Kesetimbangan Uap Cair [PDF]

Citation preview

KESETIMBANGAN UAP CAIR OLEH : CHRISTIN NATALIA SIAHAAN (120405095) M. ALFIKRI RIDHATULLAH (120405114)



DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA 2015



PENGENALAN Komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan suatu cairan yang terdiri dari komponen-komponen dengan komposisi tertentu ditentukan secara eksperimen. Data komposisi uap ditampilkan pada diagram komposisi versus temperatur seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 11.3 pada kondisi tekanan konstan



Cont …. Keterangan gambar 3.11 Tampilan data kesetimbangan uap-cair yang normal diperlihatkan oleh Gambar 11.3a, kurva ABC menunjukkan suatu cairan dengan berbagai komposisi yang mendidih pada berbagai temperatur, dan kurva ADC menunjukkan komposisi uapnya pada berbagai temperatur yang bersangkutan. Contoh: Suatu cairan dengan komposisi x1 akan mendidih pada temperatur T1 dan komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan tersebut adalah y1



Berdasarkan kurva-kurva pada gambar 11.3a, b, dan c dapat disimpulkan bahwa untuk sembarang cairan dengan komposis x1 akan menghasilkan uap dengan komposisi tertinggi dimiliki oleh komponen yang lebih mudah menguap (volatile). Dimana simbol x dan y menunjukkan fraksi mol komponen yang lebih volatile di dalam cairan dan di dalam uap.



Cont… Pada Gambar 11.3b dan c terdapat suatu komposisi kritis (critical composition) xg. Pada titik ini uap memiliki komposisi yang sama dengan cairan, dengan demikian tidak ada perubahan yang terjadi pada proses pendidihan. Campuran kritis itu disebut azeotrope. Perlu diingat bahwa komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan berubah dengan berubahnya tekanan. Untuk kegunaan proses distilasi, data kesetimbangan uap cair lebih bermanfaat jika disajikan dalam bentuk grafik x versus y pada tekanan konstan, hal ini disebabkan kebanyakan operasi distilasi dalam industri dilakukan pada tekanan konstan. Grafik yang dimaksud ditunjukkan oleh Gambar 11.4. Perlu dicatat bahwa temperatur bervariasi di sepanjang kurva.



Cont…. Suatu eksperimen tentang kesetimbangan uap-cair untuk campuran benzen dan toluen ditempatkan dan dipanaskan dalam suatu bejana yang tertutup sehingga tekanan di dalam bejana tetap konstan pada tekanan atmosfir dan tidak ada komponen yang lepas dari bejana. Pada eksperimen ini,



fraksi mol komponen yang lebih volatile (benzen) dalam



campuran (fasa cair) divariasikan, dan harga-harganya di plotkan pada sumbu absis. Untuk setiap harga fraksi mol benzen yang berbeda dalam campuran akan menghasilkan temperatur didih yang berbeda pula, dan harga-harganya diplotkan pada sumbu ordinat. Dari data eksperimen dihasilkan kurva-kurva seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 11.5.



Kurva ABCJ menjelaskan hubungan antara fraksi mol komponen dalam fasa cair dengan temperatur didih, dan disebut sebagai kurva didih (boiling curve). Kurva ADEJ disebut sebagai kurva titik embun (dew point). Kurva ini menjelaskan mengembun.



temperatur



ketika



uap



dengan



komposisi



y



mulai



Sekarang mari kita lihat perubahan apa yang terjadi bila uap lewat jenuh (titik H) didinginkan sampai ke titik D.



Ketika mencapai kondisi D uap mulai



terkondensasi, dan tetes cairan yang pertama terbentuk memiliki komposisi K. Pendinginan seterusnya ke titik T  menghasilkan cairan L dan uap N. Dengan demikian, kondensasi parsil menghasilkan uap yang kaya dengan komponen lebih volatile sebagai mana yang terjadi pada proses penguapan parsil. Pada kolum distilasi industri kimia, proses penguapan parsil dan kondensasi parsil berlasung secara simultan.







Bila suatu campuran memenuhi sifat ideal, baik fasa gas dan fasa cairannya, maka hubungan keseimbangannya dapat dinyatakan dengan Hukum Raoult dan Dalton:



dengan = tekanan uap murni yang dapat dicari dengan: a. Pustaka (tabel, kurva) b. Persamaan Pendekatan (Antoine):



Dengan A, B, dan C adalah suatu tetapan yang berlaku untuk suatu komponen (kisaran daerah suhu yang sempit) dengan suhu < 100° C, t = °C.



Hukum Raoult 



Raoult adalah seorang ahli kimia dari Perancis, ia mengamati bahwa pada larutan   ideal yang dalam keadaan seimbang antara larutan dan uapnya, maka perbandingan antara tekanan uap salah satu komponennya ( misal A) PA/PAo sebanding dengan fraksi mol komponen (XA) yang menguap dalam larutan pada suhu yang sama.







Digunakan untuk komponen yang fraksi molnya mendekati satu atau larutan dari komponen-komponen yang benar-benar mirip dalam sifat kimia, seperti rantai lurus hidrokarbon.



Tekanan uap parsial dari sebuah komponen di dalam campuran adalah sama dengan tekanan uap komponen tersebut dalam keadaan murni pada suhu tertentu dikalikan dengan fraksi molnya dalam campuran tersebut.







pA dan pB adalah tekanan uap parsial dari komponen A dan B Tekanan uap total = pA + pB



Hukum Henry 



  Digunakan untuk komponen yang fraksi molnya mendekati nol, seperti fasa encer yang dilarutkan sebagai cairan. Tekanan parsial spesies dalam fasa uap adalah perbandingan langsung terhadap mol fraksi cairannya.



Dimana i adalah konstanta Henry.