POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA NERACA MASSA DAN PANAS MODUL II NERACA MASSA DENGAN REAKSI KIMIA Oleh : IRMAWATI SYAHRIR JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SAMARINDA

Neraca masa dgn Reaksi kimia Persamaan neraca massa untuk reaksi kimia memberikan hubungan kuantitatif diantara reaktan dan hasil. Ingat : Dalam proses industri: - reaktan biasanya tidak murni. -Kadang2 salah satu reaktan harus berlebihan, -reaksi tidak sempurna seperti yang diinginkan

Alat prosesnya diindustri kimia disebut Reaktor. Reaksi pembakaran dapur pembakaran Proses fermentasi Fermentor Perhitungan neraca massa reaktor melibatkan stokiometri reaksi. Berlaku : Perbandingan koefisien = perbandingan mol

Perumusan neraca massa Reaksi : A + B C + D A dan B = bahan yang bereaksi (reaktan) C dan D = produk hasil reaksi M XAM XBM P XCP XDP F XAF XBF Reaktor

Perumusan neraca massa reaktor : Neraca massa total F + M = P ……….(1) Neraca massa komponen : Komp.A : F.XAF + M.XAM – Massa A yang bereaksi = P.XAP ………(2) Komp.B : F.XBF + M.XBM – Massa B yang bereaksi = P.XBP ………(3) Komp.C : F.XCF + M.XCM + Massa C hasil reaksi = P.XCP ………(4) Komp.D : F.XDF + M.XDM + Massa D hasil reaksi = P.XDP ………(5) Massa komponen yang bereaksi dan hasil reaksi dapat dihitung dari stokiometri reaksi. Perhatikan : Komponen A, B dan C,D tandanya berbeda karena posisinya berbeda.

Reaksi berlangsung sempurna dan konversi 100% maka reaktan akan habis bereaksi dan tidak akan muncul dialiran keluar. Konversi < 100%, maka reaktan akan bersisa dan akan ikut keluar pada aliran produk. Ada hasil reaksi yang mula-mula sudah terdapat dialiran masuk reaktor, maka pada aliran keluar akan dijumlahkan dengan massa hasil reaksinya.

Istilah-istilah : 1. Reaksi pembakaran : Reaksi dimana zat yang dibakar direaksikan dengan O2. Untuk senyawa karbon: bila terjadi pembakaran sempurna selalu menghasilkan CO2 dan H2O. Pembakaran tidak sempurna akan menghasilkan CO dan H2O. 2. Udara : campuran gas yang terdiri N2= 79% mol dan O2= 21% mol. Umumnya reaksi pembakaran, suplai O2 diambilkan dari udara yang di buat berlebih. Udara teoritis : Jumlah udara atau oksigen yang dibutuhkan untuk dibawa kedalam proses untuk pembakaran sempurna (udara yang dibutuhkan). Kelebihan udara : jumlah udara yang lebih dari yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna

Pada kasus : udara yang dimasukkan berlebih, maka perhitungan untuk mencari banyaknya udara yang masuk berdasarkan kebutuhan O2 untuk membakar zat secara sempurna (O2 masuk berdasarkan reaksi sempurna). % kelebihan udara : 100x O2 memasuki proses – O2 yang dibutuhkan O2 yang dibutuhkan

3. Limiting reaktan : - reaktan yang habis bereaksi terlebih dahulu. - reaktan yang menjadi dasar perhitungan dalam stokiometri reaksi - cara menentukannya : cari reaktan yang mempunyai nilai (mol/ koefisien) terkecil. 4. Gas pipa atau cerobong (flue or stack gas) : semua gas yang dihasilkan dari sebuah proses pembakaran termasuk uap air, basis basah Analisa Orsat atau basis kering (orsat analysis or dry basis) : semua gas yang dihasilkan dari sebuah proses pembakaran tak termasuk uap air.

Contoh 20 mol CH4 dibakar pada dapur pembakaran dengan udara berlebih 10%. Hitunglah berapa udara yang dimasukkan ke dalam reaktor tersebut. Penyelesaian : Reaksi : CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O Secara stokiometri : banyaknya O2 yang dibutuhkan = 2 X mol CH4 , karena koefisien O2 adalah 2X koefisien CH4. Udara 21% O2 79% N2 CH4 20 mol Produk CO2 H2O N2 Reaktor

Jika dianggap CH4 habis bereaksi dan reaksinya sempurna, maka : O2 untuk pembakaran sempurna : 2/1 x 20 mol = 40 mol Dan karena O2 yang masuk berlebih 10%, maka O2 yang yang masuk reaktor = (100% + 10%) x 40 mol = 44 mol Berdasarkan komposisi O2 di udara, bisa dihitung udara yang masuk reaktor = (100% / 21%) x 44 mol = 209,5 mol Jadi udara yang masuk reaktor = 209,5 mol atau 6075,5 gr.