thermo file

29

Transcript of thermo file

Page 1: thermo file
Page 2: thermo file
Page 3: thermo file

CONTOH SOAL 4.8

Page 4: thermo file

PENYELESAIAN

Basis: 1 mol CH4

2 mol H2O

Reaksi utama:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) (1)

Reaksi samping:

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (2)

Page 5: thermo file

i i Hf298 A 103 B 106 C 10-5 D

CH4 – 1 – 74.520 1,702 9,081 – 2,164 0,000

H2O – 1 – 241.818 3,470 1,450 0,000 0,121

CO 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031

H2 3 0 3,249 0,422 0,000 0,083

Reaksi (1): CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

Page 6: thermo file

i i Hf298 A 103 B 106 C 10-5 D

CO2 1 – 393.509 5,547 1,045 0,000 – 1,157

H2 1 0 3,249 0,422 0,000 0,083

H2O – 1 – 241.818 3,470 1,450 0,000 0,121

CO – 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031

Reaksi (2): CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

Page 7: thermo file

CH4 H2O CO H2 CO2

Awal 1 2 0 0 0

Reaksi

(1)

– 1 – 1 1 3 0

Reaksi

(2)

0 – x – x x x

Sisa 0 1 – x 1 – x 3 + x x

Total = (1 – x) + (1 – x) + (3 + x) + x = 5

Fraksi mol CO = 174,05

x1

x = 0,13

1 mol CH4 habis bereaksi

Misal CO yang bereaksi menurut reaksi (2) adalah x, maka:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

Page 8: thermo file

CH4 H2O CO H2 CO2

Awal 1 2 0 0 0

Reaksi

(1)

– 1 – 1 1 3 0

Reaksi

(2)

0 – 0,13 – 0,13 0,13 0,13

Sisa 0 0,87 0,87 3,13 0,13

Page 9: thermo file

P298R HHHH

298 K

Page 10: thermo file

42058130

298 molCH/JH I

Panas reaksi pada 298 K

Reaksi 1: CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

Reaksi 2: CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

molCO/JH II 411660

298

298H

GABH 298=(1 mol CH4)* + (0.13 mol CO)*

=(1) (205813) + (0.13) (-41166) = 200461,4 J

)H( I

0

298 )H( II

0

298

Perhitungan

PR buktikan lengkap dgn reaksinya:

Page 11: thermo file

Panas sensibel reaktan (600 K 298 K)

0

i

0

i

T

T i

Pi

i

T

T

P

iR dTR

CnRdT

R

CRnH

220

iii

0i

ii TT2

BnTTAnR

T

1

T

1DnTT

3

Cn

0iii

330

iii

Page 12: thermo file

i ni A 103 B 106 C 10-5 D

CH4 1 1,702 9,081 – 2,164 0,000

H2O 2 3,470 1,450 0,000 0,121

n 8,642 11,981 – 2,164 0,242

642,8Ani

ii

3

iii 10981,11Bn

6

iii 10164,2Cn

5

iii 10242,0Dn

Catt:

tdk negatif krn ini perhit panas sensibel bukan

perhit panas reaksi pada suhu lain

Page 13: thermo file

600298642,8314,8HR

223 60029810981,11

Jika dimasukkan ke persamaan untuk HR (reaktan):

= -34390 J

336 60029810164,2

600

1

298

110242,0 5

Page 14: thermo file

Panas sensibel produk (298K 1300K)

T

T i

Pi

i

T

T

P

iP

0

i

0

i dTR

CnRdT

R

CRnH

20

2iii

0i

ii TT2

BnTTAnR

0iii

30

3iii

T

1

T

1DnTT

3

Cn

Page 15: thermo file

i ni A 103 B 106 C 10-5 D

CO2 0,13 5,547 1,045 0,000 – 1,157

H2O 0,87 3,470 1,450 0,000 0,121

CO 0,87 3,376 0,557 0,000 – 0,031

H2 3,13 3,249 0,422 0,000 0,083

847,16Ani

ii

3

iii 10203,3Bn

0Cni

ii

5

iii 10188,0Dn

Page 16: thermo file

2981300847,16314,8HP

223 298130010203,3

Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP (produk):

= 162940 J

298

1

1300

110188,0 5

P298R HHHH= -34390J+ 200461J + 162940 J = 329011J = 329,01kJ

Krn Ws=0, Ek+Ep diabaikan mk Q= =329,01kJ H

Page 17: thermo file

CONTOH SOAL 4.9

Sebuah boiler menggunakan bahan bakar minyak kualitas tinggi

(hanya berisi hidrokarbon) yang memiliki panas pembakaran standar

– 43.515 J g-1 pada 25C dengan CO2(g) dan H2O(l) sebagai produk.

Bahan bakar minyak masuk ke ruang pembakaran pada 25C. Udara

dianggap kering. Gas hasil pembakaran keluar dari boiler pada

300C, dan analisis komposisi rata-ratanya adalah (basis kering)

11,2% CO2, 0,4% CO, 6,2% O2 dan 82,2% N2. Berapa bagian dari

panas pembakaran yang ditransfer sebagai panas ke boiler?

Page 18: thermo file

CONTOH SOAL 4.9

Sebuah boiler menggunakan bahan bakar minyak kualitas tinggi

(hanya berisi hidrokarbon) yang memiliki panas pembakaran standar

– 43.515 J g-1 pada 25C dengan CO2(g) dan H2O(l) sebagai produk.

Bahan bakar minyak masuk ke ruang pembakaran pada 25C. Udara

dianggap kering. Gas hasil pembakaran keluar dari boiler pada

300C, dan analisis komposisi rata-ratanya adalah (basis kering)

11,2% CO2, 0,4% CO, 6,2% O2 dan 82,2% N2. Berapa bagian dari

panas pembakaran yang ditransfer sebagai panas ke boiler?

PENYELESAIAN

Dari soal terlihat bhw panas pembakaran standar dalam J/g

Sehingga perlu dicari massa bahan bakar.

Krn data gas keluar cukup lengkap, maka dijadikan basis hitungan.

Basis: 100 mol gas hasil pembakaran kering: CO2 11,2 mol

CO 0,4 mol

O2 6,2 mol

N2 82,2 mol

------------------------

Total 100,0 mol

Page 19: thermo file

Bahan bakar hanya hidrocarbon (senyawa H & C saja)

Menentukan mol H2 dalam bahan bakar:

dapat dilihat dari perkiraan persamaan reaksi pembakaran

sempurna berikut:

... CnHm + .... O2 .... CO2 + .... H2O

Dari pers reaksi ini terlihat bhw mol H dlm bhn bakar

harus sama dgn mol H dalam H2O yg terbentuk, krn satu-

satunya sumber H dalam produk air adalah dari bahan

bakar.

Shg harus dicari mol H2O

Mol H2O yg terbentuk dpt dihitung dari neraca massa

oksigen

Page 20: thermo file

Neraca massa oksigen:

Masuk sebagai O2 (dalam udara) = 79

212,82 = 21,85 mol

Masuk:

Keluar:

Dalam CO2 CO2 C + O2 = 11,20 mol

Dalam CO CO C + ½ O2 =½ 0,40 mol = 0,2 mol

O2 dalam sisa = 6,20 mol

----------------------------------------------------------------------------------------------

Total Oksigen di luar H2O = 17,6 mol

Jd oksigen yg bereaksi membentuk H2O = 21,85 – 17.6 = 4.25 mol

H2 + ½ O2 H2O

H2O yang terbentuk = 2 x 4.25 mol = 8.5 mol

mol H2 dlm air = 8.5 mol,

shg jumlah mol H H2 H(+) + H(+) =2x8.5 = 17 mol

Mol H pd bahan bakar juga = 17 mol

Page 21: thermo file

Menentukan mol C dlm bhn bakar dari NERACA massa C

Keluar:

Sebagai CO2 = 11,20 mol

Sebagai CO = 0,40 mol

---------------------------------------

Total = 11,60 mol

Masuk:

Mol C masuk = mol C keluar = 11,60 mol

Karena mol H dan C telah diketahui maka:

Rumus molekul bahan bakar = C11,6H17

Page 22: thermo file

C dan H semuanya berasal dari bahan bakar, sehingga total berat

bahan bakar yang masuk adalah

= (11,60) (12) + (17,0) (1) = 156,2 g

Jika semua bahan bakar terbakar sempurna membentuk CO2(g)

dan H2O(l) pada 25C, maka panas pembakarannya adalah:

Ini panas maksimal yg seharusnya...

J.g.gJ.H 0406797215651543298

Reaksi pembakaran jika bahan bakar terbakar sempurna membentuk

CO2(g) dan H2O(l) adalah:

C11,6H17(l) + 15,85 O2(g) 11,6 CO2(g) + 8,5 H2O(l)

H298 = – 43.515 J/g

Page 23: thermo file

Analisis hasil pembakaran menunjukkan bahwa pembakaran

berlangsung tidak sempurna (karena terbentuknya CO) dan H2O

berupa gas bukan cairan.

Reaksi yang terjadi:

C11,6H17(l) + 15,65 O2(g) 11,2 CO2(g) + 0,4 CO(g) + 8,5 H2O(g)

Panas reaksi untuk reaksi tersebut dapat dihitung dengan

menggunakan berbagai panas reaksi yang telah diketahui

datanya.

Catt: Reaksi sempurna: C11,6H17(l) + 15,85 O2(g) 11,6 CO2(g) + 8,5 H2O(l)

Page 24: thermo file

Reaksi di atas merupakan penjumlahan dari reaksi2 sbb.:

C11,6H17(l) + 15,85 O2(g) 11,6 CO2(g) + 8,5 H2O(l)

8,5 H2O(l) 8,5 H2O(g)

0,4 CO2(g) 0,4 CO(g) + 0,2 O2(g)

Panas reaksi standar total pada 25C:

J.,.,..H 74063094098428258012440406797298

C11,6H17(l) + 15,65 O2(g) 11,2 CO2(g) + 0,4 CO(g) + 8,5 H2O(g)

Ha

Hb

Hc

(a)

(b)

(c)

?

Page 25: thermo file

Ha = - 6797.040 J

liquid2gas2 OH

0

298,fOH

0

298,f

0

b HHmol5,8H

Panas laten penguapan = Hvap

Page 26: thermo file

Reaktan pada 1 bar

dan 25C:

fuel 156,2 g

O2 21,85 mol

N2 82,20 mol

Produk pada 1 bar

dan 300C:

CO2 11,2 mol

CO 0,4 mol

H2O 8,5 mol

O2 6,2 mol

N2 82,2 mol PH

298HProduk pada 1 bar

dan 298K:

CO2 11,2 mol

CO 0,4 mol

H2O 8,5 mol

O2 6,2 mol

N2 82,2 mol

Page 27: thermo file

T

T i

Pi

i

T

T

P

iP

0

i

0

i dTR

CnRdT

R

CRnH

0i

ii30

3iii

20

2iii

0i

iiT

1

T

1DnTT

3

Cn

TT2

Bn

TTAnR

142,384Ani

ii 3

iii 10134,76Bn

0Cni

ii 5

iii 100617,10Dn

15,29815,573142,384314,8HP

15298

1

15573

110645015298155731013476 5223

,,,,,,

Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP:

= 940.660 J

Page 28: thermo file

P298 HHH

= – 6309.740 + 940.660 = – 5369.080 J

Proses pembakaran ini merupakan proses alir tunak dengan:

• WS = 0

• EK = 0

• EP = 0

Maka: H = Q

Q = – 5369.080 J merupakan panas yang ditransfer ke boiler

Jadi fraksi panas pembakaran yang ditransfer ke boiler adalah:

%,%.

.079100

0406797

0805369

Page 29: thermo file

PR

SOAL 4.29 & 4.32

SMITH VAN NESS