-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
1/23
Makalah Termodinamika Pemicu 4:
Kesetimbangan Fasa Uap-Cair
Kelompok 3
Nahida Rani (1106013555)
Nuri Liswanti Pertiwi (1106015421)
Rizqi Pandu Sudarmawan (0906557045)
Sony Ikhwanuddin (1106052902)
Sulaeman A.S. (0906557051)
Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Depok 2013
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
2/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 2
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
a)ki
PP
TT
ii ,...,2,1,
Mengapa ketiga kesamaan tersebut harus dipenuhi sistem pada kesetimbangan fasa?
Jawab:
Kesetimbangan adalah suatu keadaan yang sifatnya statis, dimana tidak ada perubahan
keadaan secara makroskopis di dalam sistem. Hal ini berarti semua kecenderungan atau
potensi sistem untuk berubah adalah nol. Dalam suatu kesetimbangan liquid-vapor, saat
keadaan setimbang tercapai, maka suhu tekanan, dan komposisi fasa mencapai harga akhir
yang selanjutnya akan tetap. Pada kenyataannya, dalam skala makroskopis, pertukaran
molekul dari satu fasa ke fasa lainnya terus terjadi. Namun, karena kecepatan rata-rata
pertukaran itu sama maka dapat dianggap tidak ada perpindahan molekul.
Persamaan T = T
menggambarkan suhu kedua fasa pada saat kesetimbangan adalah
sama, sehingga tidak ada perpindahan kalor yang terjadi. Persamaan P = P
menandakan
bahwa tekanan kedua fasa adalah sama, sehingga tidak ada fasa yang berekspansi ataupun
berkondensasi, yang nantinya dapat menghasilkan perubahan kerja sebesar PV. Sementara itu,
persamaan i = i
menyatakan bahwa potensial kimia kedua fasa sama, sehingga tidak
terjadi perpindahan massa. Ketiga persamaan ini harus dipenuhi dalam sistem yang sudah
setimbang, karena tidak terpenuhinya salah satu persamaan ini akan menyebabkan terjadinyaperubahan makroskopis di dalam sistem yang menyebabkan keadaan sistem tak lagi statis.
b) Apa yang dapat anda jelaskan mengenai konsep potensial kimia dan fugasitas sebagaidasar perhitungan kesetimbangan fasa cair-uap? Mengapa diperlukan model
termodinamika yang abstrak yaitu persamaan-persamaan matematika yang diturunkan
dari hukum pertama dan hukum kedua termodinamika dalam mendefinisikan nilai ?Bagaimana kelompok anda menjelaskan persamaan di bawah ini :
atau
Jawab:
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
3/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 3
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Pada kondisi kesetimbangan, potensial kimia dari setiap komponen adalah sama di setiap
fasenya ( ). Potensial kimia merupakansuatu besaran dari kecenderungan terlepas dari suatu komponen. Jika potensial kimia dari
suatu komponen tidak sama di dalam setiap fasenya atau terdapat perbedaan potensial kimia,
maka akan terjadi kecenderungan bagi komponen tersebut untuk mengalami perpindahan
massa dari yang memiliki potensial kimia yang lebih tinggi ke potensial kimia yang lebih
rendah dari komponen tersebut. Perpindahan massa ini akan berlangsung sampai potensial
kimia di kedua fasa dari komponen tersebut, sama besarnya.
...(1)
Dimana dalam hal ini menandakan bahwa potensial kimia sama dengan energi Gibbs molar
parsial. Oleh karena itu, pendefinisian nilai potensial kimia yang diturunkan dari hukum
pertama dan kedua termodinamika berasal dari nilai G yang diturunkan dari variabel-variabel
kanoniknya, yaitu suhu, tekanan, dan komposisi. Dari penurunan G, secara tidak langsung
mendefinisikan untuk sifat-sifat molar parsialnya yang berhubungan dengan potensial
kimianya. Dari persamaan
...(2)
didapatkan entropi dan volume parsialnya. Dari sini akan didapat pula turunan dari
entalpinya. Sehingga, bila kita membalikkan persamaan dengan mengacu pada hukum
pertama dan kedua termodinamika yang berhubungan dengan nilai suhu, tekanan, komposisi,
volume, fraksi mol, entalpi, dan entropi, kita akan mendapatkan nilai turunan dari potensial
kimia.
Potensial kimia merupakan besaran intensif, sehingga nilainya tergantung pada proporsi
relatif dari komponen yang ada dan bukan pada jumlah dari komponen. Jika di dalam suatu
fasa terdapat Nkomponen pada T dan P tertentu, potensial kimia ditentukan oleh fraksi mol
dari komponennya, bukan dari nilai mol masing-masing komponennya. Namun, karena
jumlah fraksi mol adalah satu, paling banyakN-1 dari fraksi mol dapat menjadi independen.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
4/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 4
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Potensial kimia memainkan satu peranan alamiah dalam perumusan kriteria untukkesetimbangan fase dan reaksi kimia. Namun, untuk digunakan dalam penyelesaian masalah-
masalah praktis, potensial kimia mempunyai kekurangan-kekurangan:
1. Sebagai turunan dari G, potensial kimia berhubungan dengan besaran-besaran primitif Udan S. Karena termodinamika hanya memberikan petunjuk-petujuk untuk menemukan
perubahan pada U dan S, harga-harga mutlak yang pasti untuk tidak diketahui.2. Selagi tekanan suatu fase mencapai nol, potensial kimia semua zat di dalam fase itu
mencapai - . Hal ini tampak (untuk gas ideal) dari
)(Ti ...(3)3. Selagi konsentrasi suatu zat tertentu i, di dalam suatu fase mencapai nol , mencapai - .
Sifat ini diperlihatkan juga pada persamaan (3).
Potensial kimia menunjukkan karakteristik yang kurang menguntungkan pada larutan dan
pada praktek yang terjadi di kenyataannya. Akan menjadi lebih mudah bila digunakan suatu
potensial pengganti, yaitu suatu besaran yang tetap memakai atribut penting potensial kimia,
tetapi tidak menggambarkan satupun kekurangan-kekurangan yang dinyatakan diatas. Lewis
mengemukakan sebuah konsep yang dikenal sebagai konsep fugasitas. Berdasarkan konsep
ini, kesamaan potensial kimia dapat diartikan sebagai kesamaan fugasitas tanpa mengurangi
arti atau karakteristik yang terkandung di dalamnya. Fugasitas (fi) merupakan ukuran
kecenderungan suatu gas untuk keluar atau mengembang, yang dinyatakan dalam fungsi
tekanan. Fugasitas dapat diartikan pula sebagai tekanan yang diperlukan pada temperatur
tertentu untuk membuat sifat-sifat gas non-ideal memenuhi persamaan untuk gas ideal (lim P
0) atau dengan kata lain menginformasikan keidealan suatu gas (tekanan terkoreksi). Oleh
karena itu, besaran fugasitas muncul akibat besaran potensial kimia yang tidak sesuai bila
digunakan dalam kesetimbangan fasa cair-uap.
Konsep fugasitas didasarkan pada persamaan untuk keadaan gas-ideal:
PRTTi ln)( ...(4)
Dimana subskrip ig menandakan potensial kimia (energi gibbs molar parsial) untuk gas ideal.
Pada fluida nyata, persamaan (4) menjadi :
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
5/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 5
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
1ln)( fRTTG ii ...(5)
P
fRTGG iigii ln
...(6)
Pada persamaaan (6),ig
ii GG merupakan residual Gibbs energy, GiR
. Perbandingan antara
fugasitas (fi) dengan tekanan (P) disebut koefisien fugasitas (i).
P
fii
...(7)
Sehingga persamaan (6) dapat ditulis menjadi :
i
R
i RTG ln
...(8)
Syarat kesetimbangan fasa cair-uap jika ditulis dalam persamaan fugasitas atau koefisien
fugasitas adalah :
fL
= fV atau
VL ...(9)
dimana L menunjukkan cair (liquid) dan V menunjukkan uap (vapor). Dari persamaan
tersebut dapat terlihat bahwa di dalam kesetimbangan, khususnya kesetimbangan fasa cair-
uap, nilai tekanan dan suhu pada fasa cair dan uap saat mengalami kesetimbangan haruslah
sama, begitu pula dengan nilai fugasitas dari masing-masing fase tersebut. Sehingga koefisien
fugasitas dari cair dan uap pun akan sama pula karena koefisien fugasitas merupakan
perbandingan fugasitas dengan tekanannya.
c)Dapatkah anda menjelaskan tentang aturan fasa Gibbs untuk kesetimbangan fasa cair-uap fluida campuran? Apa yang dimaksud daerah dua fasa dan daerah satu fasa?
Bagaimana pula anda menentukan nilai titik gelembung dan titik embun dalam
kesetimbangan fasa tersebut?
Jawab:
Aturan Fasa Gibbs
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
6/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 6
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Pada tahun 1876, Gibbs menurunkan hubungan sederhana antara jumlah fasa
setimbang, jumlah komponen, dan jumlah besaran intensif bebas yang dapat
melukiskan keadaan sistem secara lengkap. Menurut Gibbs,
PCF ... (10)
di mana, F = derajat kebebasan
C = jumlah komponen
P = jumlah fasa
= jumlah besaran intensif yang mempengaruhi sistem (P, T)2
Derajat kebebasan suatu sistem adalah bilangan terkecil yang menunjukkan jumlah
variabel bebas (suhu, tekanan, konsentrasi komponen komponen) yang harus
diketahui untuk menggambarkan keadaan sistem. Untuk zat murni, diperlukan hanya
dua variabel untuk menyatakan keadaan, yaitu P dan T, atau P dan V, atau T dan V.
Variabel ketiga dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gas ideal. Sehingga,
sistem yang terdiri dari satu gas atau cairan ideal mempunyai derajat kebebasan dua
(F = 2).
Contoh:
a. Kesetimbangan cair (air) dengan uap airC = 1, P = 2 (cair dan uap), maka F = 1Hanya satu variabel dapat diubah bebas, jika dipilih tekanan tertentu maka suhu
kesetimbangan akan tertentu atau sebaliknya, jika dipilih suhu tertentu maka
tekanan kesetimbangan akan tertentu.
b. Campuran biner (methanolair) dalam kesetimbangan uap-cairC = 2 (methanol = 1, air = 1), P = 2 (cair dan uap), maka F = 2
Phase Region
a. Daerah 1 fasa: pada daerah tersebut hanya terdapat 1 fasa zat dalam kesetimbangan.Pada VLE, daerah tersebut adalah daerahsubcooled liquiddan daerahsuperheated
vapor.
b. Daerah 2 fasa: pada daerah tersebut terdapat 2 fasa zat dalam kesetimbangan. PadaVLE, daerah tersebut berada di antara garis cairan jenuh dan garis uap jenuh;
dimanasaturated liquiddansaturated vaporberada dalam kesetimbangan.
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
7/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 7
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Titik Gelembung (Bubble Point) dan Titik Embun (Dew Point)
Gambar 1. Temperature composition diagram for ethanol-water
(Sumber: Separation Process Engineering, Third Editionby Philip C. Wankat)
Titik gelembung (bubble point) adalah titik di mana cairan jenuh berada di ambang
penguapan. Penurunan tekanan yang amat kecil akan menghasilkan gelembung uap.
Pada temperatur bubble point, molekul cairan memiliki cukup energi kinetik untuk
melepaskan diri dari permukaan cair menuju fase gas.
Titik embun (dew point) adalah titik di mana fase cairan hampir tidak terlihat, hanya
tetesan/embun (dew) yang tertinggal. berada di ambang penguapan. Ketika embun
telah teruapkan, pada titik tersebut hanya uap jenuh yang tertingggal, penurunan
tekanan berikutnya akan menghasilkan uap superjenuh. Pada temperatur dew point,
molekul uap memiliki cukup energi kinetik untuk berkondensasi.
Bubble Point Calculation (1)
Digunakan untukmulti component mixture
MetodeTrial and error method
Diketahuikomposisi subcooled liquid dan Ptotal
TujuanTbubble point dan (yi)bubble point
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
8/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 8
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Bubble Point Calculation (2)
Digunakan untukmulti component mixture
Metoderelative volatility method
Dew Point Calculation
Digunakan untukmulti component mixture
MetodeTrial and error method
Diketahuikomposisi superheated vapor dan Ptotal
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
9/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 9
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
TujuanTdew point dan (xi)dew point
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
10/23
d)Apa guna perhitungan flash dalam kesetimbangan uap-cair?Jawab:
Teorema Duhem menyatakan bahwa keadaan keseimbangan sebuah sistem
PVT tertutup, yang terbentuk dari jumlah awal tertentu zat kimia yang
dicampurkan, ditentukan sepenuhnya oleh dua sifat sistem sembarang, asalkan dua
sifat ini merupakan variabel bebas pada keseimbangan. Suhu dan tekanan
memenuhi syarat sebagai sifat seperti itu, untuk semua sistem yang terdiri dari
lebih satu komponen. Maka, menurut teorema Duhem, secara prinsip kita dapat
menghitung komposisi fase-fase keseimbangan pada T dan P tertentu, jika kita
tahu seluruh fraksi mol z1, z2, ,zm dari m komponen. Komputasi jenis ini
apabila dikerjakan untuk sebuah VLE disebutperhitungan kilat (flash calculation).
Istilah ini berasal dari keadaan ketika cairan pada tekanan lebih besar tekanan
bubble point akan berkilat (flashes) atau terevaporasi sebagian ketika tekanan
diturunkan, menghasilkan sistem dua fasa (uap-cair) dalam kesetimbangan.
Kegunaannya adalah dapat digunakan untuk menghitung harga jumlah mol cairan
(L), jumlah mol uap (V), komposisi cairan {x i}dan komposisi uap {yi} pada t dan
P tertentu dengan mengetahui seluruh fraksi mol komponen.
Nilai xi dan yi yang dihasilkan dari sebuah perhitungan kilat pasti
memenuhi kriteria keseimbangan seperti yang dinyatakan oleh persamaan (11).
(11)
Nilainilai itu juga harus memenuhi syarat-syarat keseimbangan material tertentu,
yang diturunkan sebagai berikut:
Pada T danP tertentu, satu mol campuran dengan komposisi z1, z2, . . . , zN, akan
dipisahkan menjadiL mol cairan dengan komposisix1, x2, . . . , xN, dan V mol uap
dengan komposisi y1, y2, . . . , yN. Suatu keseimbangan mol menyeluruh
menyaratkan bahwa
(12)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
11/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 11
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
dan kesetimbangan mol komponen yaitu:
(13)
Eliminasi L pada persamaan (12) dan (13) menghasilkan
Dengan mensubstitusikan persamaan (11) ke persamaan di atas, akan diperoleh
(14)
Karena maka diperoleh
(15)
Dengan analog yang sama, eliminasi V pada persamaan (15) menghasilkan
Dengan mensubstitusikan persamaan (12) ke persamaan di atas, akan diperoleh
(16)
Karena maka diperoleh
(17)
e) Gambar di bawah ini merupakan Diagram P-x-y asetonitril(1) dannitrometana(2) pada 75
oC, garis putus-putus menunjukkan hasil
perhitungan diagram fasa yang didasarkan pada asumsi bahwa sistem
bersifat ideal sehingga hukum Raoult dapat digunakan. Dapatkah anda
menyatakan karakteristik sistem ideal/hukum Raoult dari gambar
tersebut? Hubungkanlah dengan hukum Raoult dan perhatikanlah adakah
hubungan yang linier antara besaran-besaran hukum tersebut?
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
12/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 12
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Jawab:
Dari diagram yang diberikan, kita dapat mengetahui karakteristik dari
campuran asetonitril dan nitrometana. Garis yang dilambangkan dengan P-x1
adalah garis saturated liquid (dew line), yaitu garis dimana uap pertama kali
terbentuk. Daerah di atas garis P-x1adalah daerah cairan subcooled. Sementara
itu, garis yang dilambangkan dengan P-y1adalah garis saturated vapor (bubble
line), yaitu garis dimana cairan pertama kali terbentuk. Daerah di bawah garis P-y1adalah daerah uapsuperheated.
Hukum Raoult menyatakan bahwa pada kesetimbangan uap-cair campuran
ideal, kecenderungan komponen i untuk berpindah dari fasa cair ke fasa uap yang
dinyatakan sebagai tekanan uap jenuh (Pisat
) dikalikan dengan fraksi molnya pada
fasa cair (xi) adalah sama dengan kecenderungannya untuk berpindah dari fasa
uap ke fasa cair yang dinyatakan sebagai tekanan parsial komponen i (P) pada
fasa uap. Suatu sistem yang memenuhi Hukum Raoult akan memiliki plot antaratekanan dew pointdan komposisi yang lurus, seperti pada gambar di bawah:
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
13/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 13
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Gambar 2. Plot tekanan vs konsentrasi pada campuran yang memenuhi Hukum
Raoult
(sumber:
http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=c
hemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_
Mole_Fraction.jpg)
Plot yang digambarkan oleh Gambar 1 sesuai dengan garis putus-putus pada
gambar yang diberikan, yang merupakan perhitungan yang dilakukan dengan
asumsi sistem memenuhi Hukum Raoult. Namun, pada kenyataannya, plot antara
tekanan dew pointdan komposisi pada gambar tidak berbentuk lurus seperti yang
digambarkan oleh garis putus-putus pada gambar. Oleh karena itu, sistem dapat
dikatakan tidak memenuhi Hukum Raoult.
Jika suatu sistem dikatakan mengikuti Hukum Raoult, maka hubungan antara
besaran-besaran di dalam sistem dapat digambarkan dengan persamaan berikut:
(18)
Dari persamaan di atas, dapat diketahui bahwa hubungan antar besaran dalam
sistem adalah linear. Hubungan linear ini juga dapat dilihat dari garis pada grafik
http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=chemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_Mole_Fraction.jpghttp://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=chemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_Mole_Fraction.jpghttp://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=chemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_Mole_Fraction.jpghttp://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=chemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_Mole_Fraction.jpghttp://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=chemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_Mole_Fraction.jpghttp://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=chemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_Mole_Fraction.jpghttp://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/index.php?option=com_awiki&view=chemprime&Itemid=850&article=File:Graphs_Comparing_Vapor_Pressure_and_Mole_Fraction.jpg -
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
14/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 14
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
antara tekanan dan komposisi pada campuran yang memenuhi hukum Raoult
yang berbentuk garis linear.
f) Elpiji adalah nama dagang yang digunakan oleh PERTAMINA untukLiquified Petroleum Gases (LPG). Diketahui komposisi cairan yang berada
pada kesetimbangan dengan uap cair Elpiji didalam tabung adalah 30%-
mol C3H8 dan 70%-mol n-C4H10 pada suhu 25. Pada kondisi ini,
tentukanlah tekanan gas Elpiji didalam tabung dalam kPa. Sistem
propana(1)/n-butana(2) mengikuti hukum Raoult. Tekanan uap jenuh
masing-masing komponen diberikan oleh persamaan Antoine sebagai
berikut:
Log10(psat)=b-0.05223 a/(t+273.1), dengan satuan p dalam mmHg dan t
dalam C.
Fluida a b
Propana 19037 7.217
n-butana 23450 7.395
Jawab:
Ditanya :
Berdasarkan data yang diberikan di atas, maka tentukan tekanan gas Elpiji di
dalam tabung dengan menggunakan satuan kPa.
Jawab:
Dari referensi yang di dapat, diketahui bahwa tekanan normal isi tabung gas saat
pemakaian sekitar 6 bar atau 600 kPa dengan komponen utamanya merupakan
gas propana (C3H8) dan butana (C4H10) kurang lebih 97%, serta sisanya adalah
pentana yang dicairkan. Setelah dilakukan pengujian untuk mengetahui tekanan
maksimum yang dapat ditahan di dalam tabung, data yang diperoleh
menyebutkan bahwa tabung gas elpiji dapat menahan tekanan hingga 110 bar
(11000 kPa) untuk tabung 3 kg dan 12 kg atau 80 bar (8000 kPa) untuk tabung
50 kg. (http://gaselpiji.com/uji-tabung.html)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
15/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 15
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Dalam menjawab pertanyaan pada soal ini, terlebih dahulu dibuat asumsi.
Asumsi :
Fluida yang terdapat di dalam tabung adalah hanya propana dan n-butana. Di dalam kesetimbangan, temperatur dan tekanan di dalam tabung gas
Elpiji pada tiap komponen fluida adalah sama.
Permisalan penulisan : i=1propana
i=2n-butana
Fraksi mol (xi) masing-masing komponen :x1= 0,3
x2 = 0,7
Penyelesaian :
1. Menentukan tekanan jenuh (P saturated) pada masing-masing fluida denganmenggunakan persamaan Antoine yang diberikan, yaitu :
Log10 (Psat )=b-0.05223 a/(t+273.1)
dengan satuan p dalam mmHg dan t dalam C (t = 25C), serta nilai a dan b
masing-masing fluida dari data pada tabel yang diberikan di soal.
P saturatedpropana
( )
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
16/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 16
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
P saturatedn-butana
( )
2. Menentukan tekanan gas Elpiji di dalam tabung
Dengan menggunakan persamaan 10.6 pada buku Introduction to Chemical
Engineering Thermodynamicskarangan J.M. Smith, H.C.Van Ness dan M.M.
Abbott, tekanan di dalam tabung dapat diperoleh dengan cara sebagai
berikut:
Jad, tekanan gas Elpiji di dalam tabung dengan suhu 25C adalah 483.869
kPa. Dari hasil yang diperoleh, bila dikaitkan dengan referensi yang didapat,
maka besaran tekanan pada kondisi dalam keadaan normal.
g) Sistem Benzena(1)/Toluena(2)/Etilbenzena(3) adalah fluida-fluida aromatikyang bersifat non-polar sehingga dapat diasumsikan mengikuti hukum
Raoult. Tekanan uap masing-masing fluida murni dapat dihitung dengan
persamaan Antoine berikut (Tekanan uap jenuh Psat
dalam kPa dan suhu T
dalamoC) :
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
17/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 17
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Komposisi keseluruhan adalah z1=0,41 ; z2=0,34 ; z3=0,25. Jelaskan cara
anda menentukkan harga jumlah mol cairan L, jumlah mol uap V,
komposisi cairan {xi} dan komposisi uap {yi} jika suhu sistem 100oC dan
tekanan sistem sama dengan separuh dari jumlah P titik didih dan P titik
embun.
Jawab:
Ditanya :
Berdasarkan data yang tersedia, jelaskan dan tentukan nilai :
L = ? V = ? xi = ? yi = ?
Jawab :
Asumsi :
sistem dalam keadaan kesetimbangan cair-uap sistem mengikuti hukum Raoult
Data yang diketahui :
Suhu Sistem (T) = 100oC Senyawa Benzena (1), Toluena (2) dan Etilbenzena (3)
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
18/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 18
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Tekanan Jenuh (Psat) masing-masing senyawa dalam fungsi T Komposisi keseluruhan (z) masing-masing senyawa, yaitu : z1=0,41 ; z2=0,34 ;
z3=0,25.
P titik didih= P bubledan P titik embun= P dewP sistem = 0,5 (P dew + P bubl)
Penyelesaian :
1. Menghitung tekanan jenuh masing-masing senyawa untuk T = 100oC
2. Menghitung tekanan titik didih (P bubl) sistem, dengan {zi} = {xi}, maka
3. Menghitung tekanan titik embun (P dew) sistem, dengan {zi}={yi}
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
19/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 19
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
4. Menghitung Psistemmenggunakan persamaan yang diberikan di soal:P sistem = 0,5 (P dew + P bubl)
5. Menghitung jumlah uap (V) menggunakanflash calculation:Syaratflash calculation :
Dari perhitungan di atas maka syaratflash calculationterpenuhi, maka jumlah
uap (V) dapat dihitung menggunakan persamaan berikut :
Menghitung masing-masing nilai K :
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
20/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 20
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Untuk menentukkan V, menggunakan metode trial denganMs.exceldiperoleh
hasil sbb:
V trial
0.4811 1.000239
0.4812 1.000218
0.4813 1.000198
0.4814 1.000177
0.4815 1.000157
0.4816 1.000136
0.4817 1.000116
0.4818 1.000096
0.4819 1.000075
0.482 1.000055
0.4821 1.000034
0.4822 1.000014
0.4823 0.999994
0.4824 0.999973
Berdasarkan perhitungan di atas, nilai V yang paling sesuai adalah mol
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
21/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 21
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Menentukkan nilai L dengan persamaan :
mol
Mencari persamaan yang menghubungkan yi , Ki, zi, dan V:
Subtitusi persamaan ke persamaan
Sedangkan
Subtitusi persamaan ke
Sehingga diperoleh persamaan akhir untuk menentukkan yi:
Menentukkan komposisi uap masing-masing senyawa:
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
22/23
K e l o m p o k 3 - D e p a r t e m e n T e k n i k K i m i a Page 22
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Menentukkan komposisi cairan masing-masing senyawa menggunakan
persamaan berikut :
-
7/22/2019 Makalah Kelompok Pemicu 4: Termodinamika Teknik Kimia
23/23
Makalah Termodinamika Pemicu 4: Kesetimbangan Fasa Uap-Cair 2013
Daftar Pustaka
Anonim. 2010. Raoults Law. Diakses dari
http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Ideal-
Solutions-Raoult-s-Law-850.html pada 9 April 2013
Anonim. Kesetimbangan Uap Cair.Bandung : ITB
Haris, Ahmad.2011. Uji Tabung.Diakses darihttp://gaselpiji.com/uji-tabung.html
pada tanggal 9 April 2013.
Smith, J.M., Ness, H.C.V., Abbott, M.M. 2001. Introduction To Chemical
Engineering Thermodynamics. Edisi 6. USA: McGraw-Hill Companies, Inc.
http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Ideal-Solutions-Raoult-s-Law-850.html%20pada%209%20April%202013http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Ideal-Solutions-Raoult-s-Law-850.html%20pada%209%20April%202013http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Ideal-Solutions-Raoult-s-Law-850.html%20pada%209%20April%202013http://gaselpiji.com/uji-tabung.htmlhttp://gaselpiji.com/uji-tabung.htmlhttp://gaselpiji.com/uji-tabung.htmlhttp://gaselpiji.com/uji-tabung.htmlhttp://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Ideal-Solutions-Raoult-s-Law-850.html%20pada%209%20April%202013http://chemed.chem.wisc.edu/chempaths/GenChem-Textbook/Ideal-Solutions-Raoult-s-Law-850.html%20pada%209%20April%202013