14-UAS-Kimfis---Desember--2014--
15
Ujian Akhir Semester Kimia Fisika ---Mhs. Program Studi Teknik Bioproses Rabu, 10 Desember 2014, Jam 13.00- 15.00ifat : Mandiri, open Sheet A4 lembar. Pilih 3 soal dari Soal Kesetimbangan Fasa cair-uap berikut Soal 1 Suatu experimen kesetimbangan fasa cair-uap pada tekanan atmosferik secara sederhana dilakukan seperti terlihat pada Gambar 1. Dari eksperimen tersebut didapatkan data-data berupa diagram T-xy untuk system benzene-toluena pada tekanan 1 atm terlihat seperti pada gambar 2: A) Jelaskan berbagai titik-titik a) sampai dengan e). B) Perkirakan komposisi Benzene dan Toluen pada titik-titik a) sampai e) pada Gambar 1 tersebut C) Seandainya dilakukan destilasi isotermis dengan suhu thermometer yang terlihat pada Gambar 2 menunjukkan 90 o C perkirakan komposisi fasa uap dan cair dalam labu didih? Dan berapa komposisi distillate yang tertampung pada Condensate Receiver? D) Berdasarkan diagram Gambar 1, berapakah titid didih benzena dan Toluena E) Jelasakan apa yang dimaksud dengan kesetimbangan fasa cair uap dalam sistem biner (2 komponen). Soal 2 Suatu campuran etanol-air pada dengan fraksi mol etanol =0,2 pada suhu 75 o C. Dengan melihat Gambar 3, perkirakan fasa campuran, suhu dan komposisinya apabila : Gambar 1 Destilasi Atmosferik
description
Pak Setiadi
Transcript of 14-UAS-Kimfis---Desember--2014--
Ujian Akhir Semester Kimia Fisika ---Mhs. Program Studi Teknik BioprosesRabu, 10 Desember 2014, Jam 13.00- 15.00ifat : Mandiri, open Sheet A4 lembar.
Pilih 3 soal dari Soal Kesetimbangan Fasa cair-uap berikut
Soal 1Suatu experimen kesetimbangan fasa cair-uap pada tekanan atmosferik secara sederhana dilakukan seperti terlihat pada Gambar 1. Dari eksperimen tersebut didapatkan data-data berupa diagram T-xy untuk system benzene-toluena pada tekanan 1 atm terlihat seperti pada gambar 2: A) Jelaskan berbagai titik-titik a) sampai dengan e). B) Perkirakan komposisi Benzene dan Toluen pada titik-titik a) sampai e) pada Gambar 1 tersebutC) Seandainya dilakukan destilasi isotermis dengan suhu thermometer yang terlihat pada Gambar 2
menunjukkan 90 oC perkirakan komposisi fasa uap dan cair dalam labu didih? Dan berapa komposisi distillate yang tertampung pada Condensate Receiver?
D) Berdasarkan diagram Gambar 1, berapakah titid didih benzena dan ToluenaE) Jelasakan apa yang dimaksud dengan kesetimbangan fasa cair uap dalam sistem biner (2 komponen).
Soal 2 Suatu campuran etanol-air pada dengan fraksi mol etanol =0,2 pada suhu 75 oC. Dengan melihat Gambar 3, perkirakan fasa campuran, suhu dan komposisinya apabila :a) Dipanaskan sampai suhu 80 oC b) dipanaskan sampai memotong garis saturated liquid line c) Dipanaskan sampai suhu 89 oC d) Dipanaskan sampai mencapai saturated vapor line e) Adakah titik azeotrop dan komposisinya?
Gambar 3 Diagram T vs Fraksimol fasa cair (x) dan uap (y) sistem etanol-air
Gambar 1 Destilasi Atmosferik
Soal 3Gambar 4 berikut merupakan diagram kesetimbangan uap-cair system biner masing-masing untuk : etanol-metilbenzoat, Etanol-2-propanol, Etanol—1,2 etanadiol dan Etanol-dimetil karbonat. Dari keempat diagram kesetimbangan fasa tersebut, analisalah tingkat kemudahan dan kesulitan pemisahannya? Campuran manakah yang relatif lebih mudah untuk dipisahkan dengan teknik destilasi? Jelaskan
Gambar 4 : Diagram XY untuk bebagai campuran berbasis etanol
Soal 4
Seorang peneliti akan mengerjakan eksperimen reaksi katalitik menggunakan bahan baku metanol menjadi
senyawa hidrokarbon (MTG process) dengan menggunakan katalis zeolit H-ZSM-5. Metode ekspeimen yang
digunakan seperti terlihat pada Gambar 5 yakni umpan Metanol diumpankan harus dalam fasa uap sebelum
berkontak dengan katalis. Untuk itu dirancang sistem pengumpan seperti terlihat pada gambar skema sistem
umpan metanol dibawah ini. Ada 2 opsi aliran yakni :
Opsi 1 : aliran gas N2 yang bersifat inert langsung menuju ke Reaktor dengan membuka kran 1 dan menutup
kran 2.
Opsi 2 : Aliran gas N2 lewat bubbler (wadah metanol) dengan menutup kran 1 dan membuka kran 2 dan
selanjutnya campuran gas nitrogen dan uap metanol mengalir keluar untuk menuju Reaktor. Aliran
gas N2 lewat pipa yang ujungnya tercelup dalam cairan metanol sehingga terbentuk gelembung-
gelembung gas yang membawa uap metanol.
Skema sistem umpan uap metanol
Apabila peralatan wadah penguapan metanol (bubbler) berisi metanol 50 ml pada suhu 200C dan ke dalamnya
dialirkan gas N2 dengan laju 10 ml//menit. Tekanan uap (mmHg) metanol dapat dinyatakan sebagai
log P = - dalam rentang suhu -10 - 800C. Harga konstata A= 38324, B= 8,8017 dan kerapatan cairan
metanol 0,7914 g/ml pada 200C.
Seluruh sistem beroperasi dalam tekanan atmosfer, suhu 20 oC dan cairan metanol berada pada
kondisi kesetimbangan dengan fasa uapnya, maka
a) Perkirakanlah fraksi volume dan laju alir uap metanol dalam ml/min dalam aliran menuju reaktor
untuk opsi 1 dan opsi 2.
b) Perkirakan dalam jangka waktu berapa lama cairan metanol dalam tabung bubbler tersebut akan
habis terbawa oleh aliran gas N2 baik untuk opsi 1 dan opsi 2.
Soal 5Tekanan uap dari aseton murni pada 55,1°C adalah 632,8 mm dan tekanan uap CHCl3 murni pada 55,1°C
adalah 741,8 mm. Dengan menganggap bahwa keduanya membentuk larutan ideal pada semua kisaran
perbandingan komposisi, plot PT, P , Paseton sebagai fungsi . Ternyata hasil pengukuran
diperlihatkan pada Gambr 4 yang menunjukkan diagram tekanan uap dengan fraksimol chloroform dalam %.
Berdasarkan hasil tersebut :
a) Apa yang dimaksud dengan larutan ideal
b) adakah terjadi penyimpangan dari larutan ideal dari Gambar 4 tersebut (jelaskan)
c) Pada rentang manakah hukum larutan ideal masih bisa diterima (mengapa)
Soal 6 (Kesetimbangan Fasa) :Sesuai kelompok masing-masing, kerjakan data-data yang diberikan dalam bentuk tabel dibawah. Dan berilah berbgai jawaban dari pertanyaan berikut :
● Apa yang dimaksud dengan larutan ideal dan tak ideal dalam sistem larutan 2 komponen?● Pada rentang manakah hukum larutan ideal masih bisa diterima (mengapa) ● Buat plot dalam diagram x-y mupun dalam diagram (x,y) vs temperatur. Adakah terjadi
penyimpangan dari larutan ideal dari Gambar tersebut (jelaskan) ● Analisalah penyimpangan positif ataupun negative dari hukum Raoult● Tunjukkan di bag mana atau titik mana saja hukum Raoult dan hukum Henry bisa berlaku● Hitunglah Konstanta Henry untuk kedua larutan tersebut● Apa yang dimaksud dengan titik azeotrop Azeotrop, jelaskan. Adakah titik azeotrop dari kurva
diagram yang anda kerjakan
Constant-Pressure Liquid-Vapor Equilibrium Data for Selected Binary SystemsTemperature
0CMole fraction A in Mixture
( A Acetone + B Chloroform) Ref.1
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture ( A Acetone + B Methanol)
Ref.2
Total pressure/kPa
LiquidVapor101.3 (atmospheric)
LiquidVapor101.3 kPa (atmospheric)
62.500 0.0817 0.0500 64.65 0.0 0.0
62.82 0.1390 0.100061.78 0.091 0.177
63.83 0.2338 0.200059.60 0.190 0.312
64.30 0.3162 0.300058.14 0.288 0.412
64.37 0.3535 0.350056.96 0.401 0.505
64.35 0.3888 0.400056.220.501 0.578
64.02 0.4582 0.500055.78 0.579 0.631
63.33 0.5299 0.600055.41 0.687 0.707
62.23 0.6106 0.700055.29 0.756 0.760
60.72 0.7078 0.80055.37 0.840 0.829
58.71 0.8302 0.900055.54 0.895 0.880
57.48 0.9075 0.950055.92 0.9540.946
56.21 1.000 1.000
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture
( A Acetone + B Water )Ref.3
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture ( A Carbon tetrachloride + B Benzene)
Ref.4
Total pressure/kPa
LiquidVapor101.3 (atmospheric)
LiquidVapor101.3 kPa (atmospheric)
74.80 0.0500
0.6381
80.00.0 0.0
68.53 0.1000
0.7301
79.3 0.1364 0.1582
65.26 0.1500
0.7716
78.8 0.2157 0.2415
63.59 0.2000
0.7916
78.6 0.2573 0.2880
61.87 0.3000
0.8124
78.5 0.2944 0.3215
60.75 0.4000
0.8269
78.2 0.3634 0.3915
59.95 0.5000
0.8387
78.00.4057 0.4350
59.12 0.6000
0.8532
77.6 0.5269 0.5480
58.29 0.7000
0.8712
77.4 0.6202 0.6380
57.49 0.8000
0.8950
77.10.7223 0.7330
56.68 0.9000
0.9335
56.30 0.9500
0.9627
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture ( A Chloroform + B Methanol)
Ref. 5
Total pressure/kPa (atmospheric)
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture ( A Ethanol + B Benzene)
Ref. 6
Total pressure/kPa
LiquidVapor101.3 (atmospheric)
LiquidVapor101.36 kPa (atmospheric)
63.0 0.040 0.10276.1 0.027
0.137
60.9 0.095 0.21572.7 0.063
0.248
59.3 0.146 0.30470.80.100
0.307
57.8 0.196 0.37869.2 0.167
0.360
55.9 0.2870.47268.4 0.245
0.390
54.7 0.383 0.54068.0 0.340.422
1 54.0 00.459 0.5867.9 0.45
00.447
53.7 0.557 0.61968.0 0.578
0.478
53.5 0.636 0.64668.7 0.680
0.528
53.5 0.6670.65569.5 0.766
0.566
53.7 0.7530.68470.4 0.820
0.615
54.4 0.855 0.73072.70.905
0.725
55.2 0.904 0.76876.9 0.984
0.937
56.3 0.937 0.812
57.9 0.970 0.875
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture ( A Ethanol+ B Water )
Ref. 7
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Ethyl Acetate + Ethanol (
A + B ) Ref. 8
Total pressure/kPa
LiquidVapor101.3 (atmospheric)LiquidVapor101.36 kPa (atmospheric)
95.50.0190.1795.578.300890.07210.38918976.60.050.102
86.70.09660.437586.775.50.10.18785.30.12380.470485.373.90.20.30584.10.16610.508984.172.80.30.38982.70.23370.544582.772.10.40.45782.30.26080.55882.371.80.50.51681.50.32730.582681.571.80.540.5480.70.39650.612280.771.90.60.57679.80.50790.656479.872.20.70.64479.70.51980.659979.7730.80.72679.30.57320.684179.374.70.90.837
78.740.67630.738578.74760.950.91478.410.74720.781578.4177.11178.150.89430.894378.15
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Ethylene Glycol +Water
( A + B ) Ref. 9
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A n-Hexane +Ethanol
( A + B ) Ref. 10
Total pressure/kPa
LiquidVapor101.3 (atmospheric)LiquidVapor101.36 kPa (atmospheric)
69.50078.30078.3
76.10.230.002760.010.09576
78.90.310.00373.20.020.19373.2
83.10.40.0167.40.060.36567.4
89.60.540.0265.90.080.4265.9
103.10.730.0661.80.15
20.53261.8
118.40.850.1359.40.240.60559.4
5
1280.90.2258.70.33
30.6358.7
134.70.930.358.350.45
20.6458.35
1450.970.4758.10.58
80.6558.1
160.711580.670.665858.250.72
50.6758.25
58.450.765
0.67558.45
59.150.898
0.7159.15
60.20.955
0.74560.2
63.50.990.8463.566.70.99
40.93566.7
68.71168.7
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Methanol+Benzene ( A + B )
Ref. 11
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Methanol+Ethyl Acetatat
( A + B ); Ref. 12
Total pressure/kPa
LiquidVapor(atmospheric)LiquidVapor (atmospheric)
70.670.0260.26770.6776.10.01250.047566.440.050.37166.4474.150.0320.13362.870.0880.45762.8771.240.080.247560.20.1640.52660.267.750.1550.365
58.640.3330.55958.6465.60.2510.45558.020.5490.59558.0264.10.34650.520558.10.6990.63358.1640.4020.556
58.470.7820.66558.4763.250.49750.59759.90.8980.7659.962.970.5610.638
62.710.9730.90762.7162.50.5890.65662.650.6220.66762.50.6960.7
62.350.7650.74262.60.8250.78962.80.8550.807
63.210.9160.8663.90.9550.929
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Methanol +Water ( A + B )
Ref. 13
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Methyl Acetat +Methanol (
A + B ) Ref. 14
Total pressure/kPa
LiquidVapor(atmospheric)LiquidVapor(atmospheric)
1000057.80.1730.34296.40.020.13455.50.3210.47793.50.040.2355.040.380.51691.20.060.30453.880.5950.62989.30.080.36553.820.6430.657
87.70.10.41853.90.710.69184.40.150.51754.50.8490.78381.70.20.57956.8611
780.30.66557.80.1730.34275.30.40.72955.50.3210.47773.10.50.77955.040.380.51671.20.60.82553.880.5950.62969.30.70.8753.820.6430.65767.50.80.91553.90.710.691
660.90.958650.950.979
64.511
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture 1-Propanol +Water( A + B ) Ref. 15
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture 2-Propanol + Water ( A + B )
Ref. 16
Total pressure/kPa
LiquidVapor(atmospheric)LiquidVapor(atmospheric)
100001000098.590.0030.054497.570.00450.081595.090.01230.17996.20.00690.140591.050.03220.30493.660.01270.218588.960.06970.36587.840.03570.369288.260.1390.38484.280.06780.464787.960.2310.39782.840.1330.503687.790.3110.40682.520.16510.515387.660.4120.42881.520.32040.545687.830.5450.46581.450.33360.548989.340.730.56781.190.37520.561592.30.8780.72180.770.4720.586
97.181180.730.47560.588680.580.51970.603380.520.59450.63380.460.7880.754680.550.8020.76881.320.93030.90181.850.9660.952582.3911
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Tetrahydrofuran+Water
( A + B ) Ref. 17
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Water +Acetic Acid ( A + B )
Ref. 18
Total pressure/kPa
LiquidVapor(atmospheric)LiquidVapor(atmospheric)
730.020.6523118.30066.50.040.7381110.60.18810.3063
65.580.060.7516107.80.30840.446764.940.10.7587105.20.44980.597364.320.20.7625104.30.51950.65864.270.30.7635103.50.58240.711264.230.40.7643102.80.6750.7797
64.160.50.7658102.10.72610.823963.940.60.772101.50.79510.867163.70.70.7831100.80.85560.9042
63.540.80.8085100.80.87870.918663.530.820.818100.50.91340.940963.570.840.826100.20.95780.970863.640.860.83681001163.870.90.86664.290.940.90765.070.980.962565.390.990.9805
TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Water+1-Butanol ( A + B )
Ref. 19
Total pressure/kPa TemperatureC
Mole fraction A in Mixture Water +Formic Acid
( A + B ) Ref. 20
Total pressure/kPa
LiquidVapor(atmospheric)LiquidVapor(atmospheric)
117.600102.30.04050.0245111.40.0490.245104.60.1550.102106.70.10.397105.90.2180.162
1020.1610.52107.10.3210.2791010.1730.534107.60.4090.40298.50.2320.605107.60.4110.40596.70.2880.654107.60.4640.48295.20.3580.693107.10.5220.56793.60.4870.7391060.6320.71893.10.5510.751104.20.740.836
930.580.752102.90.8290.90792.90.6280.758101.80.90.95192.90.9270.7581001193.20.9860.7695.20.9930.83296.80.9960.88310011
emperatureC
Mole fraction A in Mixture Water+Glycerol ( A + B )
Ref. 21
Total pressure/kPa
LiquidVapor(atmospheric)
278.80.02750.93152470.04670.94732240.0690.9563
219.20.07670.97432100.09010.9783
202.50.10310.9724196.50.11590.9839175.20.17560.9899149.30.30040.9964137.20.38470.9976136.80.38950.9878131.80.43580.9976
121.50.56330.9984112.80.70680.9993111.30.73860.9994106.30.84420.9996
10011Refference:1 Kojima, Kato, Sunaga, and Hashimoto, Kagaku Kogaku, 32, 337 (1968).2 Marinichev and Susarev, Zh. Prtkl. Khtm., 38, 378 (1965).3 Kojima, Tochigi, Seki, and Watase, Kagaku Kogaku, 32, 149 (1968).4 International Critical Tables, McGraw-Hill, New York, 1928.5 Nagata, J. Chem. Eng. Data, 7, 367 (1962).6 Ellis and Clark, Chem. Age India, 12, 377 (1961).7 Carey and Lewis, Ind. Eng. Chem., 24, 882 (1932).8 Chu, Getty, Brennecke, and Paul, Distillation Equilibrium Data, New York, 1950.9 Trimble and Potts, Ind. Eng. Chem., 27, 66 (1935).10 Sinor and Weber, J. Chem. Eng. Data, 5, 243 (1960).11 Hudson and Van Winkle, J. Chem. Eng. Data, 14, 310 (1969).12 Murti and Van Winkle, Chem. Eng. Data Ser., 3, 72 (1958).13 Dunlop, M.S. thesis, Brooklyn Polytechnic Institute, 1948.14 Dobroserdov and Bagrov, Zh. Prtkl. Kthm. (Leningrad), 40, 875 (1967).15 Smirnova, Vestn. Leningr. Univ. Fiz. Khim., 81 (1959).16 Kojima, Ochi, and Nakazawa, Int. Chem. Eng., 9, 342 (1964).17 Shnitko and Kogan, J. Appl. Chem., 41, 1236 (1968).18 Brusset, Kaiser, and Hoequel, Chim. Ind., Gente Chim. 99, 207 (1968).19 Boublik, Collect. Czech. Chem. Commun., 25, 285 (1960).20 Ito and Yoshida, J. Chem. Eng. Data, 8, 315 (1963).21 Chen and Thompson, J. Chem. Eng. Data, 15, 471 (1970).
