TEKNIK REAKTOR: CONTOH SOAL MENGHITUNG WAKTU REAKSI YANG DIPERLUKAN PADA REAKTOR BATCH

Diketahui Soal Berikut: 

Hidrogenasi fase gas heterogen asetilena menjadi etana pada 1000 K (1341 ° F), yaitu,

telah ditemukan untuk melanjutkan dengan laju reaksi yang mungkin cukup diwakili oleh persamaan laju

Percobaan laboratorium pada 1000 K menunjukkan bahwa konstanta laju reaksi adalah 1 × 105 g · mol/(L)(min). Jika campuran hidrogen 75 mol% dan asetilena 25% dibebankan ke l-L (0,035 kaki3 atau 0,001-m3) reaktor batch dan 0,001 g · mol asetilena hadir pada awalnya dalam reaktor, hitung waktu penahanan pada 1000 K yang diperlukan untuk mencapai konversi fraksional asetilena 90% menjadi etana. Reaktor akan dioperasikan pada suhu konstan 1000 K.

Prosedur Perhitungan

1. Kembangkan persamaan desain batch-reaktor dari keseimbangan massa.

   Untuk menemukan waktu penahanan yang diperlukan, hubungan antara waktu reaksi dan laju konversi asetilena harus dikembangkan. Ini dapat dikembangkan dari keseimbangan massa pada reaktor batch. Karena kepadatan molar dari campuran yang bereaksi tidak konstan (ada perubahan bersih dalam jumlah mol karena reaksi), tekanan reaktor harus berubah sesuai dengan itu.

   Keseimbangan material pada komponen A dalam reaktor batch memberikan

   
   

   Karena konsentrasi sama dengan N / V, laju reaksi asetilena diberikan oleh

   

   Persamaan desain untuk reaktor batch dengan demikian menjadi

   

   Persamaan ini dapat disusun kembali dalam hal total mol X asetilena yang dikonversi, di mana X adalah fungsi dari waktu yang berlalu. Karena reaksi 1 mol asetilena melibatkan 2 hidrogen mol dan menghasilkan 1 etana mol, reaktor batch akan mengandung pada waktu tertentu t campuran berikut (dengan subskrip 0 mengacu pada jumlah yang awalnya ada):

   

   Dengan demikian, jumlah total mol adalah jumlah dari ketiga persamaan ini, atau NT,0 − 2X. Persamaan desain dengan demikian menjadi

   

2. Pisahkan dan integrasikan persamaan desain reaktor batch.

   Waktu reaksi yang diperlukan untuk komposisi awal yang diberikan dan konversi reaktan sekarang dapat dihitung langsung dari ekspresi sebelumnya, setelah ekspresi ini diintegrasikan dan dipecahkan untuk t = f(X). Metode solusi yang tepat adalah sebagai berikut:

   1. Pisahkan variabel.

      

   2. Integrasikan.

      

   3. Evaluasi antar batas.

      Evaluasi integral antara 0 dan x untuk sisi kiri dan antara 0 dan t untuk sisi kanan memberikan ekspresi berikut untuk waktu reaksi sebagai fungsi konversi molar total:

      

3. Pecahkan untuk waktu reaksi.

   Total konversi molar asetilena pada konversi fraksional 90% dapat ditemukan dengan aplikasi langsung dari definisi untuk konversi molar fraksional dan total. Jadi, diamkan  untuk konversi fraksional asetilena, yang didefinisikan sebagai

   

   Menurut pernyataan masalah, ini sama dengan 0, 9. Karena  dari langkah 1, X sama dengan total konversi molar asetilena, didefinisikan sebagai . Oleh karena itu sama dengan (0,001 - 0,0001) = 0,0009 g · Mol.

   Nilai ini untuk konversi molar total, bersama dengan mol awal C2H2 dan H2, sekarang memungkinkan waktu reaksi untuk dihitung. Karena campuran awal adalah 75% hidrogen dan 25% asetilena,  3(0,001) = 0,003. Mengganti ke dalam persamaan desain dari langkah 2,

   

   Pemecahan, t = 8, 86 menit. Dengan demikian sekitar 9 menit diperlukan untuk mengubah 90% asetilena yang awalnya dibebankan ke reaktor 1-L menjadi etana.