TEKNIK REAKTOR: CONTOH SOAL MENENTUKAN PERSAMAAN LAJU REAKSI DENGAN ANALISIS INTEGRAL DATA REAKTOR BATCH

Diketahui Soal Berikut: 

Saponifikasi etil asetat dengan natrium hidroksida, yaitu,

telah diselidiki pada 298 K (77 ° F) dalam reaktor batch isotermal yang diaduk dengan baik. Data berikut dikumpulkan:

Waktu, min	5	9	13	20	25	33	37
Konsentrasi NaOH, g · mol/L	0.00755	0.00633	0.00541	0.00434	0.00383	0.0032	0.00296

Lari dimulai dengan jumlah natrium hidroksida dan etil asetat yang sama (0,1 g · mol/L) sebagai reaktan. Hitung urutan keseluruhan reaksi dan nilai konstanta laju reaksi pada 298 K, dan tulis ekspresi laju untuk reaksi tersebut.

Prosedur Perhitungan

1. Asumsikan bentuk fungsional untuk ekspresi laju.

   Ekspresi laju untuk reaksi ini dapat diberikan oleh persamaan berikut, yang menghubungkan laju penghilangan r natrium hidroksida dengan konsentrasi reaktan dan produk:

   

   Dalam ungkapan ini, a, b, c, dan d adalah urutan reaksi yang tidak diketahui, k1 dan k-1 adalah konstanta laju maju dan mundur, dan rumus kurung menunjukkan konsentrasi senyawa. Analisis integral dari data memerlukan asumsi tentang bentuk fungsional dari ekspresi laju reaksi (misalnya, orde nol, orde pertama, orde kedua sehubungan dengan reaktan yang diberikan), yang kemudian dimasukkan ke dalam keseimbangan bahan reaktor yang sesuai. Nilai literatur menunjukkan bahwa konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini sangat besar (k1/k-1→ ∞). Sebagai tebakan awal, reaksi dapat dianggap orde pertama baik di reaktan maupun ireversibel. Jadi −rNaOH = k[EtAc]1[NaOH]1, di mana k adalah konstanta laju reaksi. Karena reaktan hadir dalam rasio equimolar pada awalnya, [EtAc] = [NaOH] sepanjang proses (jika tebakan awal benar), dan oleh karena itu ekspresi laju dapat dinyatakan sebagai −rNaOH = k[NaOH]2.

2. Masukkan ekspresi laju ke dalam keseimbangan bahan reaktor batch.

   Keseimbangan material sementara untuk NaOH pada reaktor batch isotermal menjadi (NaOH in) - (NaOH out) + (net NaOH generation) = Akumulasi NaOH. Untuk sistem ini,

   
   

   Menata ulang, mengacu pada langkah 1, dan mencatat bahwa konsentrasi dapat diberikan oleh N/V mengarah ke ekspresi

   

3. Pecahkan untuk profil konsentrasi-versus-waktu.

   Ekspresi sebelumnya dapat dipisahkan dan diintegrasikan untuk memberikan profil konsentrasi-versus-waktu yang dapat diuji terhadap data eksperimen. Mengintegrasikan

   

   Melakukan integrasi yang ditunjukkan dan menyederhanakan mengarah ke ekspresi

   

4. Plot data.

   Model yang diasumsikan (orde pertama dalam reaktan dan ireversibel) memprediksi bahwa jika data diplot sebagai (l/[NaOH]0 - l/[NaOH]) versus waktu, garis lurus yang melewati asal harus diperoleh, dan kemiringan garis ini akan menjadi konstanta laju reaksi −k. Plot data eksperimen menurut model ini ditunjukkan pada Gambar 5.1. Seperti yang dapat dilihat, datanya cukup cocok dengan model yang diasumsikan. Konstanta laju reaksi, sebagaimana ditentukan dengan mengukur kemiringan, ditemukan

   
5. Gambar 5.1 Profil konsentrasi-versus-waktu (Prosedur 5.1)

   

Dengan demikian laju saponifikasi etil asetat dengan natrium hidroksida dapat dimodelkan secara memadai dengan ekspresi laju bentuk