3304S1TKCE30532018 - Azas Teknik Kimia I - Pertemuan 1 - Materi Tambahan PDF

 

RENCANA PEMBELAJARAN SEMESTER (RPS) 1.  Nama Mata Kuliah

: Azas Teknik Kimia I

2.  Kode Mata Kuliah/SKS

: CE3053/3 SKS

3.  Semester

: 3

4.  Prasyarat

: Kimia Dasar; Pengantar Teknik kimia

5.  Status Mata Kuliah

: Wajib

6.  Dosen Pengampu Mata Kuliah: Ir. Neneng Ratnawati M.Si 7.  Deskripsi Singkat Mata Kuliah

Mata kuliah ini merupakan mata kuliah wajib di program studi Teknik Kimia. Mata kuliah ini mengkaji

tentang persamaan kimia dan stoikhiometri.

Mengkaji dan

memahami konsep neraca masa secara umum. umum. Mengkaji dan mempelajari perhitungan neraca masa secara rinci dalam unit peralatan baik ada reaksi kimia maupun tanpa reaksi kimia. .

Metode pembelajaran yang digunakan meliputi teori yang disampaikan dengan

ceramah, diskusi/Tanya jawab, serta latihan menyelesaikan soal.Tugas yang diberikan kepada mahasiswa berupa latihan soal. Evaluasi yang digunakan adalah penilaian tugas dan kuiz, ujian tengah semester dan ujian akhir semester, dengan bobot penilaani :Kehadiran :Kehadiran (10%), Tugas dan kuiz (20%), UTS (35%) dan UAS (35%). 8. 

Tujuan Pembelajaran

Mahasiswa mampu mengetahui dan memahami

persamaan kimia dan stoikhiometri.

Mengetahui dan memahami konsep neraca masa secara umum. Mengetahui dan memahami metode penyelesaian neraca masa baik secara langsung, al jabar  jabar maupun “tie element”. Mengetahui dan memahami neraca masa pada alat sederhana ( 1 alat ) maupun multiple alat. Mengetahui dan memahami neraca masa m asa dengan recycle, baik dengan tanpa reaksi maupun dengan reaksi kimia. Mengetahui dan memahami neraca masa mas a dengan “by  pass”. Mengetahui dan memahami neraca masa dengan recycle dan ” purging”. purging”.  

 

 

9.  Capaian Pembelajaran Perkuliahan

1.  Mampu memaparkan persamaan kimia dan stoikhiometri. Mampu menulis dan menyeimbangkan persamaan reaksi kima. Mampu menghitung kuantitas stoikhiometrik dari reaktan dan produk yang diketahui reaksi kimianya. Mampu mendefinisikan

reaktan

berlebih,

reaktan

pembatas,

konversi,

derajad

 penyelesaian reaksi, selektivitas dan yield. Mengenali reaktan pembatas dan  berlebih dan menghitung persentase kelebihan reaktan, persen konversi. konversi. 2.  Mampu memaparkan konsep neraca masa secara umum. Mampu mendefinisikan sebuah system dan menggambar batas-batas system, dimana neraca masa tersebut akan dibuat. Mampu menjelaskan system tertutup dan terbuka. 3.  Mampu menjelaskan dan menerapkan metode perhitungan neraca masa, baik secara langsung, aljabar maupun “tie element”.  element”.   4.  Mampu memecahkan masalah dan menerapkan metode perhitungan neraca masa  pada suatu unit alat baik single maupun multiple unit. unit. 5.  Mampu menggambar diagram alir untuk masalah yang melibatkan daur ulang (recycle), by pass dan recycle disertai purging. Mampu menjelaskan tujuan arus daur ulang, by pass dan purging. Mampu menjelaskan konversi sekali lewat dan konversi secara keseluruhan. Mampu memecahkan masalah dan menerapkan  perhitungan neraca masa dengan recycle baik tanpa reaksi maupun maupun dengan reaksi kima. 6.  Mampu memecahkan masalah dan menerapkan perhitungan neraca masa dengan “by pass”  pass”  7.  Mampu memecahkan masalah dan menerapkan perhitungan neraca masa dengan

recycle dan ” purging”. 

10. Materi Pembelajaran atau Pokok Bahasan atau Topik

1.  Persamaan kimia dan stoikhiometri 2.  Konsep neraca masa 3.  Metode penyelesaian neraca masa  

 

4.   Neraca masa pada system sederhana (1 alat) 5.   Neraca masa pada system kompleks (multiple alat) 6.   Neraca masa tanpa reaksi kimia dengan recycle 7.   Neraca masa dengan reaksi kimia dengan recycle 8.   Neraca masa dengan “by pass”  pass” 

9.   Neraca masa dengan reaksi kimia dengan recycle dan purging. 11. Evaluasi yang Direncanakan 1.  Tugas : Menyelesaikan soal dan kuiz mengenai tugas (Bobot 20%) 2.  UTS : Ujian tertulis ( Bobot 35% ) 3.  UAS : Ujian tertulis ( Bobot 35% ) 12. Referensi, Sumber Informasi dan Bahan Acuan.

1.  D.M. Himmelblau, 1982.  Basic Principles and calculation in Chemical  Engineering. Prentice Hall Inc, London.  Engineering. 2.  R.M Felder & Rousseau,  Elementary Principles of Chemical Processes. Processes. John Willey & Sons, New York. 3.  O.A.Hougen ; K.M.Watson and R.A. Ragatz, 1976, Chemical Proces Principles. Principles. John Wiley & Sons, New York. 4.  B I Bhatt & S M Vora, 1984. Stoichiometry. Stoichiometry.   Tata McGraw-Hill publishing Company Limited New Delhi 5.  Ernest J. Henley & Edward M.Rosen , Material and Energy Balance Computations.. John Wiley & Sons, New York. Computations

 

6. G.V. Reklaitis, 1983. Introduction 1983.  Introduction to Material & Energy Balances Balances. John Wiley & Sons, New York.

 

 

Persamaan Kimia Dan Stoikhiometri Ir.Neneng Ratnawati, M.Si

Persamaan kimia memberi informasi kwalitatif & kwantitatif yang sangat penting pada perhitungan-perhitungan perhitungan-perhitungan massa bahan yang terlibat dalam proses proses kimia. Sebagai contoh, ambil pembakaran Heptana seperti ditunjukkan ditunjukkan dibawah ini. Apa yang dapat kita pelajari dari persamaan ini ? C7H16  + 11 O2

7CO2 + 8 H2O.

Persamaan tersebut memberikan informasi , baik kualitatif mapun kuantitatif Persamaan tersebut memberitahu kita tentang rasio stoikhiometrik . Pertama pastikan bahwa persamaan tersebut setimbang. Kemudian kita dapat melihat bahwa 1 mol ( bukan lb massa atau kg) heptana akan bereaksi dengan 11 mol oksigen untuk memberikan 7 mol karbon dioksida dan 8 mol air. Mol tersebut bisa lb mol, g mol, kg mol . Bilangan  –  bilangan yang berada di depan senyawasenyawa tersebut dikenal sebagai koefisien stoikhiometrik ( stoichiometric coefficient ) : 1 untuk C7H16  ; 11 untuk O2  dst.

Stoikhiometri : menyangkut perbandingan jumlah unsur-unsur/senyawasenyawa yang bereaksi dengan jumlah yang tepat sesuai dengan persamaan reaksi. Rasio yang diperoleh dari koefisien numerik dalam persamaan kimia adalah rasio stoikhiometrik (stoichiometric rations) yang memungkinkan anda untuk menghitung mol dari suatu zat yang berhubungan dengan mol zat lainnya dalam persamaan kimia tersebut.

Jika basis yang dipilih adalah massa ( lb massa, kg ) bukan mol, anda harus menggunakan metode berikut ini dalam memecahkan masalah yang melibatkan penggunaan persamaan kimia : (1) Gunakan berat molekul untuk menghitung jumlah jumlah mol zat yang ekivalen dengan basis tersebut.

 

 

(2) Ubah jumlah mol ini kedalam jumlah mol yang sesuai dari hasil atau reaktan yang diinginkan dengan mengalikannya dengan rasio stoikhiometrik stoikhiometr ik yang tepat, seperti yang ditentukan dari persamaan kimia. (3) Ubahlah mol produk atau reaktan menjadi massa. Semua ini dapat dikerjakan dalam satu rangkaian.

Sebagai contoh, Jika 10 kg C 7H16  bereaksi sempurna dengan kuantitas stoikhiometrik stoikhiometr ik dari O2 , berapa kg CO2 yang akan didapat sebagai produk ? Pada basis 10 kg C 7H16 : 10 kg C7H16 

1 kg mol C7H16 

7 kg mol CO2 

44,0 kg CO2 

100,1 kg C7H16 

1 kg mol C7H16 

1 kg mol CO2 

= 30,8 kg CO2 

Persamaan kimia tidak menunjukkan menunjukkan seberapa cepat sebuah reaksi terjadi atau seberapa banyak yang bereaksi, atau bahkan apakah sebuah reaksi memang terjadi. Contoh : Segumpal batubara di udara akan tetap tidak terpengaruh pada suhu kamar, tetapi akan pada suhu yang lebih tinggi batubara tersebut akan terbakar dengan cepat. cepat. Ya Yang ng ditunjukkan ditunjukkan ole oleh h seb sebuah uah persam persamaan aan kimia adalah jjumlah umlah stoikhiometri yang diperlukan untuk reaksi dan yang diperoleh dari reaksi jika reaksi tersebut berlangsung menuju sempurna/selesai dalam cara yang tertulis.

Contoh 1.

Dalam pembakaran Heptana, dihasilkan CO2. Asumsikan bahwa anda ingin menghasilkan 500 kg es kering per jam dan bahwa 50 % dari CO2 tersebut dapat diubah menjadi es kering, seperti diperlihatkan pada gambar dibawah ini. Berapa banyak Heptana yang harus dibakar per jam ?

 

 

Produk-produk lain

CO2 gas ( 50 % )

C7H16 gas Reaktor 

Penyelesaian : Basis : 500 kg es kering BM Heptane : 100,1 Pers. Kimia adalah : C7H16  + 11 O2 500 kg es kering 1 kg CO2  O,5 kg es kering

CO2 padat ( es kering) ( 50 % ) 500 kg/jam

7 CO2 + 8 H2O 1 kg mol CO2 

1 kg mol C7H16 

44 kg CO2 

7 kg mol CO2 

100,1 kg C7H16  1kg mol C7H16  = 325 kg C7H16 

Contoh 2. 

Korosi pipa ketel oleh Oksigen dalam air dapat dikurangi dengan penggunaan Natrium Sulfit. Natrium Sulfit mengambil Oksigen dari air umpan ketel menurut reaksi berikut : 2 Na2SO3 + O2

2 Na2SO4 

Berapa kg Natrium Sulfit diperlukan secara teoritis untuk menghilangkan Oksigen dari 8.330.000 kg air yang mengandung 10 ppm oksigen terlarut dan menjaga agar ada 35 % natrium berlebih ?

 

 

Jawab : Basis : 8.330.000 kg H2O dengan kadar 10 ppm O 2

O2 dalam air =

10 kg O2  6

10 kg H2O

= 8.330.000 kg H2O = 83,3 kg =

Na2SO3 yang harus ditambahkan ( 35 % berlebih ) = 2 x

83,3 32

k mol

83,3 x 126 x 1.35 32

= 885 kg Contoh 3.

Analisa Batu kapur : CaCO3  : 92,89 % MgCO3  : 5,41 % Insoluble : 1,70 % CO2 

Batu kapur

CaO MgO Insoluble

Pertanyaan : (a) Berapa lb Kalsium Oksida dapat dibuat dari 5 ton batu kapur ini ? (b) Berapa lb CO2 dapat diperoleh per lb batu kapur ? (c) Berapa lb batu kapur dibutuhkan untuk membuat 1 ton kapur ?

 

kapur

 

Penyelesaian : Pers.reaksi : CaCO3 

CaO + CO2 

MgCO3 

MgO + CO2

  .(1)

…….

………

(2)

Data :

BM

CaCO3 

MgCO3 

CaO

MgO

CO2 

100,1

84,32

56,08

40,32

44,0

Basis : 100 lb batu kapur Basis ini dipilih karena lb = persen Batu kapur Komponen

lb = persen

lb mol

lb

0,9280

Komponen padat CaO

52,04

CO2  ( lb) 40,83

CaCO3 

92,89

MgCO3 

5,41

0,0642

MgO

2,59

2,82

Insoluble

1,70

-

Insoluble

1,70

-

Total

100

0,9920

Total

56,33

43,65

Menghitung jumlah yang ditanyakan : 52,0 lb CaO

2000 lb

(a) CaO yang dihasilkan =

= 5.200 lb CaO 100 lb batu kapur 43,7 lb CO2 

(b) CO2 yang diperoleh = 100  lb batu kapur

 

5 ton

1 ton

 

100  lb batu kapur

2000 lb

56,33 lb kapur

1 ton

(c ) Batu kapur yang dibutuhkan =

= 3.550 lb batu kapur

Sebuah asumsi implisit dalam perhitungan diatas adalah bahwa reaksi tersebut terjadi tepat seperti yang tertulis dalam persamaan persamaan dan berjalan sampai 10 100 0% selesai. Ketika reaktan, produk, atau derajad penyelesaian dari reaksi yang sebenarnya berbeda dari asumsi persamaan, data tambahan harus tersedia untuk memperkirakan hasil dari reaksi.

Latihan soal: 1.  Jika 1 kg benzene ( C6H6) dioksidasi dengan oksigen, a.  berapa kilogram O2  yang dibutuhkan untuk mengubah semua benzena tersebut menjadi CO2 dan H2O b.  Berapa CO2 yang dihasilkan Jawab: •

  Tulis persamaan kimia C6H6  +

15  O2  2

6CO2  + 3H2O

Atau 2C6H6  + 15 O2  • •

12CO2  + 6H2O

  Tetapkan basis perhitungan ( 1 kg benzene ) 1000 1   k mol atau  g mol   Jadikan ke mol ,…….   

  

15⁄ a.  O2 yg dibutuhkan = 2 x jumlah mol benzene x BM O2  1

= 3,076 kg 6 1

b.  CO2 yang dihasilkan =  x jumlah mol benzene x BM CO2 

 

 

2.  Hitunglah jumlah CaO yang dapat dibuat dengan memanaskan 200 kg batu kapur yang mempunyai kemurnian kemurnian 95 % CaCO3 . Pers. reaksi : BM :

CaCO3  CaCO3 = 100 CaO = 56,1

CaO + CO2 

Penyelesaian : • • • •

 

       

Tetapkan basis ( 200 kg batu k kapur apur ) Cari kandungan CaCO3 dalam batu kapur Ubah ke mol Hitung CaO , 1/1 x m mol ol CaCO3 = 106,59 kg