VLE2

1

o Ketika suatu spesi memiliki suhu kritis di bawah suhusistem, seperti kasus udara – air, komposisi air di udaradapat diestimasi menggunakan Hukum Raoult denganmenganggap tidak ada udara dalam air

o Akan tetapi, komposisi udara dalam air tidak dapatdiestimasi menggunakan Hukum Raoult

o Komposisi udara dalam air dapat diestimasi denganmenggunakan Hukum Henry

Model Kesetimbangan Uap-CairHukum Henry (1)

o Formulasi:yi P = xi Hi (i = 1, 2, 3,….)

o Ket:o yi = fraksi mol uap

komponen io xi = fraksi mol larutan

komponen io P = tekanan total gaso Hi = konstanta Henry

komponen i

Model Kesetimbangan Uap-CairHukum Henry (2)

2

o Sistem udara/air pada suhu 25°C dan tekanan atmosfirdengan data:o Pair

sat = 3,166 kPao Hu = 72.950 bar = 7.295.000 kPa

o Fraksi mol udara dalam air:yair = Pair

sat /P = 3,166/101,33 = 0,0312xu = yu P/Hu = (1 – 0,0312)× 101,33/7.295000

= 1,35 × 10−5

Model Kesetimbangan Uap-CairContoh Aplikasi Hukum Henry

o Agar lebih realistis, asumsi larutan ideal harusditinggalkan dan Hukum Raoult dimodifikasi denganmenambahkan faktor γi yang disebut koefisien aktivitas

o Formulasi:yi P = xi γi Pi

sat

o Catatan: γi merupakan fungsi T dan xi

o Sehingga

Hukum Raoult yang DimodifikasiUntuk Campuran Non-Ideal pada Tekanan Rendah

3

Hukum Raoult yang Dimodifikasi

Kloroform/ tetrahidrofuran Etanol/toluena

o Partisi suatu spesi kimia dalam fasa uap cair dapatdisederhanakan sehingga:

Ki = yi/xi

o Berdasarkan Hukum Raoult:Ki = Pi

sat /Po Berdasarkan Hukum Raoult yang dimodifikasi:

Ki = γi Pisat /P

VLE dengan Korelasi Harga K (1)

4



5

o Dengan metode harga K, perhitungan titik gelembungmaupun titik embun dapat disederhanakan sehinggacukup memenuhi 2 syarat berikut:

Σ yi = Σ Ki xi = 1 dan Σ xi = Σ yi /Ki = 1


o Untuk campuran 10% metana, 20% etana, dan 70%propana pada 283.15 K, tentukan:

a. Tekanan titik embunb. Tekanan titik gelembung

VLE dengan Korelasi Harga K (5)Contoh Soal 10.4

6

a. Untuk mencari tekanan titik embun, nilai P dicobauntuk mencari nilai K. Pada titik embun, hanyaterdapat sedikit cairan sehingga campuran dianggapuap.

VLE dengan Korelasi Harga K (6)Jawaban Soal 10.4

b. Untuk mencari tekanan titik gelembung, nilai P dicobauntuk mencari nilai K. Pada titik gelembung, hanyaterdapat sedikit uap sehingga campuran dianggapcairan.

VLE dengan Korelasi Harga K (7)Jawaban Soal 10.4 (lanjutan)

7

o Ketika suatu cairan yang berada pada tekanan di atastekanan gelembung mengalami penurunan tekanan,cairan tersebut akan menguap sebagian atau diistilahkandengan flash.

o Tinjau sebuah sistem dengan satu mol spesi kimiadengan komposisi {zi}. Anggap L jumlah mol cairandengan fraksi mol {xi} dan V mol uap dengan fraksi mol{yi}

Perhitungan Flash (1)

o Neraca massa total: L + V = 1o Neraca massa komponen: zi = xi L + yi Vo Gabungan kedua neraca: zi = xi(1 – V) + yi Vo Substitusi harga xi dengan yi /Ki diperoleh:

o Sehingga:

Perhitungan Flash (2)

8

o Jika sistem dalam Contoh Soal 10.4 berada pada tekanan13,8 bar, berapa fraksi uap dan komposisi fasa uap dancair kesetimbangan?

Contoh Perhitungan FlashContoh Soal 10.6

Contoh Perhitungan FlashJawaban Soal 10.6

9

Topik Kasus RumusUmum Semua Ʃyi = 1

Ʃxi = 1Hukum Raoult Gas ideal, larutan ideal yi P = xi Pi

sat

Hukum Raoult yang dimodifikasi

Gas ideal, larutan nyata yi P = xi γi Pisat

Hukum Henry Gas di atas suhu kritis yi P = xi Hi

Korelasi K Tergantung grafikUmumnya hidrokarbon

Ʃxi Ki = 1Ʃyi/Ki = 1

Kalkulasi flash sda

Rangkuman

Carilah fraksi dan komposisi uap dalam Contoh MasalahVLE 2 dengan menggunakan Hukum Raoult(Smith No 10.11a)

Uji Diri

Smith No 10.11T = 340 KP = 115 kPa V = 0.656

Data z A B C P sat K y xAseton 0.75 14.3145 2756.22 228.06 143.81533 1.2506 0.8055 0.6441Asetonitril 0.25 14.895 3413.1 250.523 62.851641 0.5465 0.1945 0.3559

total 1 1

10

Campuran hidrokarbon ringan yang terdiri dari 5%propana, 85% n-butana, dan 10% n-pentana ingindisimpan sebagai cairan pada suhu 40°F. Pada tekananberapakah campuran tersebut harus disimpan agarberwujud cair?Jawab: 18 psia

Latihan 1

Campuran pentana, heksana, dan heptana (25%, 45%, 30%mol) dibawa ke kondisi 200°F dan 2 atm.a. Apakah sistem berada dalam kesetimbangan uap-cair?b. Tentukan fraksi uap yang terbentuk.c. Tentukan komposisi fraksi cair.Jawab: (b) 0,266 (c) 0,191; 0,455; 0,354

Latihan 2

11

Ke dalam bejana 30 liter dicampurkan 0,1 mol n-butanadalam 0,9 mol n-heksana. Jika bejana dan isinya dijagapada suhu 298 K, berapa tekanan, komposisi dan fraksiuap dan cairan (P, x, y, V, L) ketika kesetimbangan?Anggap sistem ideal. Data:

Tugas 1

Densitas (g/cc) Tekanan uap (bar)n-butana 0.575 2.428n-hexana 0.655 0.2

Tinjau sebuah proses pemisahan 2-tahap suatu larutanbiner ideal pada suhu tetap. Laju alir masuk tahap I adalah100 mol/s dan mengandung 50% mol masing-masingkomponen. Laju keluar aliran uap dan cair masing-masing50 mol/s. Cairan yang keluar dialirkan ke tahap II dankeluaran tahap II juga berupa uap dan cair masing-masing25 mol/s. Tentukan tekanan dan komposisi keluaranmasing-masing tahap. Tekanan uap jenuh komponen 1 dan2 berturut-turut adalah 10 kPa dan 50 kPa.

Tugas 2

12

Pada 1 atm, propana (1) mendidih pada −42,1°C dan n-butana (2) mendidih pada −0,5°C. Data berikut diberikan:

Dengan asumsi sistem ideal, hitung:(a) Fraksi mol komponen (x) agar larutan mendidih pada

tekanan 1 atm, suhu (i) −31,2°C [0,560; 0,440] (ii)−16,3°C [0,196; 0,804]

(b) Fraksi mol uap propana pada suhu tersebut (y1) [(i) 0,884; (ii) 0,577]

Latihan Tambahan VLE (1)

Suhu (°C) −31,2 −16,3Tekanan propana (kPa) 160,0 298,6Tekanan n-butana (kPa) 26,7 53,3

Satu kg benzena dan 1 kg toluena dicampur dan dijagapada 60°C. Tekanan uap murni benzena dan toluena padasuhu tersebut berturut-turut adalah 51,3 dan 18,5 kPa.(a) Jika tekanan diturunkan perlahan, pada tekanan berapa

campuran mulai mendidih? [36,25 kPa](b) Tentukan komposisi gelembung uap yang pertama.

[76,58% benzena]


13

Sebanyak 8 mol/s uap (y1 = y2 = 0,5) dan 2 mol/s cairanmengalir dari tanki flash pada 300 K. Pada suhu ini,tekanan uap murni masing-masing gas adalah P1

sat = 3 bardan P2

sat = 2 bar.Tentukan:a. Tekanan tanki [2,4 bar]b. Komposisi molar cairan keluar (x) [0,4; 0,6]c. Komposisi molar umpan (z) [0,48; 0,52]d. Tekanan umpan jika umpan berupa cairan jenuh[2,48 bar]


Suatu campuran metanol (1)/etanol (2) mengandung 80%massa metanol. Campuran tersebut dipisahkan secara flashpada 344,15 K. Jika diinginkan 80% metanol untukdipakai kembali, tentukan:a. Tekanan sistem [118,1 kPa]b. Fraksi mol aliran keluar yang mengandung 80%

metanol tersebut (V atau L) [78,53%]c. Komposisi molar aliran tersebut (x atau y)[79,351% metanol]


VLE2

Documents