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
TUGAS ATK 2NERACA MASSA DENGAN REAKSI
KIMIA
KELOMPOK 21. ARINI PUSPITA R2. DWI YUNI ERNAWATI3. KHAIRUL AMRU NST4. YAUMIL MUTIA AKHIR
SOAL NO. 1
Akrilonitril diproduksi dengan mereaksikan propilen, ammonia dan oksigen, seperti reaksi :C3H6 + NH3 +1,5 O2 C3H3N + 3 H2OUmpam reactor berisi 15% propilen, 7% ammonia, dan 78% udara.Tentukan :a. Limiting reaktanb. % 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 C3H3N + 3 H2O
Komponen F
C3H6 15%
NH3 7%
Udara(78%) : O2 = 21% x 78= 16,38%
N2 = 79% x 78= 61,62%
P Komposisi C3H6
NH2
O2
C3H3NH2ON2C3H6 + NH3 +1,5 O2 C3H3N + 3 H2O
m : 15 7 16,38r : 7 7 10,5 7 7 s : 8 - 5,88 7 7
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 C3H3N + 3 H2OKomponen Umpan Reaksi Produk
C3H615 2,1 12,9
NH37 2,1 4,9
O216,38 3,15 13,23
N261,62 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 Produk Komposisi
C3H612,9 (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. 2Metan 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
JawabanCH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
CO2= 20 % CO2
O2 = 60% O2
CH4 = 20% CH4
H2O
a. Neraca massa dengan reaksi kimiaKomponen Umpan Reaksi Sisa
CH420 20 0
O260 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.
Dari sisa diatas dapat kita tentukan komposisi keluar sebagai tabel berikut ini.
Komponen Umpan Bereaksi Sisa
CH420 18 2
O260 36 24
CH420 18 2
H2O 0 36 36
Total 100 108 64
Komponen Produk Komposisi
CH42 3,125%
O224 37,5%
CH42 3,125%
H2O 36 56,25%
b. excess reaktan (O2)excess reaktan= x 100% % O2 = x100% =50%
SOAL NO. 3Suatu 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 P
SO2 = 12 mol SO2 = …?
O2 = 8 m0l O2 =….?
N2 = 80 mol 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 11,4s : 0,6 2,3 11,4 komposisi arus di P
Komponen Umpan (g mol) Reaksi (g mol) Produk (g mol) Komposisi (%)
SO212 11,4 0,6 (0,6/94,3) . 100% = 0,64%
O28 5,7 2,3 (2,3/94,3) . 100% = 2,44%
N280 0 80 (80/94,3) . 100% = 84,84%
SO30 11,4 11,4 (11,4/94,3) . 100% = 12,09%
Total 100 28,5 94,3 100%
SOAL NO. 4Suatu 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 umpanb.Komposisi gas hasil converterJawab :SO2 + ½ O2 SO3
F1 SO3 = 100 mol/jam
SO2 = 12% SO2 =
O2 = 8% O2 =
N2 = 95% N2 =
Konversi = 95%
SO2 + ½ O2 SO3
m : A Br : 100 50 100s : A – 100 B – 50 100Konversi = 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 keluarSO3 = 100 mol/jam
SO2 = 5,26 mol/jam
O2 = 2,63 mol/jam
N2 = 80% . 877,16 = 701,728 mol/jam
SOAL NO. 5Pada 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 reactorJAWAB :a.Diagram alir
C2H4Cl C2H3Cl HClC2
H4Cl
b.Analisa Neraca Massa1) Dikloroetan yang di butuhkan
Konversi satuan kg ke kmoln= gr/Mrn= =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/jam2) Komposisi gas keluar reactor
C2H4Cl x 100 33,33 %
C2H3Cl x 100 33,33 %
HCl x 100 33,33 %
SOAL NO.6Sintesa 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 reaktanB. % excess reaktanC. KonversiJAWAB :N2 + 3 H2 2 NH3
N2=4202 lb N2=..?
H2=1046 lb H2=..?
NH3=3060 lb/jam
REAKTOR
Note ; 1 lb=0,45359 kgN2=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 kmolKomponen 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. 7Gypsum (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 dihasilkanB. 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
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
Komponen Umpan Bereaksi Sisa CaCO3 48,445 48,445 -H2SO4 48,445 48,445 -CaSO4 . 2 H2O - 48,445 48,445
CO2
- 48,445 48,445
SOAL NO. 85 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 reaktanB. % excess reaktan C. % konversiJAWAB :Bi + 0,75 S2 0,5 Bi2Si3
Bi=5 lb=2267,9 gr Bi2Si3=..?
S2=7 lb=453,6 gr
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
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
Komponen Umpan Bereaksi Sisa
a.Limiting reaktanBi + 0,75 S2 0,5 Bi2Si3
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%
Komponen Umpan Bereaksi Sisa
Bi 10,85 6,613 4,237
S27,088 4,96 2,7275
Bi2Si3- 3,307 3,307
SOAL NO. 9Berapa gram kromat sulfit yang akan dibentuk dari 0,718 gram kromat oksit sesuai reaksi :
2 Cr2O3 + 3 CS2 2 Cr2S3 + 3 CO2
JAWAB :
Cr2O3 Cr2S3
CS2 CO2
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
REAKTOR
Massa Cr2S3=n x Mr=4,72 x 10-3 mol x 200 gr/mol=0,94 gr
SOAL NO. 10Batu 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
Sehingga ;BaSO4 + 4 C BaS + 4 CO
BaSO411,1% 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
Komponen Umpan Bereaksi Sisa
BaSO40,477 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 makaKonversi==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 P = 100 ml
CH3COOH 0,5M CH3COOH 0,4 M
100 ml = 0,1 LMol 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
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. 12Diketahui 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 O2 P = ?
CaCO3 92,89% CaO
MgCO3 5,41 % MgO
Impirities 1,7 % CO2
CaCO3
MgCO3
Impurities
reaktor
Basis 5 ton = 5000 kgMr MgCO3 = 100 gram/molMr CaO = 56 gram/mol
CaCO3 CaO + CO2 m CaCO3 = 92,89% x 5000 kg = 4644,5kg = 4,6445 x 106 grn 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 kgMr MgCO3 = 84 gr/molMr MgO = 40 gr/molMgCO3 MgO + CO2 m MgCO3 = 5,41% x 5000 kg = 270,5 kg = 2,705 x 106 grn 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 grn 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 kapurLb CO2 total
m CO2 total = m1 CO2 + m2 CO2
= 4495,876 lb + 311,719 lb= 4807,595 lb
SOAL NO 13Bahan-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 :
Reaksi yang terjadi :
Reaksi Samping :
20 kg C3H8
400 kg udara:-21% O2
-79% N2
C3H8
CO2 44 kgCO 12 kgO2
N2
C3H8 + 5O2 3CO2 + 4H2OUmpanBereaksi
333,33 1666,67 1000 1333,33
Sisa 1000 1333,33
C3H8 + 7/2 O2 3 CO + 4H2OUmpanBereaksi 142,857 500 428,57 571,42Sisa 428,57 571,42
Jumlah total C3H8 yang bereaksi = 333,33 + 142,857 = 475,187 molSisa C3H8 = mol umpan – mol yang bereaksi
= 454,54 – 476,187 = 21,64 molJadi 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)