Upload
hendra-desfiantoro
View
239
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
1/37
ISMIYATI
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FT-UMJ
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
2/37
Kompetensi:
Memiliki kemampuan untuk mengaplikasikanpengetahuan yang dimilikinya dan terbiasamenggunakan prinsip matematik dan sains
untuk memecahkan persoalan industri.Memiliki kemampuan mengidentifikasi,
memformulasi, menganalisis dan memecahkanpersoalan dalam dunia industri.
Memiliki kemampuan menganalisis dampakindustri dan teknologi terhadap masyarakat
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
3/37
Kontrak Perkuliahan :
Dalam perkuliahan ini akan dilakukan tatap muka
kurang lebih 10 x (masing-masing 2 sesi) .
Sistem penilaian dalam bentuk huruf yaitu A, B, C,
D dan E.
Bobot nilai Ujian Mid Semester sebesar 30%
Bobot nilai Ujian Akhir Semester sebesar 50%
Bobot nilai Tugas dan Quis sebesar 20%
Syarat ujian , kehadiran 75 %.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
4/37
MATERI :1. Pengantar kimia industri
2. Stoikiometri
3. Larutan
4. Kesetimbangan kimia
5. Ikatan Kimia
6. Termokimia/ Energetika
7. Kinetika kimia8. Thermodinamika
9. Berbagai macam Industri (Berbasis An-organik)
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
5/37
Austin, G.T. Chemical process Industries,
Mc. Graw Hill, Inc
Oeto, S., (1984), Diktat Aneka Industri Kimia,
Akademi Teknologi Industri AKPRIND
Yogyakarta.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
6/37
I. PENDAHULUAN
Teknik Kimia meliputi aplikasi pengetahuan tentang
proses industri yang menitik beratkan pada
KONVERSI perubahan suatu bahan (row material)
menjadi bahan lain (produk) baik dengan proses
kimia (unit proses), proses fisika (unit operation),
maupun biologi (Bio-proses/Bioreaktor)
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
7/37
Struktur Sistem Proses
Kegiatan proses mengubah suatu bahanmenjadi produk secara keseluruhan dapatdipandang sebagai sebuah sistem yangterdiri atas sub-sub sistem yang menggam-
barkan suatu tahapan proses produksi
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
8/37
Penyimpananbahan dasar
Pemisahan
produk
Penyim
pananumpan
Reak-tor
Pemur-nian
produkPenyimpan-an produk
Daur ulang bahanyang
tidak bereaksi
Hasilsamping
Limbah
Gambar 1. Rangkaian proses sebagai sebuah sistem tahapan proses
Unit persiapan
bahan baku
Unit
prosesUnit finishing
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
9/37
Secara garis besar sistem proses produksi dapatdibagi dalam tiga unit, yaitu:
Unit I : Unit persiapan bahan baku
Unit II : Unit sintesis/reaksi
Unit III : Unit finishing
Tugas dari masing-masing unit berbeda, namun
secara keseluruhan mempunyai beban yang sama,dan satu sama lain saling berhubungan dalammenghasilkan produk yang diinginkan.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
10/37
Adapun tugas masing-masing unit adalah sbb:
I. Unit Persiapan bahan baku.
Unit ini bertugas mempersiapkan bahan baku/raw material
agar sesuai kondisinya dengan kondisi yang dipersaratkanoleh unit II (Unit pengolahan).
Persiapan ini dapat berupa:
Penyesuaian bentuk dan fasa : besar, kecil, serbuk, cair, gas
dsb Penyesuaian konsentrasi/komposisi : murni, pekat, encer,
larutan dsb
Penyesuaian kondisi operasi : tekanan, suhu, perbandingan
komposisi dsb Transportasi bahan dasar, penampungan sementara sebelum
diolah di unit II
Dan lain-lain
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
11/37
Alat-alat pada unit I ini pada umumnya digunakan:
Alat penyesuaian bentuk dan fasaContoh :
crusher, ball mill, melter, condensor, evaporator,sublimator dll
Alat penyesuaian konsentrasi/komposisi
Contoh :
kolom fraksinasi, kolom distilasi, screen, absorber
dll
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
12/37
Alat penyesuaian kondisi operasi
Penyesuaian suhu : heat exchanger (HE), cooler,
heater, preheater dllPenyesuaian tekanan: kompresor, pompa, valve,expansion valve dll
Penyesuaian komposisi: mixer, blender, tangkiberpengadul dll
Alat transportasi dan penampungan
Contoh:
belt conveyor, elevator, pompa + pipa
Tanki-tanki penampung, silo dll
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
13/37
II. Unit Pengolahan/ proses sintesis
Unit ini bertugas mensintesis/mereaksikan bahan
dasar untuk mengubah menjadi senyawa hasil(produk) yang diinginkan. Alat untuk tempatterjadinya reaksi kimia disebut REAKTOR
( proses sintsis ini akan dibahas dalam bab tersendiri)
Hasil dari unit pengolahan masih berupah campurandan sisa sisa bahan baku,hasil hasil reaksi samping
,intert dan yang mungkin memerlukan pemurnian,atau pengolahan lanjut agar diperoleh spesifikasi hasilyang diinginkan .tugas tersebut dikerjakan oleh unitselanjutnya , yaitu unit finishing /unit akhir .
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
14/37
III. Unit finishing
Hasil yang diperolah dari unit II, kemungkinanmasih memerlukan penyesuaian kualitas, berupa:
Penyesuaian bentuk dan fasa
Penyesuaian komposisi/konsentrasi
Penyesuaian kondisi : suhu dan tekanan
Pengantongan, penyimpanan/gudang
Pada unit ini peralatan yang digunakan samadengan unit I
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
15/37
II. PROSES SINTESIS DALAM UNIT PENGOLAHAN
Untuk mempelajari proses kimia dalam unitpengolahan, dapat ditinjau dalam 2 segi, yaitu:
Alat/tempat
Sintesis atau reaksi
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
16/37
1. Alat/tempat
Sebagai tempat terjadinya reaksi pengolahan,
siperlukan alat yang disebut REAKTOR. Reaktor iniharus bisa memenuhi persyaratan tertentu yang harusdisesuaiakan dengan sifat bahan yang diolah dan sifatbahan yang dihasilkan. Misalnya: alat harus tahan
terhadap korosi, tahan terhadap tekanan, tahanterhadap suhu tinggi dsb.
Demikian juga karena kondisi reaksi (tekanan, suhudan konsentrasi dsb) untuk suatu reaksi perlu diaturdan diawasi untuk menghasilkan hasil yangdiinginkan, maka biasanya reaktor dilengkapi denganalat-alat penunjuk/indikator dan alat-alat
pengontrol/pengatur.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
17/37
Termasuk sebagai alat penunjuk (indokator) antara
lain: termometer, pH meter dsb.Lambang : Flow indikator (FI), thermo indikator(TI); pressure indikator (PI)
Termasuk alat kontrol :
flow indicator and control (FIC), thermoindicatorand control (TIC), pressure indicator and control
(PIC).
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
18/37
2. Sintesis/reaksi
Kondisi reaksi yang tepat sangat penting untukberlangsungnya suatu reaksi kimia . Reaksi kimiaseringkali dapat berlangsung dengan cepat padakondisi tertentu dan tidak dapat berlangsung sama
sekali pada kondisi yang lain, sehinggapengetahuan tentang kondisi operasi ini sangatpenting dalam penanganan reaktor.
Mengingat hal tersebut diatas, maka sangatlah
penting untuk mempelajari/mengetahui KINETIKAdan TERMODINAMIKA dari reaksi kimia yangterjadi dalam sintesis proses tersebut.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
19/37
Kinetika
Digunakan antara lain : Memahami mekanisme reaksi
Menghitung ukuran reaktor
Memperkirakan usaha-usaha yang dapatditempuh untuk mempelajari reaksi yangberjalan lambat dan reaksi yang berjalan terlalucepat agar dapat dikontrol
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
20/37
Termodinamika
Digunakan antara lain untuk: Memperkirakan energi/panas yang diperlukan
(endotermis) atau energi/panas yang dikeluarkan(eksotermis) dari reaksi kimia
Memperkirakan konversi maksimum yang dapatdicapai pada kesetimbangan
Memperkirakan usaha-usaha yang dapat
ditempuh untuk memperbesar konversikesetimbangan
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
21/37
Usaha-usaha untuk mempercepat reaksi danmemperbesar konversi ditinjau dari KINETIKA
Misalnya reaksi:
aA + bB cC + dD
Kecepatan reaksi:
- rA= k (A)a
(B)b
Keterangan:
- rA : kecepatan berkurangnya A
k : konstanta kecepatan reaksi
(A) : konentrasi reaktan A (B) : konsentrasi reakstan B
a,b : pangkat/tingkat reaksi
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
22/37
Hukum Arrhenius mendefinisikan :
Keterangan:
A : faktor frekwensi tumbukan
E : tenaga aktifasi R : Tetapan gas
T : suhu reaksi (oK)
E/RTAek
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
23/37
Terlihat bahwa k, dipengaruhi oleh A, E dan T.
1. Faktor Frekwensi tumbukan (A)Faktor frekwensi tumbukan dipengaruhu oleh:
a) Sifat pencampuran pereaksi. Jika pereaksi tidak
saling melarutkan atau tidak dapat bercampursecara sempurna maka diperlukan pengaduk,sirkulasi.
b) Luas permukaan
Untuk memperbesar faktor tumbukan diusahakanpereaksi berupa gas atau cair. Jika pereaksi berupazat padat maka perlu dilakukan gasifikasi atau dibuat
partikel-pertikel kecil (penumbukan)
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
24/37
c) Salah satu pereaksi dibuat excess
Pemihihan pereaksi yang dibuat excess adalahpereaksi yang lebih mudah didapatkan, hargalebih murah, jumlah melimpah dll.
2. Tenaga aktivasi (E)Tenaga aktivasi adalah tenaga awal yangdiperlukan agar reaksi dapat berlangsung .
Tenaga aktivasi ini dapat diperbesar ataudiperkecil oleh suatu katalisator.
Katalisator positif: memperkecil tenagaaktivasi sehingga mempercepat reaksi.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
25/37
Katalisator negatif (inhibitor) : memperbesartenaga aktivasi sehingga memperlambat reaksi.
Inhibitor ini digunakn untuk reaksi yang berjalansangat cepat seperti: reaksi polimerisasi, reaksi inti,nuklir dan reaksi rantai.
Inhibitor dapt bekerja sebagai:
Penghalang bertemunya pereaksi
Bereaksi dengan salah satu pereaksi membentuk
senyawa yang lebih stabil Menurunkan keaktifan
Mempengaruhi kestabilan sususunan elektron
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
26/37
3. Suhu (T)
Dari persamaan
Nilai k dipengaruhi oleh suhu (T). Bila T dinaikkan,maka harga E/RT kecil dan k makin besar (reaksiberjalan makin cepat). Disamping dipengaruhi olehbesarnya harga k, kecepatan reaksi juga
Dipengaruhi oleh konsentrasi peraksi (A) dan (B),yang dapat ditempuh dengan menggunakankonsentrasi pereaksi yang tinggi dan memperkecil/meniadakan inert dari campuran pereaksi.
E/RTAek
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
27/37
Usaha memperolah hasil yang besar di tinjau dariTERMODINAMIKA
Contoh reaksi:
Pada keadaan kesetimbangan berlaku hubungan sbb:
Ket.
( ) = konsentrasi
K = konstanta kesetimbangan
dDcCbBaAk1
k2
ba
dc
2
1
(B)(A)
(D)(C)
k
kK
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
28/37
Untuk gas berlaku hukum gas ideal,
Sehingga
, maka
Ket:
a, b, c, d : koefisien reaksi
nA, nB, nC, nD : jumlah mol komponen
P : tekanan
nt : jumlah mol total (nA+ nB+ nC+ nD+ ninert)
Pnn(A)
t
A
b)(ad)(c
tn
P
bB
naA
n
dD
ncC
n
K
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
29/37
Besarnya harga k dipengaruhi oleh suhu reaksi,sedangkan dari persamaan K dapat dilihat bahwa
untuk memperoleh C dan D yang banyak, dapatditempuh dengn memakai (A) dan (B) yang tinggi,dan perbandingan pereaksi yang baik,sehingga hasilperkalian (A)ax (B)bmaksimum.
Usaha lain yaitu mengusir salah satu hasil C atau Ddari campuran hasil reaksi. Jika hasil yang
diinginkan adalah D, maka C yang segera diusir atausebaliknya. Pengusiran salah satu hasil akanmengakibatkan hasil yang terbentuk terus-menerus(maksimum).
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
30/37
Jika hasil yang diinginkan adalah D,
maka:
d)(cb)(a
tn
P
cC
n
bB
naA
nKn
atau,
b)(ad)(c
P
tn
cC
n
bB
naA
nn
D
D
K
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
31/37
Untuk memperoleh hasil D yang banyak dapatditempuh dengan:
a) K dibuat besar :
Jika reaksi eksotermis, makin rendah suhu, Kmakin besar.
Jika reaksi endotermis, makin tinggi suhu, makinbesar harga K.
b) Konsentrasi A dan B yang dipakai diusahakn tinggi
c) Salah satu hasil diusir, misalnya C sehingga nC kecil,maka nDmenjadi besar.
d) Perbandingan pereaksi yang tepat
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
32/37
e) Tekanan:
Bila (a + b) ( c + d) positif, maka tekanan tinggi
menguntungkan. Bila (a + b) ( c + d) negatif, maka tekanan
tinggi tidak menguntungkan.
Bila (a + b) ( c + d) adalah nol, maka tekanan
tidak berpengaruhi kesetimbangan
f)Jumlah mol total dipengaruhi inert:
Bila (a + b)
( c + d) positif, maka adanya inerttidak menguntungkan
Bila (a + b) ( c + d) negatif, maka adanya inert
menguntungkan
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
33/37
Kadang-kadang usaha dari segi termodinmikabertolak belakang dengan usaha ditinjau dari segikinetika, maka perlu dicari optimasi melaluipenelitian. Demikian juga kemampuan alat,
kestabilan senyawa-senyawa dan efisiensi tenagaakan menjadi batasan usaha yang ditempuh untukmendapatkan hasil yang optimal dengan waktusingkat.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
34/37
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
35/37
Menentukan suhu optimum.
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
36/37
Pealatan dalam proses Industri:
1. Mixing (Pelarutan/Pengenceran)
2. Destilasi (raksinasi)3. Evaporasi (Penguapan)
4. Absorpsi
5. Ekstraksi
Beberapa contoh perhitungan peralatan, yang harus
diperhatikan:
Neraca Massa dan neraca panas
Recycle, Bypass and Purging
7/22/2019 KUL 1. PENDAHULUAN PKA
37/37