2

1

KESETIMBANGAN UAP CAIR

Program Studi Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret 2019

Aida Nur Ramadhani, S.T., M.T.

2

Pustaka:

Perry, R.H., Green, D.W., 2008, Perry’s Chemical Engineer’s Handbook 8th ed., Mc. Graw Hill, New York.

Geankoplis, C.J., 1985, Transport Processes and Unit Operation, Prentice Hall, Inc., Singapore. » Bab II

Wankat, P.C., 1988, Equilibrium Staged Separation, Prentice Hall, New Jersey. » Chap 1-2

3

a. Konsep keseimbangan,

b. Kaidah fase,

c. Bentuk dan sumber data keseimbangan UAP- CAIR,

DETAIL MATERI

Setiap mahasiswa wajib membawa kertas grafik/milimeter.

4

KONSEP KESEIMBANGAN

2 fase yang berbeda dikontakkan, kemudian

dipisahkan.

Saat dikontakkan terjadi perpindahan massa.

Idealnya, 2 fase yang dipisahkan ini diasumsi dalam

keadaan berkeseimbangan (equilibrium; jenuh).

5

KONSEP KESEIMBANGANPada keadaan seimbang (equilibrium,

ideal, teoritis):

Kecepatan penguapan = kecepatan

pengembunan

Tidak ada perubahan T, P.

Pv = PL

Tv =TL

Kecepatan difusi di kedua fase sama,

sehingga fraksi - fraksi di dalam sistem

konstan.

𝑌𝐴 berkeseimbangan dengan 𝑋𝐴

6

KONSEP KESEIMBANGAN

Data keseimbangan diperoleh dari data

percobaan praktikum OTK

X

Y

T

pendingin

Larutan A

Praktikum keseimbangan fase

pada tekanan tertentu:

No. Variasi X T Y

1. diketahui

…

…

7

KAIDAH FASE

Kaidah Fase Gibbs:

𝐹 = 𝐶 − 𝑃 + 2

; dengan,

F = derajat kebebasan; jumlah design variabel; T, P, & komposisi.

C = jumlah komponen.

P = jumlah fase.

8

KAIDAH FASE

Contoh:

Sistem keseimbangan antara cairan dengan uap untuk campuran biner (ethanol & air).

C = jumlah komponen = 2

P = jumlah fase = 2

𝑭 = 𝐶 − 𝑃 + 2 = 2 ; maka design variable: DV Dievaluasi:

T & P Komposisi (X,Y)

T & X P, Y

P & Y T, X

hanya mengambil 2 variabel, maka variabel lainnya dievaluasi

9

Bentuk dan sumber Data keseimbangan UAP- CAIR

Tabel

• Tabel x, y, T (Pada P tertentu) – Tabel 13.1 Perry

Diagram

• Diagram y vs x (Kurva Mc. Cabe Thielle)

• Fig 2.2 Wankat – Fig 13.8 Perry – Geankoplis chap 11

• Diagram T vs komposisi (x atau y)

• Fig 13.9 Perry – Fig 2.3 Wankat – Fig 3.2 Foust

• Diagram entalpi (H) vs komposisi (x dan y) (Kurva Ponchon Savarit)

• Fig 2.4 Wankat – Fig 3.4 Foust

Persamaan

• Konstanta kesetimbangan uap – cair

• Hk. Roult Dalton

• Pers. Antoine

10

Contoh Data dari Tabel

Tabel x, y, T (Pada P tertentu) – Tabel 13.1 Perry

11

Contoh Data dari Diagram

Diagram y vs x (Kurva Mc. Cabe Thielle)

12

Contoh Data dari Diagram

Diagram T vs komposisi (x atau y)

13

Contoh Data dari Diagram

Diagram T vs komposisi (x atau y)

14

Contoh Data dari Diagram

Diagram entalpi (H) vs komposisi (x dan y) (Kurva Ponchon Savarit)

15

Campuran Azeotrop

campuran yang mempunyai keadaan dengan komposisi di fase uap sama dengan di fase cair.

» 𝒀𝑨 = 𝑿𝑨

» 𝑻𝒅𝒆𝒘 = 𝑻𝒃𝒖𝒃𝒍𝒆

Minimum boiling azeotrop

Kondisi azeotrop dengan 𝑻𝒂𝒛𝒆𝒐𝒕𝒓𝒐𝒑 < 𝑻𝒃𝒐𝒊𝒍𝒊𝒏𝒈 𝒑𝒐𝒊𝒏𝒕 𝒌𝒐𝒎𝒑𝒐𝒏𝒆𝒏

Contoh: etanol – air, Aceton – Cl2, Kloroform – metanol.

Maximum boiling azeotrop

Kondisi azeotrop dengan 𝑻𝒂𝒛𝒆𝒐𝒕𝒓𝒐𝒑 > 𝑻𝒃𝒐𝒊𝒍𝒊𝒏𝒈 𝒑𝒐𝒊𝒏𝒕 𝒌𝒐𝒎𝒑𝒐𝒏𝒆𝒏

contoh: kloroform – aceton.

16

Campuran Azeotrop

17

Latihan 01

Draw the Y-X diagram, temperature-composition diagram, & enthalpy-composition diagram.

T, oFfraksi mol nC6

di fase cair

fraksi mol nC6

di fase uap

Entalpi cairan,

Btu/lbmol

Entalpi uap,

Btu/lbmol

155,7 1,000 1,000 7.586 20.085

160,0 0,917 0,986 8.030 20.309

180,0 0,600 0,900 9.794 21.642

200,0 0,377 0,773 11.557 23.287

220,0 0,215 0,592 13.309 25.432

240,0 0,099 0,342 15.064 28.140

258,2 0,000 0,000 16.559 31.405

18

DATA KESEIMBANGAN MULTI KOMPONEN

Multi komponen (jumlah komponen 2 )

Hubungan keseimbangan dalam bentuk persamaan matematis

Hubungan keseimbangan uap-cair:

dengan,

𝐾𝑖 = konstanta keseimbangan komponen = f ( T, P, komponen i).

= volatilitas komponen i

𝑌𝑖 = 𝐾𝑖 . 𝑋𝑖

19

DATA KESEIMBANGAN MULTI KOMPONEN

Penentuan harga K

1. UNTUK CAMPURAN HIDROKARBON (HC) RINGAN:

a. K disajikan dlm grafik DePriester

b. K grafik dihitung dari persamaan 2-12 Wankat, dengan data dari tabel 2-4 (Wankat).

20

grafik DePriester

Note:

Kuliah selanjutnya, tiap mahasiswa wajib

membawa grafik De-priester.

21

What is K of N-Hexane when P= 1

atm and T=30 C?

What is T of N-Hexane when K = 1

and P = 1 atm?

22

DATA KESEIMBANGAN MULTI KOMPONEN

Penentuan harga K

2. UNTUK CAMPURAN NON IDEAL (P TINGGI),

Hubungan keseimbangan mengikuti konsep fugasitas dalam termodinamika

fiL = fiV

i.Xi.Pi = Yi.i.P

Ki = Yi/Xi = ( i.Pi ) (.P )

23

DATA KESEIMBANGAN MULTI KOMPONEN

Penentuan harga K

3. UNTUK CAMPURAN IDEAL (P RENDAH) 1 ATM ≥ P,

Maka I=1 dan I=1 atau hubungan keseimbangan mengikuti hukum Roult-Dalton.

Hukum Roult Tekanan parsial di dalam cairan:

𝑷𝒊 = 𝑿𝒊. 𝑷𝒊𝟎

Hukum Dalton Tekanan parsial di dalam gas:

𝑷𝒊 = 𝒀𝒊. 𝑷 dengan,

𝑷𝒊 = tekanan parsial i

𝑷 = tekanan total

𝑷𝒊𝟎 = tekanan uap murni komponen i

24

Penentuan harga 𝑷𝒊𝟎 = tekanan uap murni komponen i

Data 𝑷𝒊𝟎 disajikan dlm tabel

Data 𝑷𝒊𝟎 dievaluasi dgn persamaan Antoine

Rumus dan data di Appendix Coulson Vol. 6

Rumus dan data di Perry Tabel 13-4

Perhatikan satuan!

25

Penentuan harga 𝑷𝒊𝟎 = tekanan uap murni komponen i

26

Penentuan harga 𝑷𝒊𝟎 = tekanan uap murni komponen i

27

relative volatility (α )

Perbandingan konsentrasi komponen A dalam fase

uap terhadap konsentrasi komponen A dalam fase cair,

dibagi dengan perbandingan konsentrasi komponen B

dalam uap terhadap konsentrasi komponen B dalam

fase cair.

B

B

A

A

AB

AB

AB

o

B

o

AAB

B

AAB

X

Y

X

Y

α

maka

X1X

Y1Y

dengan,

P

Pα

K

Kα

Xa) ) 1α ((1

Xa αYa

AB

AB

28

Tugas 01

Generate the Y-X diagram, Temperature-composition diagram, and Enthalpy-composition diagram for

following equilibrium data.

Determine relative volatility ethanol-water mixture at 1 atm.

29

(lihat appendix Tabel A.3-23, Geankoplis).