Kinetika Reaksi [PDF]

Citation preview

Kinetika reaksi Model I Persamaan dasar kinetika reaksi menurut Arrhenius dapat dinyatakan dengan: dy =A e−E / RT dt



(1)



Keterangan: y



= Fraksi massa, mt/mi



mt



= Massa ampas tebu pada saat t



mi



= Massa ampas tebu awal pada saat t = 0



A



= faktor pre-eksponensial (s-1)



E



= Energi aktivasi (kJ/mol)



R



= Konstanta gas ideal (8,314 x 10-3 kJ/mol.K)



T = Temperatur ampas tebu (K) Persamaan (1) dilinearkan menjadi: ln



dy E =ln A− dt RT



(2)



Persamaan (2) dapat dimisalkan menjadi y = a+bx Dimana y=ln



dy −E 1 ; a=ln A ; b= ; x= dt R T



Hasil ploting y vs x akan memperoleh nilai energi aktivasi (E) dari slope (b), yaitu E = -bR dan nilai faktor pre-eksponensial (A) dari intersep (a), yaitu A = exp(a).



Model II Model ini dapat memberikan informasi orde reaksi. Laju dekomposisi padatan (sekam) secara umum dinyatakan dalam persamaan (3). dα =k ( T ) f (α ) dt



(3)



Dimana α adalah rasio konversi massa, yaitu α = (mo-mt)/(mo-mf) dengan mo adalah massa ampas tebu mula-mula dan mf adalah massa ampas tebu akhir. f(α) merupakan fungsi mekanisme kinetika yang terlibat dalam degradasi ampas dan k(T) adalah konstanta laju yang berubah terhadap waktu berdasarkan Arrhenius.



k (T )= A exp



( −E RT )



(4)



Dengan mengombinasi persamaan (3) dan (4), laju reaksi dapat dituliskan sebagai: dα −E = A exp f (α ) dt RT



( ) dα −E = A exp ( (1−α ) dt RT )



(5)



n



(6)



Persamaan (6) dilinearkan menjadi: ln



dα E =ln ( A )+ n ln (1−α )− dt RT



(7)



Persamaan (7) dapat dimisalkan menjadi y = a+bx Dimana y=ln



dα −E 1 ; a=ln ( A ) +n ln ( 1−α ) ; b= ; x= dt RT T



Hasil ploting y vs x akan diperoleh nilai energi aktivasi € dari slope (b), yaitu E = -bR. Sedangkan nilai faktor pre-eksponensial (A) diperoleh dari modifikasi persamaan (6). dα dt = A (1−α )n −E exp RT



(8)



( )



Persamaan (80 dilinearkan menjadi: dα dt =ln ( A )+ n ln (1−α ) ln −E exp RT



( ( ))



dα dt Selanjutnya plotting ln −E exp RT



( ( ))



(9)



versus ln ( 1−α ) akan menghasilkan faktor pre-eksponensial



(A) dari nilai intersep dan orde reaksi (n) dari slope.



Model III Model ini mengadaptasi persamaan (6) pada model II, namun reaksi diasumsikan mengikuti orde satu.



dα −E = A exp ( 1−α ) dt RT



( )



(10)



Pada laju pemanasan yang konstan selama pirolisis, β =



dT , persamaan (10) bisa diubah dt



menjadi d α dα −E = exp dT 1−α β RT



( )



(11)



Hasil integral dan linierisasi persamaan (11) menghasilkan ln



(



−ln ⁡(1−α ) AR E =ln − 2 βE RT T



) ( )



(12)



Persamaan (12) dapat dimisalkan menjadi y = a+bx. Diamana y=ln



(



−ln ⁡(1−α ) 1 AR E ; b= ; a=ln ; x= 2 T βE RT T



)



( )



Hasil plotting y vs x akan diperoleh nilai energi aktivasi € dari slope (b), yaitu E = -bR dan nilai βE exp ⁡(a). faktor pre-eksponensial (A) dari intersep (a), yaitu A= R Validasi model dilakukan dengan membandingkan massa ampas tebu yang diperoleh dari perhitungan (model) dengan massa ampas tebu hasil percobaan (data). Massa sekam hasil perhitungan diperoleh diperoleh dari neraca massa dekomposisi ampas tebu. R.input – R.output – R.reaction = R.accumulation 0-0-k.m =



dm dt



dm =−k . m dt mt



t



∫ ⅆdtm =−k ∫ dt mo o ln mt −ln mo=−k .t



( mtmo )=−kt mt ( mo )=exp ⁡(−kt) ln



mt =mo exp(−kt )