Diagram Fasa Zat Murni

Diagram Fasa Zat Murni

Perubahan Fasa di Industri: Evaporasi

Long Tube Evaporator

Perubahan Fasa di Industri: Evaporasi

Perubahan Fasa di Industri: Kristalisasi

Diagram Fasa

Diagram yang bisa menunjukkan, pada kondisi tertentu (tekanan, suhu, kadar, dll) zat tersebut berfasa (berwujud) apa

Dua jenis diagram fasa

H2O dan sejumlah zat lainVuap > Vpadat > Vcair

Zat pada umumnyaVuap > Vcair > Vpadat

Titik tripel

Titik T pada gambar di slide terdahulu Kondisi di mana zat bisa berupa padat,

cair, uap, atau campurannya

Pendinginan pada P tetap (1)

Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik A ke D?A-B = ?B = ?B-C = ?C = ?C-D = ?

Pendinginan pada P tetap (2)

Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik E ke G?

E-F = ?

F = ?

F-G = ?

Penekanan pada T tetap (3)

Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik H ke K?H-I = ?I = ?I-J = ?J = ?J-K = ?

Penekanan pada T tetap (4)

Apa yang terjadi jika pendinginan dari titik L ke O?L-M = ?M = ?M-N = ?N = ?N-O = ?

Dua jenis diagram fasa

H2O dan sejumlah zat lainVuap > Vpadat > Vcair

Zat pada umumnyaVuap > Vcair > Vpadat

Perhatikan:

Penekanan cenderung mendorong perubahan fasa ke arah volum yang lebih kecil

Kaidah umum

Jika terjadi perubahan kondisi, maka hal tersebut akan mendorong terjadinya proses-proses yang menghambat terjadinya perubahan kondisi tersebut

Contoh: Kenaikan suhu akan mendorong terjadinya proses-proses yang menyerap panas (endotermis)

Coba pikirkan:

Apa yang sebaiknya dilakukan untuk proses penyerapan gas dengan suatu cairan (proses absorbsi):

a. Pada suhu tinggi atau rendah?

b. Pada tekanan tinggi atau rendah?

Contoh kasus 1: EVAPORATOR

Evaporator: alat untuk menguapkan sebagian air dari suatu larutan sehingga diperoleh larutan yang lebih pekat

Fakta: makin tinggi tekanan maka makin tinggi titik didih

Single Effect Evaporator

STEAM

LARUTANENCER

LARUTANPEKAT

Multiple Effect Evaporator

FORWARDFEEDING


Apa keuntungannya dibanding single effect? Bagaimana T1, T2, T3?

Bagaimana P1, P2, P3?


BACKWARDFEEDING

Backward vs. Forward feeding

Apa keuntungan forward feeding? Apa kerugian forward feeding? Apa keuntungan backward feeding? Apa kerugian forward feeding? Bagaimana menggabungkan keuntungan

keduanya dan mengeliminasi kekurangan keduanya?

Mixed feeding

Contoh Kasus 2: Kristalisasi

Padatan amorf Kristal

Kristal produk industri

Ammonium AlumGula

Ammonium magnesiumsulfate

Kristal es dalam prosesfreeze drying

Kristal di industri pangan

Coba tebak: kristal apakah ini??

Contoh Kasus 2: Kristalisasi

PENDINGINAN

PembentukanInti Kristal(Nukleasi)

Pertumbuhan Kristal

Pembentukan inti kristal

Nukleasi

Primer Sekunder

Homogen/Spontan

Heterogen/Induksi

Pertumbuhan Kristal

Merupakan proses difusi. Difusi: perpindahan massa akibat beda

konsentrasi. Pertumbuhan kristal akan terus terjadi sampai

konsentrasi larutan (yang mulanya lewat jenuh) mencapai konsentrasi jenuh.

Difusi ke permukaan kristal

Kristal

Daerah permukaan kristal:konsentrasi larutan C* (jenuh)

Bulk larutan:Konsentrasi C > C*(lewat jenuh)

Difusi berhentipada saatC C*

Kejenuhan (1)

Jika solut ditambahkan ke dalam solven, akan tercapai suatu konsentrasi di mana solut yang ditambahkan tidak bisa larut lagi.

Konsentrasi maksimum ini disebut konsentrasi jenuh (sering disebut juga kelarutan).

Kejenuhan (2)

Pada kondisi jenuh, jumlah senyawa yang larut sama dengan jumlah senyawa yang mengkristal.

Secara netto tidak ada perubahan jumlah senyawa dalam larutan dan padatan.

Hal ini disebut kesetimbangan termodinamis.

Kejenuhan (3)

Biasanya, kelarutan akan lebih besar pada suhu yang lebih tinggi.

Kejenuhan (4)

Perlu diperhatikan bahwa ada perkecualian untuk beberapa senyawa: kelarutan justru turun pada suhu yang makin tinggi.

Efek suhu terhadap kelarutan perlu diperhitungkan pada operasi heat exchanger untuk larutan senyawa yang dapat mengkristal.

Kondisi lewat jenuh

Disebut juga supersaturasi. Mutlak diperlukan untuk memungkinkan

terbentuknya kristal.

Interpretasi supersaturasi (1)

Misalkan suatu larutan A dalam air bersuhu TA adalah larutan tidak jenuh.

Kristalisasi baru bisa terjadi di daerah supersaturasi (di atas daerah jenuh)

Kon

sentr

asi

Suhu

A

Daera

h jenuh

B

C

TA

Daerah supersaturasi

Tidakjenuh

Interpretasi supersaturasi (2)

Ada dua kemungkinan mencapai supersaturasi:1) Menaikkan

konsentrasi pada suhu tetap TA (untuk mencapai titik C).2) Menurunkan suhu

pada konsentrasi yang sama (untuk mencapai titik B).

Kon

sentr

asi

Suhu

A

Daera

h jenuh

B

C

TA

Daerah supersaturasi

Tidakjenuh

Kesetimbangan termodinamis

Fasa 1

Fasa 2

Jumlah perpindahan dari fasa 1 ke fasa 2 sama dengan perpindahandari fasa 2 ke fasa 1 sehingga jumlah senyawa di fasa 1 maupun fasa 2 tetap walaupun ada perpindahan antar fasa.

Menyatakan supersaturasi

Konsentrasi jenuh = C* Konsentrasi larutan = C (C > C*) Supersaturasi dapat dinyatakan sebagai:

Driving force (C) = C – C*

Rasio supersaturasi (S) = C/C*

Pengukuran supersaturasi

Diperlukan untuk mengontrol proses kristalisasi. Cara pengukuran:

- mengukur densitas (makin tinggi supersaturasi, densitas makin besar).- mengukur refractive index (makin tinggi supersaturasi, refractive index makin besar).- mengukur titik didih normal larutan (makin banyak zat terlarut, titik didih normal akan makin tinggi).

Cara mencapai supersaturasi

Penguapan Pendinginan Kombinasi antara penguapan dan

pendinginan Reaksi kimia

Kombinasi penguapan dan pendinginan Contoh:

Pabrik gula pasir Dengan penguapan (A-B)

: diperoleh larutan jenuh pada suhu T1.

B-C : Suhu diturunkan sampai T2 (< T1) sehingga diperoleh supersaturasi dan terjadi kristalisasi.

Kon

sentr

asi

Suhu

Laru

tan je

nuhA

BC

T2 T1

Pertanyaan

Apa yang terjadi jika penguapan dilakukan sampai tercapai supersaturasi di titik B’ ?

Kon

sentr

asi

Suhu

Laru

tan je

nuhA

BC

T2 T1

B’

Reaksi kimia (reactive crystallization)

Contoh:

Pabrik amonium sulfat (ZA)

Reaktor – Kristalisasi

(sudah jenuh (NH4)2SO4)

H2SO4 (l)

NH3(g)

Separator

Mother liquor

KristalZA

Suspensikristal

Reaksi:H2SO4 + NH3

(NH4)2SO4

Crystallizer di industri

Contoh kasus 3

Cairan A yang bertekanan 10 atm dan bersuhu 110oC diturunkan tekanannya dengan kran ekspansi sampai tekanannya menjadi 1 atm. Tekanan uap pada berbagai suhu dapat didekati dengan persamaan

Kapasitas panas cairan 0,8 cal/g/K dan panas penguapan 300 cal/g (dianggap konstan). Hitung:1. Suhu keluar kran ekspansi2. % cairan yang menguap

Illustrasi Contoh Kasus 1

Diagram Fasa Zat Murni

Documents