Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
-
Upload
arfienojefryk -
Category
Documents
-
view
322 -
download
11
Transcript of Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 1/32
LAPORAN TUGAS BESAR
MATA KULIAH MODEL DAN KOMPUTASI PROSES
Perancangan dan Simulasi Reaktor CSTR Non Adiabatis Untuk
Reaksi Dehidrogenasi Isopropanol Menjadi Aseton Menggunakan
Program Scilab 5.1.1.
Disusun oleh :
1. Annizah Rahmatya Gerhana NIM 2103013120076
2. Bastian Widodo NIM 2103013120083
JURUSAN TEKNIK KIMIAFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG2015
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 2/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses ii
HALAMAN PENGESAHAN
LAPORANTUGAS BESAR MATA KULIAH MODEL DAN
KOMPUTASI PROSES
Judul :Perancangan dan Simulasi Reaktor CSTR Non Adiabatis Untuk Reaksi
Dehidrogenasi Isopropanol Menjadi Aseton Menggunakan Program Scilab
5.1.1.
Nama/NIM : Annizah Rahmatya Gerhana /21030113120076
Nama/NIM : Bastian Widodo /21030113120083
Semarang, 18 Desember 2015
Telah Menyetujui
Asisten Pengampu
Cynthia Santoso
NIM. 21030112130134
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 3/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa berkat rahmat dan
hidayahnya sehingga kami dapat menyelesaikan Laporan Tugas Besar Mata Kuliah Model
dan Komputasi Proses dengan judul “Perancangan Dan Simulasi Reaktor CSTR Non
Adiabatis Untuk Reaksi Dehidrogenasi Isopropanol Menjadi Aseton Menggunakan Program
Scilab 5.1.1.”.
Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak, maka
laporan ini tidak akanterselesaikan. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
mengucapkan terimakasih kepada :
1. BapakDr. Ir. Setia Budi Sasongko dan Luqman Buchori, S.T., M.T. selaku dosen
mata kuliah Model dan Komputasi Proses.
2. M. Barin Elyasa selaku koordinator asisten Laboratorium Komputasi Proses.
3. Cynthia Santoso selaku asisten pembimbing.
4. Segenap teman-teman yang telah memberikan dukungan baik materil maupun
spiritual.
Penulis berharap laporanini dapat bermanfaat dan menambah wawasan bagi segenap
pembaca umumnya.Penulis menyadari bahwa laporanini masih jauh dari sempurna, olehkarena itu kritik dan saran dari berbagai pihak sangat diharapkan untuk menuju
kesempurnaan laporanini.
Semarang, November 2015
Penulis
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 4/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses iv
DAFTAR ISI
HALAMANJUDUL ………………….……………………………………………………...i
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................................................. ii
KATA PENGANTAR ............................................................................................................. iii
DAFTAR ISI ............................................................................................................................ iv
DAFTAR TABEL ..................................................................................................................... v
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................................... vi
INTISARI ................................................................................................................................ vii
BAB IPENDAHULUAN .......................................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................................. 11.2 Rumusan Masalah ............................................................................................................. 2
1.3 Tujuan ............................................................................................................................... 2
1.4 Manfaat ............................................................................................................................. 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................................. 3
2.1 Dasar Teori........................................................................................................................ 3
2.2. Studi Kasus Pembuatan Aseton dari Dehidrogenasi Isopropanol.................................... 6
BAB III METODE PENYELESAIAN ................................................................................. 11
3.1 Permodelan ..................................................................................................................... 11
3.2 Algoritma Penyelesaian .................................................................................................. 12
3.3 Logika Pemrograman ...................................................................................................... 16
3.4 Bahasa Pemrograman...................................................................................................... 17
BAB IV HASIL SIMULASI DAN ANALISA ...................................................................... 19
4.1Hasil Simulasi .................................................................................................................. 19
4.2Analisa Hasil .................................................................................................................... 21
BAB V PENUTUP .................................................................................................................. 245.1Kesimpulan ...................................................................................................................... 24
5.2Saran ................................................................................................................................ 24
DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................. 25
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 5/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses v
DAFTAR TABEL
Tabel 3. 1 Persamaan stoikiometri ........................................................................................... 13
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 6/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Tiga jenis reaktor ideal: (a) reaktor BR, (b) reaktor PFR, (c) reaktor CSTR 6
Gambar 3. 1 Pemodelan reactor CSTR dengan jaket pendingin 11
Gambar 3. 2 Logika pemograman..........................................................................................16
Gambar 4. 1 Deklarasi console scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan volume 19
Gambar 4. 2 Deklarasi console Scilab 5.1.1 grafik hubungan konversi dengan volume.......19
Gambar 4. 3 Deklarasi console Scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan suhu......................20
Gambar 4. 4 Deklarasi Console Scilab Grafik Hubungan Konversi dengan Suhu................20
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 7/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses vii
INTISARI
Dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah suatu bejana tempat berlangsungnya reaksi
kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak variabel yang dapat dipelajari di
teknik kimia. Sarjana teknik kimia diharapkan memiliki kualitas dalam konsepsi dan perancangan proses kimia untuk tujuan produksi, transformasi dan penanganan material,
memiliki wawasan ilmu yang luas sehingga mampu mengembangkan sumberdaya alam baik
fosil (minyak bumi, gas bumi, batubara) maupun non-fosil, menjadi komoditi yang bernilai
tambah tinggi.
Dalam perancangan reaktor harus menentukan ukuran reaktor, tipe reaktor dan
metode operasi paling tepat untuk menghasilkan kinerja reaktor terbaik.Selain itu juga
dibutuhkan bentuk matematis yang dapat mendiskripsikan reaksi yang terjadi didalam
reaktor.Salah satunya adalah persamaan laju reaksi, dari integral persamaan tersebut
dapat diketahui waktu tinggal didalam reaktor. Berdasarkan uraian diatas, akan dilakukan
perancangan dan simulasi reaktor tangki alir berpengaduk atau juga sering disebut CSTR
pada kondisi non adiabatis untuk reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton yangreaksinya bersifat endotermis dan irreversible. Perancangan dan simulasi disebut dilakukan
menggunakan program Scilab 5.1.1.
Jenis reactor ideal ada tiga diantaranya Batch Reactor, Plug Flow Reaktor dan
Continous Stirred Reactor. Klasifikasi jenis reaksi dibagi menjadi reaksi irreversible dan
reversible, reaksi endothermis dan eksothermis, reaksi monomolekuler dan bimolekuler,
reaksi adiabatic dan non adiabatic. Berdasar reaksi sampingnya dibagi menjadi reaksi seri
dan reaksi parallel. Reaksi yang digunakan adalah reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi
acetone. Diperoleh ∆H = +54.89 kJ/mol sehingga reaksi merupakan reaksi endotermis. Nilai
K atau konversi keseimbangan lebih dari 1 maka reaksi irreversible.
Simulasi dilakukan dengan memperhitungkan neraca massa dari reactor CSTR,
stoikiometri, dan neraca energy CSTR. Algoritma yang telah diperoleh dikonversi menjadi
bahasa pemograman di Scilab 5.1.1 dengan menambah variable yang diinginkan adalah
konversi dengan range 0.5-0.95. Variabel yang dicari adalah hubungan konversi terhadap
volume reactor CSTR dan suhu dari reactor tersebut.
Hasil simulasi menunjukan bahwa untuk konversi yang lebih tinggi maka diperlukan
volume dan suhu yang lebih besar pada kondisi operasi dari reactor tersebut.
Sebagai saran, diperlukan simulasi dengan reactor jenis yang lain sehingga dapat
diperoleh hasil jenis reactor yang efisien dan optimal untuk digunakan dalam produksi
acetone dari isopropanol dengan proses dehidrogenasi.
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 8/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dalam teknik kimia, reaktor kimia adalah suatu bejana tempat
berlangsungnya reaksi kimia. Rancangan dari reaktor ini tergantung dari banyak
variabel yang dapat dipelajari di teknik kimia. Perancangan suatu reaktor kimia
harus mengutamakan efisiensi kinerja reaktor, sehingga didapatkan hasil produk
dibandingkan masukan (input) yang besar dengan biaya yang minimum, baik
itu biaya modal maupun operasi (Anggieta, 2014).. Perubahan energi dalam suatu
reaktor kimia bisa karena adanya suatu pemanasan atau pendinginan, penambahanatau pengurangan tekanan dan gaya gesekan.
Teknik Kimia adalah suatu cabang ilmu teknik/rekayasa yang mempelajari
pemrosesan barang mentah menjadi barang yang berguna secara ekonomis, dengan
langkah-langkah yang melibatkan peristiwa kimia, biologis dan /atau fisis
sehingga mengalami perubahan tingkat wujud, kandungan energi, atau komposisi
(HMTK AKPRIND, 2015). Sarjana teknik kimia diharapkan memiliki kualitas
dalam konsepsi dan perancangan proses kimia untuk tujuan produksi, transformasi
dan penanganan material, memiliki wawasan ilmu yang luas sehingga mampu
mengembangkan sumberdaya alam baik fosil (minyak bumi, gas bumi, batubara)
maupun non-fosil, menjadi komoditi yang bernilai tambah tinggi (Teknik Kimia
UI, 2011). Saat ini kebutuhan dunia akan Industri terus meningkat sehingga peran
sarjana Teknik Kimia dalam perancangan pabrik sangat dibutuhkan untuk
pembangunan berkelanjutan (sustainable development). Pabrik yang dirancang
dapat berupa pabrik kimia, bioproses, makanan, dan masih banyak lainnya namun
lebih fokus ke arah proses, baik meningkatkan kapasitas produksi maupun
memperbaiki proses yang ada (FTI ITB, 2015). Salah satu perancangan yang
dilakukan ialah perancangan reaktor.
Dalam perancangan reaktor harus menentukan ukuran reaktor, tipe
reaktor dan metode operasi paling tepat untuk menghasilkan kinerja reaktor
terbaik.Selain itu juga dibutuhkan bentuk matematis yang dapat
mendiskripsikan reaksi yang terjadi didalam reaktor.Salah satunya adalah
persamaan laju reaksi, dari integral persamaan tersebut dapat diketahui
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 9/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 2
waktutinggal didalam reaktor.Namun, hal ini tidak dapat memprediksi secara
keseluruhan kinerja reaktor.Temperatur dan komposisi fluida yang bereaksi
perubahannya sangat bervariasi dari titik ke titik dalam reaktor, tergantung
pada sifat reaksi yaitu endotermis atau eksotermis, ada tidaknya penambahan
atau penghilangan panas pada sistem, dan pola aliran fluida dalam
bejana.Beberapa uraian diatas, menunjukan bahwa banyak faktor yang
mempengaruhi kinerja reaktor.Perlakuan paling tepat pada faktor-faktor
tersebut merupakan masalah utama dalam perancangan reaktor (Levenspiel,
1999). Pada beberapa perancangan reaktor yang telah ada, perhitungan
berbagai macam data dilakukan dengan metode numerik secara manual.
Perhitungan tersebut merupakan masalah numerik yang kompleks. Sebagai
perbaikan metode yang telah ada, akan dilakukan perancangan dan simulasi
reaktor secara numerik menggunakan perangkat lunak yang disebut Scilab.
Perangkat lunak ini hampir menyerupai Matlab, sebagai sebuah program
interaktif untuk komputasi numerik dan visualisasi data (Sasongko, 2010).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas, akan dilakukan perancangan dan simulasi reaktor
tangki alir berpengaduk atau juga sering disebut CSTR pada kondisi non adiabatis
untuk reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton yang reaksinya bersifat
endotermis dan irreversible. Perancangan dan simulasi disebut dilakukan
menggunakan program Scilab 5.1.1.
1.3 Tujuan
1. Dapat mengoperasikan software Scilab 5.1.1 dengan benar
2. Dapat mensimulasikan dan menentukan profil hubungan konversi terhadap
volume3. Dapat mensimulasikan dan menentukan profil hubungan suhu terhadap
konversi
1.4 Manfaat
1. Mampu mengoperasikan software Scilab 5.1.1 dengan benar
2. Mampu mensimulasikan dan menentukan profil hubungan konversi terhadap
volume
3. Mampu mensimulasikan dan menentukan profil hubungan suhu terhadap
konversi.
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 10/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Jenis Reaktor
Ada berbagai jenis reaktor, hal yang paling mendasar dalam penggolongan
reactor adalah kondisi operasi dari reaksi yang diinginkan untuk dioperasikan.
Reaktor yang sering digunakan bias dibag imenjadi 3 jenis reactor utama
diantaranya Batch Reaktor (BR), Plug Flow Reaktor (PFR), dan Continuous Stirred
Tank Reaktor (CSTR).
Batch Reactor (BR)
Dalam BR, bahan baku atau reaktan dimasukkan semua pada awal
proses dalam container, kemudian dicampur dengan merata, dan dibiarkan
bereaksi pada jangka waktu tertentu. Setelah reaksi selesai, produk
dikeluarkan. Proses yang terjadi merupakan proses unsteady state atau tidak
tetap dimana komposisi berubah bergantung waktu, akan tetapi komposisi
saat berada dalam reactor tetap konstan(Levensiel, 1999).
Plug Flow Reactor (PFR)
Salah satu contoh jenis reactor alir steady ideal biasanya sering disebut
plug flow, slug flow, piston flow, ideal tubular, dan unmixed flow reaktor.
Secara umum, jenis reactor inidisebut PFR. Reaktor jenis ini ditandai dengan
adanya aliran fluida di dalam reactor tanpa adanya pencampuran dengan
pengadukan atau difusi dari satu senyawa dengan senyawa lain. Kondisi
yang perlu diperhatikan dalam PFR adalah waktu tinggal senyawadidalamnya (Levensiel, 1999).
Continous Stirred Tank Reactor (CSTR)
Mixed reaktor, backmixed reactor atau CSTR sesuai dengannamanya,
dalam reactor ini terdapat pengadukan yang mencampur dan membuat
campurannya homogen. Oleh karena itu produk yang keluar dari reactor ini
memiliki komposisi yang sama dengan fluida yang berada dalam reaktor.
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 11/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 4
Gambar 2.1 Tiga jenis reaktor ideal: (a) reaktor BR, (b) reaktor PFR, (c) reaktor CSTR
2.1.2 Reversibel - Irreversibel
Konstanta keseimbangan merupakan indicator dari arah suatu reaksi.Ada 2
jenis arah reaksi yaitu irreversible dan reversible. Reaksi irreversible adalah reaksi 1
arah dimana reaksi bergerak dari reaktan kearah produk sedangkan reaksi reversible
adalah reaksi 2 arah dimana reaksi dapat bergerak dari reaktan kearah produk.
Dalam reaksi reversible biasanya dipengaruhi oleh suhu, tekanan, dan komposisi
dari senyawa yang terlibat dalam reaksi (Smith, et al., 2001).
Dalam simulasi ini digunakan reaksi irreversible yaitu
(CH3)2CHOH(CH3)2CO + H2
Reaksi tersebut dikatakan irreversible karena memiliki harga konstanta
keseimbangan yang sangat besaryaitu 3.1x1023.
2.1.3 Eksotermis - Endotermis
Dalam sebuah reaksi ada yang disebut dengan reaksi endotermis atau reaksi
eksotermis. Hal tersebut ditinjau dari entalpi atau panas yang dihasilkan atau diserap
dalam sebuah reaksi. Reaksi endotermis adalah reaksi yang menyerap panas dari
lingkungan ke dalam reaksi, sedangkan reaksi eksotermis adalah reaksi yang
melepas panas dari reaksi ke lingkungan. Reaksi endotermis dan eksotermis dapat
dilihat darinilai ΔH-nya atau entalpinya. Jika positif maka reaksi endotermis, jika
negative maka reaksi eksotermis. Dalam reaksi yang disimulasikan merupakan
reaksi endotermis dimana proses reaksi membutuhkan panas atau dapat menyerap
panas dari lingkungan dengan nilai ΔH =+66.6 KJ/mol
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 12/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 5
2.1.4 Adiabatis – Non Adiabatis
Panas dapat dihasilkan atau diserap ke dalam sebuah reaksi. Panas tersebut
dilihat dari ΔQ atau kalor yang berpindah dalam sebuah reaksi. Dalam perancangan
reactor ada reaksi yang adiabatic dan non adiabatic. Adiabatic adalah reaksi dimana
terdapat perpindahan panas dari reaksi kelingkungan sekitar, sedangkan non
adiabatic adalah reaksi dimana tidak ada perpindahan panas dari reaksi ke
lingkungan (Smith, et al., 2001). Dalam simulasi kali ini dimaksudkan untuk
merancang reaktor yang non adiabatic.
2.1.5 Monomolekuler – Bimolekuler
Berdasarkan jumlah reaktannya, reaksi dibagi menjadi 2 yaitu reaksi
monomolekuler dan reaksi bimolekuler. Reaksi monomolekuler adalah reaksi dengan
1 jenis reaktan saja sedangkan reaksi bimolekuler adalah reaksi dengan jumlah jenis
reaktan 2 sesuai dengan namanya. Dalam simulasi kali ini digunakan reaksi
monomolecular yaitu isopropanol (CH3)2CHOH).
2.1.6 Seri – Parallel
Dalam sebuah reaksi hampir tidak mungkin ditemukan bahwa reaksi akan
bergerak kearah 1 produk saja namun akan terdapat reaksi samping atau produk
samping dari sebuah reaksi. Produk samping yang terbentuk dapat terjadi melalui
reaksi parallel atau reaksi seri. Reaksi parallel adalah reaksi dimana reaktan akan
bergerak ke 2 arah reaksi yang berbeda seperti
A B
A
CReaksi seri adalah reaksi dimana produk yang dihasilkan akan mengalami
reaksi lebih lanjut dan berubah menjadi produk lain (Fogler, 2004). Reaksi seri
digambarkan sebagai berikut
A B C
Dalam simulasi kali ini digunakan jenis reaksi parallel dimana reaktan
isopropanol bergerak kedua reaksi yang berbeda.
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 13/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 6
2.2. Studi Kasus Pembuatan Aseton dari Dehidrogenasi Isopropanol
2.2.1. Reaksi Pembuatan Aseton (CH3COCH3) dengan Isopropil Alkohol
((CH3)2COCH3).
Reaksi monomolekuler merupakan reaksi berlangsung dengan molekul
reaktan yang sama. Sebagai contoh adalah reaksi polimerisasi kondensasi,
dekomposisi, dan dehidrogenasi (cracking).
Reaksi paralel merupakan reaksi dimana suatu reaktan akan menghasilkan
produk yang berbeda, sehingga ada selektivitas reaktan untuk menghasilkan
produk yang satu terhadap yang lain.
Salah satu pembuatan aseton adalah dengan reaksi dehidrogenasi isopropyl
alkohol :
(CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)
Reaksi dekomposisi ini juga menimbulkan reaksi samping sebagai berikut:
(CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)
(Yuliani, 2014)
2.2.2. Tinjauan Termodinamika
Tinjauan secara termodinamika ditujukan untuk mengetahui sifat reaksi
(endotermis/eksotermis) dan arah reaksi (reversible / irreversible).
Reaksi utama: (CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)
∆H reaksi = ∆H produk - ∆H reaktan
= (∆Hof 298CH3COCH3(g) – (∆Hof 298(CH3)2CHOH(g))
=( -217.71+272.6) kJ/mol
= 54,89 kJ/mol
Dengan demikian reaksi yang berlangsung adalah reaksi endotermis yang
menghasilkan panas.Reaksi Samping : CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)
ΔHf (CH3)2CHOH(g) = -272.6 kJ/mol
ΔHf H2O(g) = -241,8 kJ/mol
ΔHf C3H6 (g) = 19.71 kJ/mol
ΔHf =ΔHf H2 + ΔHf CH3COCH3- ΔHf (CH3)2CHOH
= (-241.8+19.71+272.6) kJ/mole
= 50,51 kJ/mol
∆Go = ∆G
o produk - ∆G
o reaktan
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 14/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 7
= -153,15 + 173,5
= 20,35 kJ/mol
∆Go = -RT ln K
ln K = -∆Go / RT
= -20,35 kJ/kmol / (8,314 kJ/kmol K x 298 K)
= -8,21 x 10-3
= 0,00821
K = 0,991 reversible
Karena harga kosntanta kesetimbangan lebih besar dari 1, maka reaksi
berlangsung secara searah (irreversible).
Data Termodinamika lainnya adalah :
-Panas Spesifik :
= 140,67
= 798,144
= 28,83
= 64,78
= 33,52
-Perhitungan nilai Cp &∆
= 298
∆1 = 54.890 J/mol
∆2
= 50.490 J/mol
∆1 = + −
∆1 = 798,144 + 28,83 − 140,67 = 686,304
∆2 = + −
∆2 = 64,78 + 33,52 − 140,67 = −42,37
∆ = ∆1 + ∆2
∆= 686,304
−42,37 = 643,934
=1 = 2
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 15/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 8
=1 = 2 × 140,67 = 281,34
= 0 ()
2.2.3. Tinjauan Kinetika
Tinjauan secara kinetika dimaksudkan untuk mengetahui pengaruh
perubahan suhu terhadap kecepatan reaksi. Secara kinetika, reaksi pembentukan
asam asetat merupakan reaksi orde dua dengan persamaan kecepatan reaksi
sebagai berikut :
Reaksi utama: (CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)
Reaksi samping (CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)
Laju reaksi: -r A = k 1.CA+ k 2.CA
dimana :
CA = konsentrasi etilen
k 1 = konstanta kecepatan reaksi utama
k 2 = konstanta kecepatan reaksi samping
Menurut persamaan Arhenius :
k = A e-E/RT
Dalam hubungan ini :
k = konstanta kecepatan reaksi
A = factor frekuensi tumbukan
E/R = faktor energy aktivasi/tetapan gas ideal
T = temperature mutlak
Dari persamaan Arhenius, diketahui bahwa dengan bertambahnya suhu
reaksi maka akan memperbesar harga konstanta kecepata reaksi (k), yang berarti
mempercepat kecepatan reaksinya.
2.2.3. Kondisi Operasi
Reaksi pembentukan aseton dengan proses degidrogenasi senyawa isopropanol
dengan kondisi operasi:
Suhu operasi: 350oC atau 623 K (Yuliani, 2014).
Reaksinya monomolekuler, parallel, bersifat endotermis dan irreversible.
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 16/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 9
Reaktor beroperasi dengan kondisi nonadiabatis dan isotermal (adanya
perpindahan kalor).
Dengan adanya kondisi operasi ini maka didapatkan:
Nilai konstanta kecepatan reaksi utama berdasarkan refferensi irda (2015)
dengan kondisi Isotermal:
1 = 3,51 × 1053 3
1 = 5,85
dimana : k = konstanta kecepatan reaksi
Nilai konstanta kecepatan reaksi samping berdasarkan refferensi Yaws (1999)
dengan kondisi Isotermal :
2 = 929,363
2 = 0,25
dimana : k = konstanta kecepatan reaksi
2.2.4 Perhitungan parameter yang dibutuhkan
Dalam perhitungan variabel volume serta suhu reaktor CSTR,
dibutuhkan beberapa parameter yang digunakan untuk menghitung variabel
yang telah ditentukan. Antara lain : = 5 / = 1 − = 5 1 − 0,95 = 0,25
0 = 15
/
= 8,314
= 1
= 110J
m2 s K()
= 1,5
=
4
1,5= 2,67
−1
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 17/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 10
= 293,7J
m3 s K= 0,2937
J
lt s K
=
=
5
15= 0,33
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 18/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 11
BAB III
METODE PENYELESAIAN
3.1 Permodelan
Simulasi dan perancangan reaktor yang akan dibuat adalah CSTR (Continuous Stirred
Tank Reactor ), non-adiabatis dari reaksi yang bersifat irreversible, endotermis,
monomolecular dan reaksi paralel. Suhu reaktor dijaga dengan cara menambahkan
pemanas.
Reaksi1:
(CH3)2CHOH(g)CH3COCH3(g)+ H2(g)
A→ B+ CReaksi2:
(CH3)2CHOH(g)CH3CH=CH2(g) + H2O(g)
A → D + E
F AO
Ta1
T
X
T
X
Ta2
k1
k2
Gambar 3. 1 Pemodelan reactor CSTR dengan jaket
pemanas
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 19/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 12
3.2 Algoritma Penyelesaian
Neraca massa CSTR :
+ ℎ − = [ ] − + + (− ) = 0 − = − − (1 − ) + = − = −
=
−
Lajureaksi :
a. − = 1. + 2.
Persamaan diubahmenjadi :
= −1. − 2 .
b. = 1. + 2.
Persamaandiubahmenjadi
= 1. + 2 .
c. = 1.
Persamaandiubahmenjadi
= 1.
d. = 2.
Persamaandiubahmenjadi
= 2.
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 20/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 13
Stoikiometri :
Jika Spesies A(Isopropanol) dianggap sebagai pereaktan pembatas, maka stoikiometri
untuk setiap spesies pada fase gas:
Tabel 3. 1 Persamaan stoikiometri
Spesies
Umpan
Masuk Reaktor
(mol/waktu)
Perubahan dalam
Reaktor
(mol/waktu)
Arus Keluar Reaktor
(mol/waktu)
A FA0 - FA0X FA = FA0(1-X)
B FB0 = FA0 FA0X FB = FA0(+
X)
C FC0 = FA0 FA0X FC = FA0(+ X)
D FD0 = FA0 FA0X FD = FA0(+
X)
E FE0 = FA0 FA0X FE = FA0(+
X)
= =
(1− ) (1)
= 1 + . . 0
. 0 (2) (Fase Gas)
Karena perubahan tekanan dianggap kecildansuhu reactor dengan keluar sama, maka = 1 + . (3)0 = 0 = 0 = 0 = 0 (4)
Jika: 0 = 0,99 (Kemurnian Reaktan Isopropyl 99%)
= 1 + 1
−1 = 1
= 0 = 0,99.1 = 0,99
Persamaan(3) disubstitusikankepersamaan (1), menjadi
= 1− 1+ . =
1− 1+ . (5)
Persamaan (4) disubtitusikan ke persamaan (5) masing-masing spesies menjadi :
= 0
(1 − )
(1 + 0,99
)
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 21/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 14
= 0 − 1
2
1 + 0,99
= 0 +1
2 1 + 0,99
= 0 +1
2
1 + 0,99
= 0 +1
2
1 + 0,99
Kombinasi − = 1 + 2
− = 1. 0
(1 − )
(1 + )+ 2 0
(1 − )
(1 + )
= 1. 0
(1− )
(1+0,99 )+ 2 0
(1− )
(1+0,99 )
=
5.
5,85. 0 (1− )(1+0,99 )
+ 0,25 0 (1− )(1+0,99 )
Neraca EnergiCSTR:
Untuk reaksi ganda dengan nilai Cp berbeda tiap spesies:
Q - - 0 0 + ∆ () + ∆( − )[ ] = 0
Jika :
Q = ( − ) karena non-adiabatis
Ws = 0 karenakerjapengadukkecil
Maka :
UA(Ta-T)- 0 =1 − 0 + ∆ () + ∆ ( − ) = 0
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 22/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 15
Reaksi berjumlah 2 dan paralel :
− − 0
=1
− 0 + 1 ∆1 + 2 ∆2 + ∆( − ) = 0
Dimana:
r 1A = k 1.CA
r 2A = k 2.CA
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 23/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 16
3.3 Logika Pemrograman
= + 1 ∆1 + 2 ∆2 − ∆ () + 0
1 − ∆ + 0 1
Didapat grafik hubungan V
terhadap X pada range tertentu
=
1.
0
(1− )
(1+0,99
)
+
2
0
(1− )
(1+0,99
)
Neraca Massa = = 0 −
Kecepatanreaksi =− = 1. + 2.
Stokiometri = = 0 1− 1+
Kombinasi=
Reaksi fase gas, paralel,
Monomolekular
A B+C
A D+E
T didapat dari X tertentu
Mencari Parameter yang diperlukan dari Studi
Pustaka/Literatur
Didapat nilai V pada X tertentu
X ditentukan T dihitung
CSTR
Didapat Hubungan T vs X pada range
Gambar 3. 2 Logika pemograman
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 24/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 17
3.4 Bahasa Pemrograman
a. Menentukan hubungan konversi terhadap volume reactor pada rentang konversi 0,5-
0,95 dengan range 0,05 :
clc clear FAo=5;k1=5.85;
k2=0.25;K1=3997.51;
XA=[0.5;0.55;0.6;0.65;0.7;0.75;0.8;0.85;0.9;0.95];vo=15;
E=0.99;CAo=FAo/vo;
CA=(CAo.*(1-XA))./(1+(E.*XA));ra=(k1*CA)+(k2*CA);
V=(FAo.*XA)./(ra);disp('Tabel Hubungan Konversi dengan Volume')
disp(' XA V(lt) CA') disp([XAVCA])
clf plot2d(XA,V,[2,5,-1]) xtitle('Hubungan Konversi terhadap Volume(liter)','Konversi','Volume')
b. Menentukan hubungan konversi terhadap volume reactor pada rentang konversi 0,5-
0,95 dengan range 0,05
clc
clearfunction y = CSTR (T)
UA=0.2937; FAo=5;
Ta=700;
Tr=298; To=623;
sigmatetacp=281.34;
deltaCp=643.934;
deltaH1=54890; deltaH2=54490;
k1=5.85;
k2=0.25;K1=3997.51;
vo=15;
E=0.99;
CAo=FAo/vo;CA=(CAo.*(1-XA))./(1+(E.*XA));
ra=(-k1*CA)+(-k2*CA);
V=(FAo.*XA).*((ra)^-1);
r1=k1.*CA;r2=k2.*CA;
y=(UA.*(Ta-T))-(FAo.*sigmatetacp.*(T-To))+(V.*r1.*deltaH1.*Tr)+(V.*r2.*deltaH2.*Tr)
endfunctionXA=[0.5;0.55;0.6;0.65;0.7;0.75;0.8;0.85;0.9;0.95];
Ttebak=[1000;298;300;312;213;273;300;312;312;300];
Treaktor=fsolve(Ttebak,CSTR)
disp(' XA T(K)')disp([XA Treaktor])
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 25/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 18
clf plot2d(XA,Treaktor,[2,5,-1])
xtitle('Hubungan Konversi terhadap Suhu','Konversi','Suhu(K)')
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 26/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 19
BAB IV
HASIL SIMULASI DAN ANALISA
3.1 Hasil Simulasi
3.1.1 Hubungan Konversi dengan Volume(lt)
Gambar 4. 1 Deklarasi console scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan volume
Gambar 4. 2Deklarasi console Scilab 5.1.1 grafik hubungan konversi dengan volume
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 27/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 20
3.1.2 Hubungan Konversi dengan Suhu (K)
Gambar 4. 3 Deklarasi console Scilab 5.1.1 hubungan konversi dengan suhu
Gambar 4. 4 Deklarasi Console Scilab Grafik Hubungan Konversi dengan Suhu
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 28/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 21
3.2 Analisa Hasil
3.2.1 Hubungan Konversi (Xa) terhadap Volume Reaktor
Berdasarkan persamaan Volume Reaktor dan kecepatan reaksi monomolekuler-
parallel fase gas :
= −
− = 1 + 2
− = 1. 0
(1 − )
(1 + )+ 2 0
(1 − )
(1 + )
Dilakukan perhitungan Volume reaktor pada rentang 0,5-0,95 dengan range 0,05
menggunakan prinsip deklarasi Scilab AAP (Akar-Akar Persamaan), Sehingga
didapatkan hubungan Xa dengan V pada rentang tersebut sesuai dengan tabel :
Hubungan yang didapatkan ialah semakin besar nilai konversi, maka volume reaktor
menjadi naik. Volume pada konversi paling tinggi yaitu 0,95 adalah 90,66 lt. Setelah
mendapatkan hubungan Xa dengan V pada rentang tertentu, dengan memplotkan
pada grafik didapatkan Grafik Hubungan Volume dengan suhu :
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 29/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 22
3.2.2 Hubungan Konversi (Xa) terhadap Suhu Reaktor
Berdasarkan persamaan Suhu Reaktor pada RATB (Reaktor Alir Tangki
Berpengaduk) reaksi parallel :
= + 1 ∆1 + 2 ∆2 − ∆() + 0
1 − ∆ + 0 1
kukan perhitungan Suhu reaktor pada rentang 0,5-0,95 dengan range 0,05
menggunakan prinsip deklarasi Scilab AAP (Akar-Akar Persamaan), Sehingga
didapatkan hubungan Xa dengan T pada rentang tersebut sesuai dengan tabel :
Dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi konversi, maka suhu dalam reaktor
semakin rendah karena sifat reaksi yang endotermis. Suhu pada Konversi paling
tinggi yaitu 0,95 adalah 3,34 K. Setelah mendapatkan hubungan Xa dengan T pada
rentang tertentu, dengan memplotkan pada grafik didapatkan Grafik Hubungan
Volume dengan suhu :
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 30/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 23
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 31/32
Reaktor CSTR
ModeldanKomputasiProses 24
BAB V
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Pada perancangan dan simulasi reaktor cstr non adiabatis untuk reaksi dehidrogenasi
isopropanol menjadi aseton menggunakan program scilab 5.1.1.diperoleh :
1. Volume Reaktor pada konversi 0,95 adalah 90,66 liter
2. Hubungan konversi terhadap volume reaktor adalah, semakin besar konversi maka
semakin besar pula volume reaktor.
3. Suhu Reaktor Isotermal pada konversi 0,95 adalah 3,34 K.
4. Hubungan konversi terhadap Suhu Reaktor adalah, semakin besar konversi, maka suhu
reaktor menjadi turun karena sifat reaksinya ialah endotermis
3.2 Saran
Perlu dilakukan perancangan dan simulasi reaktor dengan jenis reaktor lain pada
kondisi operasi sama agar dapat mengetahui jenis reaktor yang paling tepat dan efisien
pada reaksi dehidrogenasi isopropanol menjadi aseton
7/23/2019 Simulasi CESTR pada Software scilab 5.1.1
http://slidepdf.com/reader/full/simulasi-cestr-pada-software-scilab-511 32/32
Reaktor CSTR
DAFTAR PUSTAKA
Agustina, Irda.2015.Pembuatan Aseton dari Isopropil Alkohol .Palembang:
Politeknik Negeri Sriwijaya.
Fogler. H Scout, 2004, Element of Chemical Reaction Engineering 3rded , India :
Prentice-Hall of India
Himpunan Mahasiswa Teknik Kimia AKPRIND.2015. Teknik Kimia
AKPRIND.http://hmtk-akprind.blogspot.co.id/2013/05/apa-itu-teknik-kimia-
dan-pentingnya.html diakses pada tanggal 26 November 2015 pukul 21.00
WIB
Levenspiel, Octave.1999. Chemical Reaction Engineering 3 st
Edition. Newyork
:John Wiley & Sons, Inc.
Program Sarjana Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung.2015. Fakultas
Teknologi Industri Institut Teknologi
Bandung .http://usm.itb.ac.id/Prodi/130.htm diakses pada tanggal 26
November pukul 21.00 WIB
Program Sarjana Teknik Kimia Universitas Indonesia.2011.Teknik Kimia
Universitas Indonesia.https://www.ui.ac.id/akademik/kelas-internasional/program-sarjana-teknik-kimia-kki.html diakses pada tanggal 26
November 2015 pukul 21.00 WIB
Sasongko, Budi Setia. 2010. Metode Numerik dengan Scilab.Yogyakarta : ANDI
Yogyakarta
Smith. J M et all. 2001. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamic 6th
edition, Mc. Graw Hill BookKogakusha Ltd, Tokyo
Yaws.1999. Makalah Industri Kimia Aseton. Medan : Universitas Sumatera Utara