Simulator Interaktif Perbezaan Proses Sentuh dan Haber

Simulator Perbezaan Proses Sentuh dan Proses Haber

Dibangunkan oleh: Ir. MD Nursyazwi dan Teacher Greanna

Aplikasi ini mensimulasikan kesan pelbagai syarat (Suhu, Tekanan, dan Pemangkin) ke atas kadar penukaran (conversion rate) bagi Proses Haber (Ammonia) dan Proses Sentuh (Asid Sulfurik) dalam Kimia Industri.

1. Panduan Penggunaan Simulator Interaktif

Simulator ini membantu anda memahami secara praktikal aplikasi Prinsip Le Chatelier dalam proses kimia industri berskala besar bagi memaksimumkan hasil produk dan kecekapan operasi.

1. Pilih Proses: Tetapkan sama ada Proses Haber atau Proses Sentuh daripada menu juntai bawah.
2. Tetapkan Syarat Input: Masukkan nilai Suhu (T) dan Tekanan (P) yang anda ingin uji dalam simulasi.
3. Pilih Pemangkin: Tentukan sama ada anda menggunakan pemangkin piawai industri atau tiada pemangkin.
4. Jalankan Simulasi: Tekan butang 'Jalankan Simulasi Industri & Kira' untuk memulakan animasi carta alir dan mendapatkan kadar penukaran teoritikal.

Nota: Suhu diukur dalam darjah Celcius (°C) dan Tekanan dalam Atmosfera (atm).

2. Input Syarat Operasi Industri

Pilih Proses Industri: Proses Haber (Pengeluaran Ammonia - NH₃) Proses Sentuh (Pengeluaran Asid Sulfurik - H₂SO₄)

Suhu (°C) (Julat Khas: 400 - 550):

Tekanan (atm) (Julat Khas: 100 - 300):

Pemangkin (Katalis) Digunakan:

3. Carta Alir Proses dan Radas Utama

Carta Alir di bawah memvisualisasikan langkah-langkah utama yang terlibat dalam proses kimia industri yang dipilih. Garisan aliran akan dianimasikan untuk mewakili pergerakan bahan tindak balas dan produk.

Pilih proses dan masukkan syarat untuk memulakan simulasi.

4. Data Output & Analisis Kuantitatif

Status: Menunggu syarat input...

5. Perbandingan Kadar Penukaran Produk (Conversion Rate)

Carta bar ringkas ini membandingkan peratusan kadar penukaran hasil di bawah syarat yang anda masukkan dengan kadar yang dicapai di bawah syarat optimum industri.

Graf akan dipaparkan selepas simulasi berjaya.

6. Analisis Termodinamik dan Kinetik dalam Sintesis Industri (Aplikasi Prinsip Le Chatelier)

Kedua-dua Proses Haber dan Proses Sentuh merupakan prototaip penting bagi tindak balas keseimbangan berbalik (reversible equilibrium) yang dioptimumkan pada skala megaton. Kejayaan ekonomi diukur melalui kadar penukaran (conversion rate) yang dimaksimumkan. Berikut adalah analisis langkah demi langkah mengenai keputusan pemilihan syarat optimal:

✅ RUMUSAN ANALISIS KESEIMBANGAN (Prinsip Le Chatelier)

Langkah A: Analisis Termokimia (Perubahan Entalpi - ΔH)

• Prinsip Termodinamik: Suhu rendah mengalihkan keseimbangan ke arah tindak balas yang Eksotermik (melepaskan haba), sekali gus memberikan hasil keseimbangan yang tertinggi.
• Aplikasi Industri: Kedua-dua sintesis Ammonia (NH₃) dan Sulfur Trioksida (SO₃) adalah Eksotermik. Oleh itu, suhu rendah secara teoritis menggalakkan hasil produk.
• Kompromi Kinetik: Suhu rendah akan membuat laju tindak balas terlalu perlahan. Oleh itu, suhu optimal (Contoh: 450-550°C) adalah suhu kompromi untuk menyeimbangkan antara hasil yang tinggi (dikawal oleh Termodinamik/Prinsip Le Chatelier) dan laju tindak balas yang pantas (dikawal oleh Kinetik Kimia).

Langkah B: Analisis Perubahan Mol Gas (Δn) untuk Tekanan

• Prinsip Keseimbangan: Peningkatan tekanan mengalihkan keseimbangan ke arah yang mempunyai jumlah mol gas bersih yang lebih rendah.
• Proses Haber: N₂(g) + 3H₂(g) ↔ 2NH₃(g). (4 mol gas → 2 mol gas). Tekanan Tinggi (150-250 atm) adalah WAJIB untuk mendorong hasil tinggi kerana pengurangan mol gas yang signifikan.
• Proses Sentuh: 2SO₂(g) + O₂(g) ↔ 2SO₃(g). (3 mol gas → 2 mol gas). Kesan tekanan adalah kurang signifikan. Tekanan Rendah (1-2 atm) sudah mencukupi kerana kadar penukaran sudah tinggi (99%) dan penggunaan tekanan tinggi meningkatkan kos reaktor dan keselamatan operasi.

Langkah C: Analisis Konsentrasi (Penyingkiran Produk)

• Taktik Reaktor: Mengeluarkan produk secara berterusan (e.g., penyejukan NH₃ menjadi cecair) menyebabkan sistem bergeser ke arah Produk (kanan) untuk menggantikan kepekatan yang hilang, selaras dengan Prinsip Le Chatelier.
• Keberkesanan: Ini adalah taktik paling efektif dalam industri untuk meningkatkan kadar penukaran keseluruhan sistem.

Langkah D: Peranan Pemangkin (Katalis)

Pemangkin (seperti Ferum dalam Haber atau V₂O₅ dalam Sentuh) adalah wajib kerana fungsinya adalah untuk mempercepatkan kadar tindak balas dengan menyediakan laluan alternatif bertenaga pengaktifan yang lebih rendah. Pemangkin TIDAK mengubah kedudukan keseimbangan (iaitu, tidak mempengaruhi hasil maksimum) tetapi membenarkan keseimbangan dicapai dengan lebih pantas pada suhu kompromi yang dipilih.

7. Keselamatan dan Langkah Berjaga-jaga Industri

Pengendalian tindak balas kimia industri berskala besar seperti Proses Haber (Ammonia) dan Proses Sentuh (Asid Sulfurik) melibatkan risiko keselamatan yang tinggi kerana syarat operasi yang melampau dan sifat bahan kimia yang berbahaya.

Proses Haber (Ammonia, NH₃)

• Tekanan Melampau: Reaktor beroperasi pada 150-250 atm. Perlu reaktor yang sangat teguh dan langkah kawalan tekanan kritikal untuk mengelakkan letupan.
• Gas Reaktif: Gas Hidrogen (H₂) mudah terbakar, manakala Ammonia (NH₃) adalah toksik dan boleh menyebabkan luka bakar kimia.
• Langkah Pencegahan: Pemantauan integriti struktur reaktor secara berterusan dan penggunaan sistem pembuangan gas (ventilation) tertutup.

Proses Sentuh (Asid Sulfurik, H₂SO₄)

• Suhu Tinggi: Tindak balas SO₂ kepada SO₃ berlaku pada 450°C. Mengelakkan kebocoran haba dan kegagalan bahan adalah penting.
• Korosif: Asid Sulfurik Pekat (H₂SO₄) sangat korosif. Sebarang kebocoran atau sentuhan boleh menyebabkan kecederaan serius.
• Langkah Pencegahan: Semua paip dan tangki simpanan mesti dibuat daripada aloi tahan karat yang khusus. Pekerja mesti menggunakan Peralatan Perlindungan Diri (PPE) penuh.

Dalam kedua-dua proses, kegagalan sistem pemanasan atau penyejukan boleh menyebabkan ketidakseimbangan tindak balas (thermal runaway) yang boleh merosakkan reaktor.

8. Rujukan Akademik

• Chang, R., & Goldsby, K. A. (2016). Chemistry (12th ed.). McGraw-Hill Education.
• BUKU RUJUKAN ( 2025 ) : SKEMA JAWAPAN SPM KIMIA TINGKATAN 4 & 5 KSSM
• Rujukan Kurikulum Kimia Tingkatan 4 & 5 (KSSM)

9. Simulator & STEM

Seksyen ini mensimulasikan pemuatan kandungan web luaran yang mungkin mengambil masa yang lama atau terganggu. URL akan cuba dimuatkan secara bergilir-gilir (setiap 10 saat) sehingga berjaya atau sehingga senarai tamat. Pemuatan ini bermula secara automatik apabila anda melihat bahagian ini.

Sedia. Memuatkan secara automatik apabila dilihat...

URL Semasa: N/A