2. In addition, your group also given another task, similar but not really the same. (a) Explain why Raoults law isnt suitable for analysis of P-x-y diagram of chloroform-1,4-dioxane mixture, based your explanation on the molecular structure and molecular interaction between the molecules.

(b) A binary mixture of chloroform (1) and 1,4-dioxane(2) with an equimolar (z1=z2=0,5) in a compressed liquid state di fed to a storage vessel to be maintained at temperature of 500C and pressure of 25 kPa. Your group should determine if the mixture in the vessel will be a mixture of saturated liquid an saturated vapor, liquid or vapor . If it exist as mixture of the two phases please determine the mole-fraction of each phase .

Jawab :

(b)

Diketahui :

T =50oC = 323 K

Senyawa berupa campuran biner kloroform dan 1,4 dioksan

dinyatakan dalam fungsi T dengan rumus Antoine

z1 = 0.5 ; z2 = 0.5

P = 25 kPa

Konstanta Antoine

Konstanta Antoine

Chloroform

1,4-Dioxane

A

13,7324

15,0967

B

2548,74

3579,78

C

218,552

240,337

Asumsi:

1. Sistem mengikuti hukum Raoult

2. Perhitungan menggunakan flash calculation

3. Sistem berada dalam kesetimbangan uap - cair

Perhitungan

Menghitung (50oC) masing masing komponen :

Menghitung sistem dengan persamaan {xi} = {zi}

= +

(+ (0.5)(

= 42,7185 kPa

Menghitung sistem dengan persamaan {yi} = {zi}

Dari perhitungan dan , dapat disimpulkan bahwa P yang diketahui di soal tidak berada diantara rentang Pbubble point dan Pdew point, maka perhitungan tidak bisa dilakukan dengan menggunakan flash calculation. Oleh karena itu, perhitungan selanjutnya menggunakan Persamaan Mergules.

Perhitungan dengan Persamaan Mergules

Menentukan fasa dalam sistem

Dilakukan dengan cara mengevaluasi tekanan sistem. Dari perhitungan di atas, disimpulkan bahwa

Oleh karena itu, sistem berada dalam dua fasa (campuran cair jenuh dan uap jenuh).

Perhitungan dengan persamaan mergules

Mencari

Menggunakan persamaan :

Mencari nilai

Menggunakan persamaan :

Membuat tabel perhitungan

Melakukan interpolasi untuk mencari nilai komposisi cairan dan uap pada saat

P = 25 kPa

Komposisi Cairan

Komposisi Uap

x1

x2

y1

y2

0,35

0,65

0,6149

0,3851

Apabila tetap ingin dipaksakan mencari komposisi cairan dan uap dengan flash calculation, maka caranya adalah sebagai berikut :

Asumsi : Sistem dalam keadaan ideal

1. Mencari nilai untuk masing masing komponen

= 2,781

= 0,636

2. Mencari nilai V (jumlah uap)

+= 1

+ = 1

+ = 1

3. Dengan menggunakan trial and error, didapatkan nilai jumlah uap (V) seharga 0.95

Nilai V

0,7

1,045

0,8

1,022

0,9

1,007

0,95

1,0026

4. Menghitung nilai L

5. Mencari nilai komposisi xi dan yi

Menggunakan persamaan :

Komposisi cairan masing masing komponen

Komposisi uap masing - masing komponen dengan persamaan

Asumsi : Sistem dalam keadaan tak ideal

1. Mencari Koefisien Fugasitas

Kloroform

Tc = 536,4 K

Pc = 54,0 atm

= 0,222

Pr =

Hasil ekstrapolasi

1,4-dioksan

Tc = 587 K = 314 C

Pc = 51,4 atm

= 0,295

Pr =

Hasil ekstrapolasi

2. Mencari Koefisien aktivitas

Kloroform

1,4-dioksan

3. Mencari nilai masing masing komponen

4. Mencari nilai V

+= 1

+ = 1

+ = 1

Dengan menggunakan goalseek pada microsoft excel diperoleh nilai V = 1,088 , dimana nilai tersebut tidak masuk akal, karena nilai maksimal V adalah 1.

5. Komposisi cairan masing masing komponen

6. Komposisi uap masing - masing komponen

Jadi, dengan menggunakan perhitungan flash calculation, komposisi cairan : = 0,170 dan 0.829 , komposisi uap : = dan =

3. Activity coefficient approach is capable of modeling and correlating VLE of highly non-ideal mixtures at low pressures.

a. Give definition for activity coefficient of component I using your own words

b. Comment of the shape of the phase envelope of the following mixture: tetrahydrofuran/carbon tetrachloride, ethanol/toluene, chloroform/tetrahydrofuran, furan/carbon tetrachloride. Based on your explanation on the molecular structure and molecular interaction between the molecules

c. List the advantages and disadvantages of using the activity coefficient approach

b) Komentar bentuk grafik:

Keempat jenis grafik yang diberikan dibuat dari data-data keadaan isotermal masing-masing senyawa, yaitu pada suhu 30oC. Data-data tersebut kemudian di plot pada grafik P-xy, dimana nilai xy adalah fraksi komponen 1.

Tetrahydrofuran (1)/Carbon tetrachloride(2)

Garis putus-putus pada grafik merupakan garis linear Hukum Raoult. Dapat dilihat bahwa kurva P-x1 (bubble point curve) terletak di bawah garis linear keadaan idealnya, sehingga dapat disimpulkan bahwa kurva tersebut mengalami penyimpangan negatif dari kelinearannya.

Penyimpangan dari bentuk ideal ini dipengeruhi oleh struktur molekul, dan interaksi antar molekulnya.

Struktur molekul THF :Struktur molekul CCl4 :

Dari struktur molekul kedua senyawa tersebut dapat dilihat bahwa senyawa THF bersifat polar, sedangkan CCl4 bersifat non polar. THF bersifat polar karena terdapat perbedaan keelektronegatifan antara atom H dan O nya. CCl4 bersifat non polar karena molekul-molekulnya memiliki distribusi elektrik yang seragam.

Penyimpangan negatif pada kurva terjadi karena antaraksi senyawa THF dengan CCl4 dalam campuran lebih kuat daripada interaksi dalam masing-masing zat (THF- CCl4 > THF-THF, CCl4- CCl4). Hal ini dikarenakan

Dari data eksperimen diperoleh bahwa tekanan jenuh tetrahydrofuran berada dibawah tekanan jenuh karbon tetraklorida. Sehingga kurva P-x1 merupakan kurva tekanan jenuh CCl4 (bubble point curve) dan P-y1 kurva tekanan jenuh THF (dew point curve).

Seperti yang diketahui bahwa titik didih THF adalah 66oC sedangkan titik didih carbon tetrachloride adalah 76,72oC. Titik didih THF < titik didih CCl4, sehingga THF lebih mudah menguap.

Dari bentuk grafik yang dihasilkan dapat disimpulkan bahwa campuran tetrahydrofuran-carbon tetrachloride menghasilkan kurva campuran biner uap-cair yang tidak ideal dengan penyimpangan negatif.

Ethanol (1) / toluene (2)

Dari grafik di atas dapat dilihat terjadi azeotrop maksimum pada kurva campuran biner etanol-toluena. Pada azeotrop maksimum, tekanan memiliki nilai yang maksimum

Dilihat dari struktur molekulnya, etanol merupakan senyawa polar sedangkan toluena merupakan senyawa non polar.

Strukur molekul etanol : Struktur molekul toluena :

Diketahui bahwa titik didih etanol = 78,73oC dan toluena = 111oC. Ketika kedua campuran ini dipanaskan lebih lanjut hingga mencapai titik didih campuran, dimana nilai dari titik didih campuran lebih rendah daripada titik didih kedua senyawa murninya, maka hal inilah yang menyebabkan azeotrop maksimum. Azeotrope pada titik maksimum kurva menunjukkan bahwa komposisi kedua larutan adalah sama.

Dari bentuk grafik yang dihasilkan dapat disimpulkan bahwa campuran etanol-toluena menghasilkan kurva campuran biner uap-cair yang tidak ideal dengan penyimpangan positif-azeotrop maksimum.

Chloroform(1) / Tetrahydrofuran(2)

Grafik diatas menunjukkan penyimpangan negatif dari hukum Raoult. Akan tetapi, terdapat suatu nilai dimana titik minimum kurva P-x1 (bubble point) dan P-y1 (dew point) berada pada titik yang sama. Kondisi pada titik ini disebut azeotrope. Azeotrope yang terdapat pada kurva penyimpangan negatif hukum Raoult disebut azeotrop minimum. Pada titik ini, tekanan campuran memiliki nilai yang minimum.

Dilihat dari struktur molekulnya, chloroform merupakan senyawa polar sedangkan THF merupakan senyawa polar.

Strukur molekul chloroform : Struktur molekul THF :

Chloroform merupakan senyawa polar karena terjdapat perbedaan keelektronegatifan yang cukup besar antara 3 atom Cl yang bermuatan negatif dan 1 atom H yang bermuatan positif. Hal ini menyebabkan distribusi elektrik tidak terjadi secara merata pada molekul.

Diketahui bahwa titik didih chloroform = 61,2oC dan THF = 66oC. Ketika kedua campuran ini dipanaskan lebih lanjut hingga mencapai titik didih campuran, dimana nilai dari titik didih campuran lebih tinggi daripada titik didih kedua senyawa murninya, maka hal inilah yang menyebabkan azeotrop minimum. Azeotrope pada titik minimum kurva menunjukkan bahwa komposisi kedua larutan adalah sama.

Dari bentuk grafik yang dihasilkan dapat disimpulkan bahwa campuran chloroform-tetrahydrofuran menghasilkan kurva campuran biner uap-cair yang tidak ideal dengan penyimpangan negatif-azeotrop minimum.

Furan(1) / Carbon tetrachloride (2)

Dari grafik di atas, dapat dilihat bahwa kurva P-x1 berada diatas garis linear hukum Raoult. Sedangkan kurva P-y1 berada dibawah kurva ideal. Grafik diatas menunjukkan terjadi penyimpangan negatif dari bentuk idealnya.

Dilihat dari struktur molekulnya, furan bersifat polar sedangkan CCl4 bersifat non polar. Penyimpangan negarif ini terjadi karena antaraksi dalam campuran zat lebih kuat daripada interaksi dalam masing-masing zat (furan- CCl4 > furan-furan, CCl4- CCl4 ).

Struktur molekul furan :Struktur molekul CCl4 :

Dapat diamati bahwa terdapat daerah dua fasa yang relatif besar. Hal ini menunjukkan perbedaan titik didih yang tinggi antara kedua larutan. Seperti diketahui bahwa titik didih furan = 31,4oC dan carbon tetrachloride = 76,72oC. Grafik diatas merupakan grafik campuran biner tak ideal penyimpangan positif.

Diagram P-x1-y1

x10.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.015.7917.569070643498119.6640687492548422.5334211212898226.5237179414271831.8403428083450838.5040987130317746.292142948890254.6744340959008562.77078528720669.36y10.00.2015506092069490.3865397272754660.5520249347138980.6889271484442690.7928898454773030.8666847426106620.9171934590741540.951962691057160.9776144144060731.015.7917.569070643498119.6640687492548422.5334211212898226.5237179414271831.8403428083450838.5040987130317746.292142948890254.6744340959008562.77078528720669.36

x1, y1

P (kPa)