3=3060 lb/jam

Note ; 1 lb=0,45359 kg N2=4202 lb= 1905,98 kg H2=1046 lb=474,45 kg NH3=3060 lb/jam=1387,98 kg/jam Dengan basis 1 jam dihasilkan mol (mol=m/mr) sebagai berikut. mol N2 =0,45359/28=68,07 kmol mol H2 =1905,98/2=237,225 kmol mol NH3=1387,98/17=81,64 kmol Komponen

Umpan

Bereaksi

Sisa

N2

68,07

68,07

-

H2

237,225

204,21

33,015

NH3

-

136,14

136,14

Limiting reaktan N2 karena habis bereaksi. % excess reaktan H2 karena masih bersisa. % H2 =mol H2 berlebih/mol H2 bereaksi x100% =33,015/204,21x100% =16,17% Konversi Mol N2 bereaksi =1/2 x81,64 =40,82 kmol Konversi = = x100% =59,97%

SOAL NO. 7 Gypsum (plaster paris : (CaSO4 . 2 H2O) diproduksi dengan mereaksikan CaCO3 dengan asam sulfat. Batu kapur digunakan sebagai sumber CaCO3. Batu kapur mempunyai komposisi : CaCO3 96,89%, MgCO3 1,41% dan inert 1,70%. Sedangkan asam sulfat yang digunakan larutan asam sulfat 98%. Jika 5 ton batu kapur bereaksi sempurna, tentukan : A.Kg gypsum yang dihasilkan B. Kg H2SO4 yang dibutuhkan C. Kg CO2 yang di hasilkan

H2SO4=98% CaCO3=96,86% (CaSO4 . 2H2O) MgCO3=1,41% CaCO3 Inert =1,7% MgCO3 H2SO4 CO2 Inert

Dik : mCaCO3=5000 kg Umpan CaCO3 mula-mula n=massa/BM=0,9689(5000)/100=48,445 kmol 2CaCO3 + 2H2SO4  2(CaSO4 . 2 H2O) +2 CO2

Komponen

Umpan

Bereaksi

Sisa

CaCO3 H2SO4 CaSO4 . 2 H2O

48,445 48,445 -

48,445 48,445 48,445 48,445

48,445 48,445

CO2

a.Massa Gypsum yang dihasilkan adalah  n=m/Mr m=n x Mr =48,445 x 172=8332,54 kg

b.massa H2SO4 yang dibutuhkan adalah  m=n x Mr=4748,59 kg c. massa CO2 yang dihasilkan adalah  m=n x Mr =48,445 x44 =2132,02 kg

SOAL NO. 8 5 lb bismuth (BM = 209) dipanaskan bersama 1 lb sulfur BiS3. Pada akhir reaksi massa hasil masih mengandung sulfur adalah 5% dari total hasil. Tentukan : A. Limiting reaktan B. % excess reaktan C. % konversi JAWAB : Bi + 0,75 S2 0,5 Bi2Si3

Bi=5 lb=2267,9 gr S2=7 lb=453,6 gr

Bi2Si3=..?

Mol Bi=m/Mr=2267,9/209=10,85 mol  Mol S2=453,6 gr/64=7,0875 mol  Neraca massa total (NMT)  P=F1 + F2  =268 gr +453,6 gr  =2721,6 gr  Di akhir reaksi terbentuk S 5% dari total produk yang dihasilkan.  S2 =2721,6 gr x 5%  =136,08 gr  maka mol sulfur (S2)  m/Mr =136,08 gr/64=2,12625 gr yang bereaksi  453,6gr -136,08=317,52 gr 

Komponen

  

Umpan

Bereaksi

Mol S2 =317,52 gr/64=4,961 mol Bi yang bereaksi =1/0,75 x 4,96=6,615 mol Bi2Si3=0,5/0,75 x 4,96 =3,3075 mol

Sisa

a.Limiting reaktan Bi + 0,75 S2 0,5 Bi2Si3 Komponen

Umpan

Bereaksi

Sisa

Bi

10,85

6,613

4,237

S2

7,088

4,96

2,7275

Bi2Si3

-

3,307

3,307

Jadi sisa yang paling sedikit adalah S2 b.% excess reaktan % Bi =mol Bi berlebih/mol Bi bereaksi x100% =4,237/6,613x100% =64,07% c.Konversi Konversi= = x100% =60,95%

SOAL NO. 9 Berapa gram kromat sulfit yang akan dibentuk dari 0,718 gram kromat oksit sesuai reaksi : 2 Cr2O3 + 3 CS2 2 Cr2S3 + 3 CO2 JAWAB : Cr2O3 REAKTOR CS2 Mol Cr2O3 =m/Mr=0,78ngr/152 =4,72 x 10-3 mol

Mol Cr2S3 = x mol diketahui = x 4,72 x 10-3 =4,72 x 10-3 mol

Cr2S3 CO2

Massa Cr2S3=n x Mr =4,72 x 10-3 mol x 200 gr/mol =0,94 gr

SOAL NO. 10 Batu barit berisi 100% BaSO4. Barit direaksikan dengan karbon dalam bentuk coke yang berisi 6% abu. Komposisi hasil : BaSO4 = 11,1%, BaS = 72,8%, C = 13,9% dan abu 2,2%. Reaksi : BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO A. Tentukan : a.excess reaktan, b.persen excess, c.konversi. JAWAB : CO2 sebagai P2 C dan BaSO4 =F

P2 

BaSO4=11,1% BaS=72,8% C1=3,9% Abu=2,2%

BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO Dengan menggunakan basis 100 gr BaSO4

11,1%

11,1 gr

m/Mr=0,047

C

13,9%

13,9 gr

m/Mr=1,15

BaS

72,8%

72,8 gr

m/Mr=0,43

CO

2,2%

2,2 gr

m/Mr=0,078

Sehingga ; BaSO4 + 4 C

BaS + 4 CO

Komponen

Umpan

Bereaksi

Sisa

BaSO4

0,477

0,43

0,047

C

2,87

1,72

1,15

BaS

-

0,43

0,43

CO

-

1,72

1,72

a.excess reaktan, C=1,15 b.persen excess, C% =mol Cberlebih/mol Cbereaksi x100 =1,15/1,72 =66,86% c.konversi. dengan limiting reaktan BaSO4 maka Konversi= =0,43/0,477 x 100 =90,14 %

SOAL NO. 11 Korosi pipa dalam boiler oleh dapat dikurangi dengan menggunakan natrium sulfit. Natrium sulfit menghilangkan oksigen dari air masukan boiler melalui reaksi berikut ini : 2Na2SO3 + O2 2 Na2SO4 Berapa pon Natrium sulfit yang dibutuhkan secara teoritis (untuk reaksi sempurna) untuk menghilangkan oksigen dari 8.300.000 pon air (10^6 gal) yang mengandung 10 ppm oksigen terlarut dan pada waktu yang sama menjaga 35% kelebihan Natrium Sulfit.

F = 100 ml CH3COOH 0,5M 100 ml = 0,1 L Mol F = Molar . V = 0,5 M . 0,1 L = 0,05 mol Mol P = Molar . V = 0,4 M . 0,1 L = 0,04 mol

P = 100 ml CH3COOH 0,4 M

Jadi, mol CH3COOH yang terjerap : 0,05 mol – 0,04 mol = 0,01 mol Mol CH3COOH terjerap/gr arang aktif : 0,01 mol/50 gr = 0,0002 mol/gr

SOAL NO. 12 Diketahui batu kapur mempunyai susunan : CaCO3 = 92,89% , MgCO3 = 5,41% dan impurities 1,70%. Dilakukan proses pembakaran terhadap batu kapur tersebut melalui reaksi :  CaCO3 CaO + CO2  MgCO3 MgO + CO2  Berapa Lb CaO yang dapat dibuat dari 5 ton batu kapur dan berapa Lb CO2 yang dihasilkan per Lb batu kapur 

JAWAB F = 5 ton CaCO3 92,89% MgCO3 5,41 % Impirities 1,7 %

O2 reaktor

P=? CaO MgO CO2 CaCO3

MgCO3 Impurities

Basis 5 ton = 5000 kg Mr MgCO3 = 100 gram/mol Mr CaO = 56 gram/mol CaCO3 CaO + CO2 m CaCO3 = 92,89% x 5000 kg = 4644,5kg = 4,6445 x 106 gr n CaCO3 = 4,6445 x 106 gr x m CaO = mol CaO x Mr CaO = 46445mol x 56 gr/mol = 2600920 gr (faktok konversi: 1 gr = 0,0022 lb) = 2600920 x 0,0022 = 5734 lb m1 CO2 = n CO2 x Mr CO2 = 46445 mol x 44 gr/mol = 2043580 gr = 2043580 x 0,0022 lb/gr = 4495,876 lb Basis 5 ton= 5000 kg Mr MgCO3 = 84 gr/mol Mr MgO = 40 gr/mol MgCO3 MgO + CO2 m MgCO3 = 5,41% x 5000 kg = 270,5 kg = 2,705 x 106 gr n MgCO3 = 2,705 x 106 /84 = 3220,238 mol m MgO

= mol MgO x Mr MgO = 3220,238 mol x 40 gr/mol = 128809,52 gr

MgCO3 MgO + CO2 m MgCO3 = 5,41% x 5000 kg = 270,5 kg = 2,705 x 106 gr n MgCO3 = 2,705 x 106 /84 = 3220,238 mol m MgO = mol MgO x Mr MgO = 3220,238 mol x 40 gr/mol = 128809,52 gr = 128809,52 gr x 0,0022 lb/gr = 283,38 lb

M2 CO2 = n CO2 x Mr CO2 = 3220,238 mol x 44 gr/mol = 141690,472 gr = 311,719 lb Lb CO2 yang di hasilkan per lb batu kapur Lb CO2 total m CO2 total = m1 CO2 + m2 CO2 = 4495,876 lb + 311,719 lb = 4807,595 lb

SOAL NO 13 Bahan-bahan bakar untuk kenderaan bermotor selain bensin sedang dipertimbangkan karena bahan-bahan tersebut menimbulkan tingkat polutan yang lebih rendah daripada bensin. Propan mampat telah diusulkan sebagai sumber daya yang ekonomis untuk kenderaan. Andaikan bahwa dalam sebuah tes 20 kg C3H8 dibakar dengan 400 kg udara untuk menghasilkan 44 kg CO2 dan 12 kg CO. Berapa persen kelebihan udara.

JAWAB : 20 kg C3H8 400 kg udara: -21% O2 -79% N2

C3H8 CO2 44 kg CO 12 kg O2 N2

Reaksi yang terjadi : Umpan Bereaks i Sisa

C3H8

+ 5O2

333,33

1666,67



3CO2

+ 4H2O

1000

1333,33

1000

1333,33

Reaksi Samping : C3H8 Umpan Bereaksi 142,857 Sisa

+ 7/2 O2 500



3 CO 428,57 428,57

+ 4H2O 571,42 571,42

Jumlah total C3H8 yang bereaksi = 333,33 + 142,857 = 475,187 mol Sisa C3H8 = mol umpan – mol yang bereaksi = 454,54 – 476,187 = 21,64 mol Jadi pada reaksi ini kita membutuhkan tambahan 21,64 mol C3H8 Jumlah total O2 yang bereaksi = 1666,67 + 500 = 2166,67 % kelebihan O2 = = =21,15 %

Jadi, % kelebihan O2 adalah 21,15 % dengan kekurangan C3H8 umpan sebanyak 21,64 mol (952,16 gram)