Hukum dan Perhitungan dalam Kimia

1. Hukum Bernoulli:
P1 + ? gh1+ 1/2 ? v1 = P2 + ? gh2+ 1/2 ? v2
P1 + ? gh1+ 1/2 ? v1 + (-Ws) + Fr = P2 + ? gh2+ 1/2 ? v2
Aplikasi untuk perancangan Pompa.

2. Larutan Ideal dan Gas Ideal
2.1 Larutan Ideal ( Hukum Roult) :
P1 = Puap . X1 (Suhu>> mk Puap >>)
2.2 Gas Ideal (Hukum Dalton):
P1 = PTotal . Y1
Keseimbangan Uap dan cair ditentukan oleh harga K = y1/x1 = Puap/Ptotal
Pada suhu dan tekanan yang tetap nilai K tetap. Ingat suhu akan mempengaruhi nilai Puap dan tekanan tentunya mempengaruhi Ptotal.
Aplikasi untuk Perancangan Destilasi

3. Mendidih dan Menguap
Suhu mempengaruhi Puap. Suatu (larutan) campuran A dan B memiliki tekanan uap PuapA dan PuapB :
Jika PuapA + PauapB = PLingkungan (Mendidih.)
Jika PuapA + PauapB > PLingkungan (Menguap)

4. Enthalpi (Panas tiap Satuan Mol Zat):
H298 = HP298 – HR298
Hreaksi = H298 + HR + HP
Hreaksi = H298 + ? CP ( Produk) dT+ ? CP ( Reaktan) dT
Q= n.HReaksi

5. Konversi , Selektifitas dan Yield :
5.1 Konversi = (Zat yg bereaksi)/(Zat yg diumpan ke Reaktor) x 100%
Menunjukkan Performa Reaktor
5.2 Selektifitas = (Produk akhir)/(Reaktan tg bereaksi) x Faktor Soikiometri
Menunjukkan Performa Unit Pemisah
5.3 Yield = (Produk Akhir)/(Reaktan yg diumpankan ke reaktor) x 100%
Menunjukkan Performa Seluruh Unit proses

6. Arhennius :
k = A . e -(E/(RT))
k= konstanta kecep. Reaksi
E = Energi aktifasi
A= Faktor Frekuensi

7. Kecepatan reaksi , r
7.1.Non Catalyitic
Jika A dan B adalah reaktan, maka
-r = k CAa . CBb, dimana satuan r tetap = mol/(dt . lt) sedangkan satuan k berubah-ubah sesuai dengan banyaknya variabel Consentrasi (mol/lt).Untuk 1 variabel C,mis CA saja,maka nilai k = 1/dt.
• Pada reaksi A + B ? > C, limiting A , (orde 1–sesuai ratio stoikiometri)
Untuk reaksi diatas : -rA = -dCA/ dt = -dCB / dt = k.CA.CB
–rA = CAo dXA/dt = k.CAo(1-XA) . (CBO-CAO.XA)
• Pada reaksi 2A ? product , (orde 2–sesuai ratio stoikiometri)
-rA = – dCA/dt = k.CA2 = k.CAo2.(1-XA)2
• Pada reaksi : A + 2B ? product, (jk orde 1–dianggap ? ratio stoikiometri)
-ra = -dCA/dt = k.CA.CB = k. CAO2.(1-XA).(M-2A) ..(Levenspiel,p.49)
catt : Kecepatan reaksi ,r = dCA/dt , dimana CA =konsentrasi A dan t = waktu
r= dCA/dt = [1/Vol] [dNA/dt] = [1/Vol] . {dNao[1-x] / dt} = Nao/Vol . (-dx/dt) = Cao.(-dx/dt)
Penjelasan mengenai menentukan orde reaksi dapat dilihat di Buku Chemical Reaction Engineering,2nd edition, p.50-54,by Levenspiel.O
7.2 Catalytic
pada intinya dalam melibatkan katalis, ukuran volume (dalam non Catalytic process) diganti dengan ukuran berat Katalis.
• Untuk Reaksi : A ? 4B (Levenspiel,p.500)
-rA = -[1/W]. dNA/dt = k.CA = (liter/(hr.kgCat)). (mol/lt) = mol/(hr.kgCat)
-rA = (NAO/W). dXA/dt……..dimana, NAO/dt =FAO persamaan ini dapat ditulis :
W/FAO = ? dXA/-rA = ? dXA/(k.CA) =[1/(k.CAO)]. ? [(1+? .XA)/(1-XA) . dXA..persamaan ini jika diintegralkan :
W = FAO/(k.CAO) . [{(1+ ? A).ln[1/(1-XA)} - {? A.XA}] .. berat katalis
Dimana ? adalah nilai dari (? koefisien produk) – (? koefisien reaktan)

8. Macam-Macam Tekanan
PGauge(pd alat) = Pabsolut(dr dlm alat) – PBarometer (1 atm)
Dimana, Pabsolut = Pinternal = rho.(tinggi-1)/144…untuk tangki atau vessel.

9. Hk Thermodinamika
Energi System = E (dalam) + Energi Kinetik + Energi Potensial
Energi Lingkungan = (+-)q (+-) W,
• Jika sistem diberi kerja dan menerima panas :
E+Ek+Ep=q-W, dimana E + W =H
• Fungsi Entalphy dan Perubahan Enthalpy
Jika proses berlangsung pada tekanan tetap Psistem=Pud.luar (sist. terbuka) mk:
dE=dq-P.dV——-kerja=W=d(PV).
E,P dan V adl fungsi keadaan, maka E+PV juga fungsi keadaan yang disebut Enthalphy.shg:
E + PV = H atau dE+d(PV)=dH dan,
H2-H1=dH=q—-q dan H sama-sama merupakan panas/mol (Cp dT) sedangkan Q adalah panas saja (=m Cp dT)

10.Hubungan Thermodinamika dan Kinetika
termodinamika dapat untuk mengetahui reaksi tersebut dapat berjalan atau tidak, dengan:
dG=-RT lnKp, jika nilai dg “-” maka reaksi tersebut dapat berjalan.

11.Neraca Massa
* Flux Massa= NAZ= -DAB . (dCa/dZ)
Input-Output+hasil reaksi=0
S.NAZ(pd z)- S. NAZI(pd Z+dZ) + (-rA).S.dZ=0, dimana
S=luas penampang reaktor ,
-rA = mol/(lt.jam)–tetap–
Penghitungan “Hasil Reaksi” jika menggunakan katalis dapat dihitung dengan rumus ? katalis. Z . A, dengan catatan (-rA) = Kgmol/(Kg.Catalyst x jam)
dan Z tinggi reaktor.
Biasanya pers.tersebut dibagi dengan S.dZ dan dilimitkan terhadap dZ,menjadi :
((NAZI(pd Z+dZ) + NAZI(pd Z) )/dZ) + (-rA)=0
-rA = k.Ca………jk order 1
(d NAZ / dZ) + k.Ca = 0……….dan NAZ= -DAB . (dCa/dZ)
Persamaan tersebut akan menjadi: d2CA/dZ2 – k.CA/DAB =0 (yang merupakan persamaan diff.orde 2)

12.Neraca Panas
* Flux Panas = q =-k. dT/dx, dimana Q/A=q
R.input-R.output+R.generation+R.Transfer=R.Acc
(? (Ni.Cpi)reaktan.dT) – (? (Ni.Cpi)produk.dT) +(-rA).Vol.HReaksi + U.A.(Ts-T)=d/dt (? .Vol.Cp.T) , dimana:
(-rA).Vol = NAo.XA
(? .Vol.Cp.T) = H,dalam perancangan biasanya= 0 (Steady state)
Jangan bingung dengan posisi (Ts-T) pada panas yang “Ditransfer”,jika reaksinya Eksoterm,maka perlu pendingin yang berarti “Panas yang ditransfer” harus mengurangi nilai “Panas Masuk”, untuk itu nilai “Panas yang ditransfer harus “-”,yang berarti delta suhunya “-”,itu berarti pula dapat ditulis (Ts-T)–ingat Ts adalah suhu bahan penukar panas dan T adalah suhu sistem/bahan yang direaksikan.Sehingga baik Eksoterm maupun Endoterm posisinya tetap (Ts-T) tapi Ekso bernilai “-” dan Endo bernilai “+”.
* Jika Isotermal Rin=Rout=Racc = 0
Flux panas , q=- k.dt/dx

Perhitungan Panas sangat penting,terutama jika menghadapi beberapa karakteristik kondisi , berikut kami berikan rumus singkat mengenai keberagaman kondisi tersebut

Untuk Reaktor Kontinu :
Ket Rin – R.Out + R.Gen + R.Supply = R.Acc
Rumus n.Cp.dT – n.Cp.dT + -rA.Vol.Hr + U.A.(Ts-T) = m.Cp.dT/dt
Adiabatis s.d.a s.d.a s.d.a 0 0
Non Adiabatis &non Isothermal s.d.a s.d.a s.d.a U.A.(Ts-T) 0
Isothermal s.d.a s.d.a s.d.a s.d.a 0
Ket: s.d.a = sama dengan atasnya
Untuk reaktor Batch semua nilai dari R.In dan R.Out =0

13.Neraca Momentum
* Flux Momentum = ? yx = -? dVx/dy

14.Tipe-Tipe Reaktor Kimia
Reaktor = tempat terjadinya suatu reaksi
14.1 Reaktor Homogen (Batch, Semi batch, dan Alir)
14.1.1.Reaktor Semibatch jika reaksinya sangat lama dan eksoterm. Misal jika A dan B dicampurkan langsung akan mudah meledak, maka pencampurannya harus perlahan-lahan (semi batch).
14.1.2.Reaktor Alir dibagi dua yaitu :
1.Reaktor alir Tangki Berpengaduk (RATB) atau Continous Stired Tank Reactor (CSTR).
2.Reaktor Alir Pipa (RAP) atau PFR (Plug Flow Reactor)
Keduanya dapat dipasang tunggal/single atau multiple (Seri dan paralel).

14.2 Reaktor Heterogen (dibagi berdasar sistem/fase feednya)
• Sistem Padat-Gas dan Padat Cair = Fixed Bed, Fluidized Bed Reaktor
• Sistem Cair-Gas = Reaktor Gelembung (serupa dengan Fluidised bed) dan Packed Tower (ada bahan isiannya)
• Sistem Cair-Gas-Padat= Trickel Bed dan Reaktor Slurry

15.Katalis
Fungsi mempercepat laju reaksi.
• Pada Reaksi Reversibel dapat menggeser keseimbangan
• Pada Reaksi Multiple memberikan tingkat Laju reaksi yang berlainan,antara reaksi Primer dan sekundernya
• Pada Fase Homogen,katalis hanya berpengaruh pada mekanissmenya saja.Pada fase ini yang penting adalah pemisahan katalis dengan produk/sisa produk harus baik.
• Pada Fase Heterogen,pemisahan lebih mudah.
15.1.Katalis dan Macamnya :
• Supported Catalyst, bahan aktif yang dioperasikan ke dalam bahan lain yang porus agar luas muka kontak besar.
• Bulk Catalist Material, biasa disebut juga Platinum Wire Mess atau katalis yang berbentuk jaringan kawat (semacam jaring) yang dilalui feed.

15.2.Pengaruh Katalis dan hubungannya dengan Laju Reaksi
• Luas muka aktif Katalist>> maka Volume reaktor << • Konsentrasi Peraeaksi juga berpengaruh pada laju reaksi • Suhu dan Tekanan Operasi • Difusi dan Kinetika reaksi yang menunjang, untuk T >> yang mengendalikan adalah difusi karena dengan T>>,maka, r(kec.reaksi) >>,ingat rumus arhennius.Selain suhu, konsentrasi juga menentukan.Sedangkan jika T<< yang mengendalikan adalah reaksi kimia,karena r<<,sedangkan difusi hampir tidak dipengaruhi oleh perubahan suhu tapi dipengaruhi oleh perlakuan fisik,seperti pengadukan. 15.3.Degradasi Katalis Degradasi Katalis =penurunan kemampuan katalis dalam mempercepat laju suatu reaksi,hal ini disebabkan oleh: • Penurunan kinerja katalis,ini dilihat dari penurunan laju reaksi (Konversi reaksi semakin rendah),Dapat ditanggulangi (untuk sementara) dengan menaikkan suhu sehingga kecepatan reaksinya membesar yang otomatis konversinya baik lagi.Penurunan kinerja ini dapat terjadi karena : 1. Physical Loss (Katalis hilang),misalnya pemrosesan reaksi dengan katalis yang homogen sehingga akibat pemisahan yang berkelanjutan,sedikit demi sedikit katalis akan hilang.Sedang pada pemrosesan dengan katalis Heterogen khususnya di Fluidized bed reactor, biasanya hilangnya katalis karena gesekan yang terjadi antar katalis (penggerusan). 2. Surface Deposit, artinya tertutupnya permukaan katalis oleh deposit/kerak.Dapat ditanggulangi dengan meregenerasi katalis. 3. Sintering,peristiwa pelengketan hasil dan katalis karena suhu proses berada sedikit dibawah titik lelehnya.Biasanya terjadi jika ditempuh proses menaikkan suhu untuk mengatasi kinerja katalis yang berkurang (spt.diatas) yang berakibat terjadinya pelengketan hasil dan katalis.Umunya terjadi pada:Katalis padat dan reaksi dengan feed gas,dan terjadi pada muka aktif. Sintering mudah terjadi akibat perpindahan panas yang buruk (terjadi hot spot–ketidak seragaman panas tiap titik–) sedang hot spot dapat terjadi karena pencampuran reaktan yang kurang baik.Sintering terjadi ketika suhu=1/2 titik leleh katalis. 4. Poissoning ,peracunan pada permukaan katalis,terjadi karena:Umpan tidak murni/banyak pengotor (Feed impuritis),contoh gas alam tercemar oleh H2S,yang itu harus dihilangkan dulu dengan Fe2O3. 5. Perubahan Kimiawi. Untuk melihat tentang kinerja katalis (dengan observasi) lihat dihalaman 476 Levenspiel. 16.Komposisi Minyak Bumi Minyak bumi terdiri dari campuran Hidrokarbon ( mengandung unsur C dan H) dan Non Hidrokarbon (unsur S,O,N dan Logam-logam) 16.1.Senyawa Hidrokarbon digolongkan menjadi: 1. Parafin, CnH2n+2 2. Naftalen, CnH2n 3. Aromatis, CnH2n-6 4. Olefin, CnH2n 5. DiOlefin, CnH2n-2 Nomor 1,2 dan 3 terdapat dalam minyak mentah.Sedang nomor 4 dan 5 terjadi pada saat pemrosesan minyak mentah. Pada umumnya suatu Industri Pengolahan Minyak bumi memakai Crude oil (Minyak Mentah) berciri Parafinik dan Naftenik. Bagaimana cara mengetahui kandungan suatu Crude itu Parafinik atau Naftenik? Ada faktor Karakterisktik (K); K = (Titik Didih rerata molar)1/3 : (SpGr pd T=600F) Jika nilai K: 12,15-12,9 Dasar Parafinik 11,5-12,1 Dasar Tengahan 10,5-11,45 Dasar Naftenik Adapun sifat-sifat umum dari Parafinik Base dan Naftenik Base adalah: Sifat-Sifat Dasar Parafin Dasar Naften API gravity • B - Kandungan Nafta • B - Angka Oktan – • B Smoke Point • B - Angka Cetan • B - Ttk Tuang Pelumas -B Indeks Viskositas • B - Keterangan : • = Tinggi ….B = Baik Minyak berciri Parafinik dipilih oleh suatu industri Pengolahan Minyak jika pabrik tersebut membutuhkan unsur Wax yang merupakan hasil dari pemrosesan Crude Parafinik. Sedang minyak berciri Naftenik diambil jika pabrik tersebut berkonsentrasi pada pembuatan Gasoline (Bensin ) mengingat bentuk naftenik berbentuk Cincin (mendekati benzen/aromat) daripada Parafinik. Naftenik mempunyai angka Oktan tinggi. Yang lebih baik lagi jika suatu Crude Oil mengandung Aromat tinggi. Mengingat proses pembutan bensin adalah proses Aromatisasi (Pembentukan cincin), sehingga tidak memperberat proses di pengilangan.