Makalah Pemicu 4 Termodinamika Vapor Liquid Equilibria [PDF]

Citation preview

MAKALAH TERMODINAMIKA Pemicu IV “Vapor-Liquid Equilibria” AMAN JUDUL



KELOMPOK 5 Syafiq Rayza



1306370606



Fitriani Meizvira



1406565493



Irfan Aditya



1406531800



Sari Dafinah Ramadhani



1406531832



Pristi Amalia N



1506695410



PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA



DEPOK APRIL 2016



DAFTAR ISI Daftar Isi



1



Part 1



2



Part 2



19



Part 3



22



Daftar Pustaka



31



1



Part 1 Amir were assigned to design a distillation colum to separate binary mixture of methanol and ethyl acetate. The only information available was the distillation column will operate at 1 bar. From the internet he found the following diagram:



a) How could you describe a vapor-liquid mixture using phase diagram? Explain using two and three dimensional phase diagram. Differentiate a bubble point, a dew point, and a flash point.



Jawaban: Vapor Liquid Equilibrium direpresentasikan dengan gambar 1. Diagram tersebut menggambarkan hubungan antara tekanan, suhu, dan massa pada volume konstan dari campuran dua buat zat dalam diagram 3 dimensi 2



Gambar 1. Diagram Fasa VLE



Lapisan permukaan atas diagram merupakan lapisan saturated liquid. Di atasnya permukaan tadi terdapat zat dalam fasa subcooled liquid sepenuhnya. Lapisan permukaan bawah diagram merupakan lapisan saturated vapor. Di bawahnya merupakan zat dalam fasa superheated steam sepenuhnya. Kedua lapisan ini bertemu pada garis K-L-M dan K-A-C2. Titik C1 dan C2 merupakan titik kritis dari masing-masing senyawa. Kedua titik kritis tersebut saling berhubungan melalui garis lengkung pada puncak diagram. Titik-titik kritis dari campuran berada di sepanjang garis lengkung tersebut.



Pada gambar diagram diatas, apabila kita menurunkan tekanan pada temperatur konstan di poin F, maka kita akan sampai pada titik L. Titik L ini berada tepat di permukaan lapisan atas diagram. Titik L ini disebut sebagai bubble point. Hal ini dikarenakan pada titik ini maka lapisan tepat akan menguap (bubbling). Lapisan permukaan atas tersebut juga disebut sebagai lapisan bubble point surface. Titik V terhubung dengan titik L garis lurus horizontal yang disebut sebagai tie line. Jika pada titik L tekanan masih diturunkan lagi, maka kita akan tiba di titik W. Titik W ini terletak di lapisan permukaan bawah. Di titik ini cairan akan hilang dan berubah



3



sepenuhnya menjadi uap apabila tekanan diturunkan sedikit saja. Titik ini disebut sebagai dew point. Dan lapisan permukaannya disebut sebagai dew point surface. Karena bentuknya yang rumit, maka umumnya pembacaan grafik diproyeksikan ke dalam dua dimensi. Ada grafik P-x,y dan T-x,y. Grafik P-x,y ditunjukkan pada gambar 2 di bawah



Gambar 2. Diagram P-x,y



Seandainya kita memiliki sebuah cairan dengan fraksi 0,6 terhadap total jenis cairan di dalam suatu wadah, maka kita tinggal menarik garis lurus vertikal dari titik 0,6 ke garis nyata pada gambar 2. Kemudian dengan mengikuti tie line, kita dapat mengetahui fraksi dari vapor zat yang sama terhadap total vapor di dalam wadah tersebut.



4



Gambar 3. Diagram T-x,y



Gambar 3 adalah proyeksi diagram T-x,y. Pada diagram ini akan terbentuk loop-loop yang memiliki komposisi berbeda. P-T pada saat saturated liquid dengan saturated vapor pada komposisi yang sama adalah berbeda. Hal yang perlu dicermati pada saat dua titik berbeda loop berada di titik perpotongan seperti pada titik A dan titik B, maka kedua zat tersebut berada di dalam kondisi setimbang. Titik-titik kritis berada pada ujung-ujung loop. Titik kritis dari masing-masing loop ini berhubungan melalui garis lengkung. Pada pure substance titik kritis adalah titik tertinggi untuk T dan P dimana zat masih dapat dibedakan antara cairan dan uap. Akan tetapi, pada campuran hal ini boleh jadi tidak berlaku ; karenanya kondensasi bisa saja terjadi sebagai akibat dari penurunan tekanan. Salah satu penerapan VLE adalah flash calculation. Fenomena ini terjadi ketika cairan pada tekanan sama atau lebih besar dari tekanan bubble point “flashes” atau berevaporasi sebagian ketika tekanan tersebut direndahkan sehingga menghasilkan vapor dan cairan di equilibrium. Dengan kata lain tekanan berada diantara bubble point pressure dan dew point pressure. Titik dimana fenomena ini terjadi disebut sebagai flash point.



b) Explain the procedure to carry out BublP, BublT, DewP, and DewT calculations using Raoult’s law Jawaban: Berdasarkan yang diketahui dan yang harus dihitung : 1. BublP : Diketahui xi dan T, menghitung yi dan P 2. DewP : Diketahui yi dan T, menghitung xi dan P 3. BublT : Diketahui xi danP, menghitung yi dan T 4. DewT : Diketahui yi dan P, menghitung xi dan P Persamaan yang dipakai dalam perhitungan dengan Raoult’s Law : Hukum Raoult dinyatakan dengan



5



𝑦𝑖 𝑃 = 𝑥𝑖 𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡



𝑑𝑒𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑖 = 1,2, . . . , 𝑁



xi adalah komposisi spesi i pada fasa liquid dan yi adalah komposisi spesi i pada fasa uap Karena ∑I yi = 1 maka persamaan di atas menjadi 𝑃 = ∑ 𝑥𝑖 𝑃𝑖 𝑠𝑎𝑡 𝑖



Untuk sistem biner dengan x2= 1-x1 dimana komposisi uap tidak diketahui perhitungan bubble point. 𝑃 = 𝑃2𝑠𝑎𝑡 + (𝑃1𝑠𝑎𝑡 − 𝑃2𝑠𝑎𝑡 )𝑥1 Persamaan di atas juga dapat diselesaikan dengan ∑I xi = 1 𝑃=



1 ∑𝑖 𝑦𝑖 /𝑃𝑖𝑠𝑎𝑡



1. Menghitung BublP (Bubble Point pada P tertentu) Perlu diketahui nilai xi pada Bubble Point, suhu, dan persamaan Antoine untuk nilai Psat untuk tiap spesi atau nilai Psat tiap spesi pada suhu yang sesuai dengan yang diketahui. Contoh prosedur pada sistem biner dengan spesi A sebagai (1) dan spesi B sebagai (2) a. Mengetahui nilai P1sat dan P2sat pada suhu T. Jika tidak diketahui langsung maka menggunakan persamaan Antoine yaitu 𝑙𝑛𝑃(𝑘𝑃𝑎) = 𝐴 −



𝐵 𝑇( 0.𝐶)



+𝐶



b. Setelah mendapat nilai Psat untuk tiap spesi pada suhu T dan nilai x1 diketahui maka nilai P dapat dihitung dengan mengggunakan persamaan 𝑃 = 𝑃2𝑠𝑎𝑡 + (𝑃1𝑠𝑎𝑡 − 𝑃2𝑠𝑎𝑡 )𝑥1 c. Dengan nilai P diketahui maka komposisi uap pada spesi 1 dapat diketahui dengan 𝑦1 =



2. Menghitung DewP (Dew Point pada P tertentu)



6



𝑥1 𝑃1 𝑠𝑎𝑡 𝑃



Perlu diketahui nilai yi pada Dew Point, suhu, dan persamaan Antoine untuk nilai Psat untuk tiap spesi atau nilai Psat tiap spesi pada suhu yang sesuai dengan yang diketahui. Contoh prosedur pada sistem biner dengan spesi A sebagai (1) dan spesi B sebagai (2) a) Mengetahui nilai P1sat dan P2sat pada suhu T. Jika tidak diketahui langsung maka menggunakan persamaan Antoine yaitu 𝑙𝑛𝑃(𝑘𝑃𝑎) = 𝐴 −



𝐵 𝑇( 0.𝐶)



+𝐶



b) Setelah mendapat nilai Psat untuk tiap spesi pada suhu T dan nilai x1 diketahui maka nilai P dapat dihitung dengan mengggunakan 𝑃=



1 𝑦1 ⁄𝑃1𝑠𝑎𝑡 + 𝑦2 /𝑃2𝑠𝑎𝑡



c) Dengan nilai P diketahui maka komposisi cair pada spesi 1 dapat diketahui dengan 𝑥1 =



𝑦1 𝑃 𝑃1𝑠𝑎𝑡



3. Menghitung BublT( Bubble Point pada T tertentu) 4. Perlu diketahui nilai xi pada bubble point, tekanan, persamaan Antoine untuk nilai Psat dan nilai T untuk tiap spesi . Contoh prosedur pada sistem biner dengan spesi A sebagai (1) dan spesi B sebagai (2) a) Dengan mengubah 𝑃 = 𝑥1 𝑃1𝑠𝑎𝑡 + 𝑥2 𝑃2𝑠𝑎𝑡 𝑃 = 𝑃2𝑠𝑎𝑡 (𝑥1



𝑃2𝑠𝑎𝑡 =



𝑃1𝑠𝑎𝑡 + 𝑥2 ) 𝑃2𝑠𝑎𝑡 𝑃



𝑃 𝑠𝑎𝑡 (𝑥1 1𝑠𝑎𝑡 𝑃2



+ 𝑥2 )



Dengan α= P1sat/P2sat maka didapatkan persamaan baru yaitu S𝑃2𝑠𝑎𝑡 = (𝑥



𝑃 1 𝛼+𝑥2 )



b) Mengubah persamaan α menjadi lnα dengan persamaan Antoine 𝑙𝑛𝛼 = 𝑙𝑛𝑃1𝑠𝑎𝑡 − 𝑙𝑛𝑃2𝑠𝑎𝑡 7



𝑙𝑛𝛼 = (𝐴1 − 𝐴2 ) −



𝐵1 𝐵2 + 𝑇 + 𝐶1 𝑇 + 𝐶2



c) Melakukan iterasi untuk mendapat nilai suhu dengan prosedur sebagai berikut 1) Menentukan nilai inisial untuk α 2) Menghitung nilai P2sat 3) Menghitung nilai suhu dengan persamaan Antoine pada spesi 2 𝑇=



𝐵 −𝐶 𝐴 − 𝑙𝑛𝑃2𝑠𝑎𝑡



4) Dengan nilai T diketahui mencari nilai α baru 5) Melakukan kembali perhitungan dari langkah 2) hingga T konvergen, konvergen terjadi ketika nilai αn-α(n-1)