thermo file
-
Upload
q1q2karim -
Category
Engineering
-
view
124 -
download
4
Transcript of thermo file
CONTOH SOAL 4.8
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)
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)
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)
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)
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
P298R HHHH
298 K
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:
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
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
600298642,8314,8HR
223 60029810981,11
Jika dimasukkan ke persamaan untuk HR (reaktan):
= -34390 J
336 60029810164,2
600
1
298
110242,0 5
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
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
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
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?
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
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
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
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
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
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)
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)
?
Ha = - 6797.040 J
liquid2gas2 OH
0
298,fOH
0
298,f
0
b HHmol5,8H
Panas laten penguapan = Hvap
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
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
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
PR
SOAL 4.29 & 4.32
SMITH VAN NESS