OPERASI TEKNIK KIMIA III

Landasan Umum

Pengantar

Teknik kimia menurut batasan yang diberikan oleh A.I.Ch.E., bila

diterjemahkan secara bebas ialah: … aplikasi dasar-dasar ilmu pengetahuan fisik

bersama dengan ilmu pengetahuan ekonomi dan hubungan masyarakat pada suatu

bidang yang berkaitan langsung dengan proses dan fasilitasnya untuk merubah

keadaan, isi energi dan komposisi.

Berlandaskan pada batasan umum tersebut dapat diramal bahwa sarjana

Teknik kimia banyak melibatkan diri dengan tugas analisis dan penyelesaian

maslah-masalah yang berkaitan dengan proses dan operasi pengolahan bahan baku

menjadi produk yang berguna, bernilai ekonomis yang lebih tinggi.

Selain itu sarjana Teknik Kimia perlu memiliki bekal kemampuan untuk

menyelesaikan tugas perancangan alat-alat industri kimia maupun perancangan

pabrik kimia, dengan mempergunakan data informasi yang terbatas. Tidak jarang

pula memperoleh tugas untuk menyempurnakan kerja dan konstruksi alat-alat

pengolahan, sehingga dapat dipergunakan lebih efisien, aman dan cukup

ekonomis.

Dalam analisis dan sintesis suatu masalah yang berkaitan dengan tugas-

tugas tersebut di atas, di bidang Teknik Kimia dikenal adanya ‘Chemical

Engineering Tools” yang mencakup:

1). Penggunaan neraca massa, 2). Penggunaan neraca energi, 3). Keseimbangan,

4). Kecepatan proses, 5). Neraca ekonomi, dan 6). Hubungan masyarakat.

Konsep fundamental tersebut satu persatu secara berurutan kita pergunakan

untuk mencarai penyelesaian masalah-masalah di bidang Teknik Kimia.

mimin@07022007

1

Ditinjau dari segi lain, Teknik Kimia dinyatakan juga sebagai“ Science and

Arts”. Pernyataan ini memang benar karena dalam analisis dan penentuan

penyelesaian suatu masalah selain berdasarkan ilmu pengetahuan diperlukan juga

pertimbangan dan kebijaksanaan menurut pengalaman.

Masalah yang terdapat dalam bidang industri cukup komplek dan banyak

ragamnya. Selain masalah yang bersifat teknik, ekonomi, masih baynyak masalah

lain yang perlu dipecahkan. Salah satunya yaitu hal-hal yang bersangkutan dengan

operasi alat-alat yang dipergunakan dalam industri kimia, khususnya operasi

distilasi, absorbsi, dan ekstraksi.

Bila kita mengadakan peninjauan keliling pabrik kimia dan perminyakan

misalnya, maka kita akan melihat keanekaragaman alat-alat industri yang

dipergunakan. Walaupun demikian jika kita renungkan sejenak, maka alat-alat

tersebut ada yang memiliki kesamaan dalam mekanisme operasi nya, konstruksi

maupun dasar-dasar perhitungannya. Melihat fakta tersebut timbullah gagasan

untuk menyusun suatu organisasi yang sistematika untuk meninjau alat-alat

industrin yang memiliki kesamaan seperti yang tersebut di atas. Sistematika

organisasi yang dianggap cukup ekonomis mempergunakan kriteria sebagai

berikut:

1. Ditinjau secara keseluruhan proses pengolahan yang dilakukan dalam

suatu industri tersususn dari beberapa urutan langkah operasi atau proses.

2. Disetiap langkah operasi atau proses tersebut mungkin terdapat suatu

unit alat yang memiliki kesamaan dalam operasi atau cara kerjanya.

Bersadasarkan hal inilah maka timbul cabang ilmu yang disebut “Operasi Tekinik

Kimia” atau “Unit Operations”.

Diharapakan penggunaan metoda ini dapat mempermudah dan

mempercepat seseorang mempelajari operasi alat industri kimia, memudahkan

perancangan alat-alat baru, memudahkan seleksi alat-alat operasi yang sesuai

karena alat-alat tersebut mudah dibandingkan.

mimin@07022007

2

Jadi pentingnya belajar operasi teknik kimia adalah karena semua industri

kimia dan perminyakan mempunyai kesamaan dalam hal unit-unit operasi yang

digunakan, terutama dalam memperhitungkan sifat-sifat fisis (basis untuk

perancangan alat.

Sebagai bekal untuk mempelajari Opeasi Teknik Kimia, dianggap bahwa

ilmu fisika dasar, kalkulus, neraca massa, neraca panas, thermodinamika, aliran

fluida pernah dipelajari. Perpindahan panas dapat dipelajari bersama-sama.

Walaupun dalam Operasi Tekini Kimia kita hanya membahas masalah-

masalah yang bersifat fisis, tetapi ada pula proses disertai dengan reaksi kimia.

Sedangkan proses pengolahan secara kimia akan dibahas di dalam di dalam

cabang ilmu Teknik Reaktor Kimia. Analisa dimensi juga memiliki peranan cukup

penting dalam pembahasan masalah yang berkaitan dengan Operasi Tekinik Kimia

ataupun proses fisis lainnya.

Metoda Pemisahan

Metoda pemisahan konstituen dari campurannya dapat dibedakan menurut

katagori berikut:

1. Pemisahan menurut dasar Operasi Diffusional.

Transfer massa atau konstituen berlangsung secara difusi antara dua fase atau

lebih. Kebanyakan pada operasi pemisahan konstituen dari campurannya terdapat

dua fase campuran yang saling bersinggungan dan dinamakan sebagai kontak fasa.

2. Pemisahan secara mekanik.

Pemisahan secara mekanik dapat dilakukan pada campuran heterogen. Pemisahan

berlangsung berdasarkan gaya gravitasi, gaya centrifugal, perbedaan kecepatan

jatuh atau dengan mempergunakan tekanan.

3. Pemisahan dengan mempergunakan reaksi kimia.

Misalnya pemisahan belerang atau senyawa belerang, merkaptan, yang ada dalam

bensin dengan menggunakan larutan Natrium Hidroksida (NaOH).

mimin@07022007

3

Pada dasarnya untuk memilih metoda pemisahan perlu dipertimbangkan

faktor-faktor teknis dan ekonomis. Secara teknis cukup efisien, sederhana

konstruksi dan perawatannya, sedangkan secara ekonomis biaya investasi dan

biaya operasi relatif rendah. Keadaan semacam ini memang ideal,

tetapikenyataannya tidak mudah diperoleh. Adakalanya faktor lain dapat

menentukan. Misalnya suatu metoda pemisahan walaupun biaya operasinya relatif

agak besar, tetapi sederhana dan bebas dari berbagai kesukaran, kemungkinan

dapat terpilih juga.

Syarat-syarat pemisahan suatu konstituen (zat yang ada di dalam campuran)

adalah sebagai berikut:

1. Harus ada lebih dari satu komponen

2. Kondisi operasi

3. Harus ada driving force (perbedaan)

4. Adanya resistensi menyebabkan suatu senyawa tidak dapat dipisahkan dari

campuran, sehingga resistensi harus dibuat lebih kecil dari driving force

Karakteristik Pemisahan

Ditinjau secara makro, proses-proses yang terjadi secara alamiah dapat

diartikan sebagai proses pencampuran, yang terjadi secara spontan dan merupakan

proses tidak dapat balik. Berarti untuk memisahkan suatu konstituen dari

campurannya diperlukan suatu usaha, yaitu usaha thermodinamik yang ekivalen

sehingga terjadi proses yang berlawanan terhadap proses alami. Maka pada proses

pemisahan campuran perlu dimasukkan atau dicampurkan sejumlah “separating

agent” tertentu.

Separating agent yang lazim dipergunakan adalah:

1. Energi panas dari “steam”, bahan bakar atau lainnya.

Contoh: proses distilasi, penguapan, pengeringan.

mimin@07022007

4

2. Sejumlah massa bahan, misalnya: zat pelarut atau zat penyerap tertentu.

Contoh : zat pelarut yang digunakan pada proses ekstraksi atau pada

proses leaching; zat penyerap yang digunakan pada proses absorbsi.

3. Energi Mekanik, misalnya: tekanan.

Filtrasi yaitu pemisahan zat padat dari larutannya melalui media

penyaring dengan menggunakan tekanan; Pemisahan melalui membran

secara difusi.

Sejumlah panas atau zat pelarut dicampurkan dengan sejumlah campuran

yang akan dipisahkan atau dimurnikan dalam suatu alat pemisah yang disusun

sedemikian rupa hingga diperoleh hasil sebaik-baiknya. Terlepas dari tinjauan

bagaiamna terjadinya pemisahan, bentuk alat penyampur dan pemisah, maka

diagram alir sederhana suatu proses pemisahan dapat digambarkan sebagai

berikut:

Gambar 1. Diagram alir sederhana proses pemisahan

Umpan dapat berupa satu macam umpan atau lebih, sedangkan Separating

agent yang dipakai selain berupa tenaga panas atau massa zat, dapat juga

digunakan energi mekanik. Hasil pemisahan yang diperoleh berupa produk-produk

yang mempunyai karakteristik atau spesifikasi tertentu.

Bila diikuti terjadinya proses pemisahan, maka penambahan sejumlah panas

atau mungkin zat pelarut akan diikuti oleh pembentukan fase kedua. Misalnya :

proses penyulingan, penambahan panas ke dalam campuran larutan menyebabkan

mimin@07022007

5

Unit PemisahUmpan Hasil Pemisahan

Separating Agent

pembentukan fasa uap. Pada proses ekstraksi, penambahan sejumlah zat pelarut

tertentu menyebabkan pembentukan fase cairan yang kedua, sehingga pada proses

ekstraksi terdapat dua fase yaitu fase rafinat dan fase ekstrak.

Jadi, dalam proses pemisahan terdapat dua fase, uap-cairan, cairan-cairan

yang saling bersinggungan atau bersentuhan. Bila kontak fase ini dibiarkan terjadi

dalam waktu yang cukup, maka keseimbangan termodinamik dapat dicapai.

Waktu yang diperlukan untuk mencapai keseimbangan tersebut untuk setiap

sistem campuran tertentu berbeda terhadap sesuatu sistem campuran yang lain.

Keseimbangan termodinamik tersebut merupakan suatu keadaan yang ideal

dan lazim dipergunakan sebagai kriteria untuk memperkirakan komposisi hasil-

hasil pemisahan, memperkirakan efisiensi pemisahan, memperkirakan multiple

stages yang diperlukan untuk mencapai hasil pemisahan tertentu.

Karena dalam usaha untuk memperkirakan komposisi hasil pemisahan

didasarkan pada hasil perpindahan konstituen atau komponen yang ada dalam

campuran, maka pada keseimbangan termodinamik tersebut perlu diketahui

penyebaran atau distribusi komponen-komponen di dalam kedua fase yang

membentuk keseimbangan, pada suhu dan tekanan tertentu. Karena pada suhu dan

tekanan yang lain, untuk sistem campuran yang sama, distribusi komponen-

komponen didalam kedua fase seimbang tidak sama.

Selanjutnya untuk tujuan analisis “performance” dari suatu unit pemisah

campuran masih diperlukan data-data atau ketentuan-ketentuan tentang:

1. Keadaan umpan dan hasil pemisahan, meliputi: kecepatan aliran,

komposisi dan kondisi termalnya.

2. Batas jumlah “separating agent” yang digunakan: jumlah panas

(bahan bakar, “steam”), jumlah zat pelarut atau penyerap untuk

mencapai suatu derajat pemisahan.

3. Kondisi operasi pemisahan: suhu, tekanan, kecepatan aliran bahan

yang diperkenankan pada alat pemisah.

mimin@07022007

6

Perlu diingat disini bahwa energi panas tidak hanya berfungsi sebagai

energi pemisahan saja, tetapi dapat juga digunakan sebagai sumber daya. Ditinjau

dari nilai entalpi dan panas laten penguapan, “steam” yang bertekanan tinggi baik

digunakan sebagai sumber daya.

Penggunaan energi panas secara efisien, hemat, memungkinkan penurunan

biaya operasi, harga produk dan jumlah jatah dari sumber daya. Banyak industri

yang pada saat ini telah mulai merintis kearah penghematan dan konservasi energi.

Unit-unit yang banyak mengeluarkan panas dan terbuang, dimanfaatkan kembalii

energi panas yang terbuang itu sebagai pembangkit uap sendiri, sehingga

penggunaan listrik dari sentral dikurangi.

Cara-cara Operasi Dalam Pemisahan

Fraksionasi dan “solute recovery”

Dilakukan apabila komponen dalam larutan/campuran dapat terkelompokkan

dengan jelas oleh adanya perbedaan sifat yang menyolok sedemikian sehingga

komponen yang satu masuk kelompok pelarut dan yang lain dalam klompok zat

terlarut (solute)

Operasi Unsteady-sate

Cirinya adalah bila dalam operasi, konsentrasi disetiap titik dalam alat berubah

terhadap perubahan waktu. Hal ini disebabkan oleh adanya perubahan konsentarsi

dari bahan masuk, laju alir atau perubahan tekanan dan suhunya.

Operasi Steady State

Kebalikan dengan proses di atas, dalam operasi ini konsentrasi disetiap titik

dalam alat proses selalu tetap, tidak berubah terhadap perubahan waktu.

mimin@07022007

7

Operasi “Stage Wise”

Stage didefinisikan sebagai alat tempat berlangsungnya kontak yang baik antara

dua fasa yang tidak saling melarut bersama-sama menuju kesetimbangan yang

selanjutnya secara mekanis fase tersebut terpisah. Operasi stage wise dapat

berlangsung lewat satu stage-down dapat pula melalui beberapa stage yang

tersusun berurutan (Cascade).

Operasi Kontak Kontinyu

Pada operasi jenis ini fase-fase mengalir secara kontinyu dalam alat sambil selalu

saling kontak, tanpa terjadi kontak maupun pemisahan ulang dari fase-fase

tersebut. Kesetimbangan antara dua fase pada setiap titik dalam alat tak pernah

tercapai, namun bila dianggap kesetimbangan tercapai disetiap tempat di sistem,

hasilnya merupakan sejumlah stage yang tidak terhingga.

Tinjauan Umum

Dalam mencapai tujuan proses pemisahan, dipertimbangkan hal-hal sebagai

berikut:

1. Penanganan sifat fisik yang unik (karakteristik)

2. Kesederhanaan peralatan.

3. Pembiayaan

mimin@07022007

8

Klasifikasi Operasi Pemisahan

Satu komponen A yang ditransfer dari suatu larutan A dalam B dengan memberikan komponen

pembantu (separating agent) C.

No. Macam Operasi

A B C L/atau R

V,C/atau E

Dasar pemisahan

1. Absorpsi gas gas absorbent gas cair kelarutan    (cair)    2. Stripping uap/gas cair gas cair gas kelarutan         3. Distilasi solute solvent panas residu distilat volatilitas

relatif  (volatil) (cair)   (cair (uap)         4. Ekstraksi

cair-cairsolute solvent solvent rafinat Ekstrak kelarutan

  (cair) (cair) (cair) (cair)             

5.Solid ekstraksi solute solid solvent rafinat ekstrak kelarutan

KONSEP KESETIMBANGAN

a. Konsep Keseimbangan (Keseimbangan Fasa)

Pada pembicaraan tentang karakteristik pemisahan telah disinggung

tentang keseimbangan termodinamik dan timbulnya dua fasa yang saling

bersentuhan. Keadaan keseimbangan termodinamik merupakan tahap akhir dari

proses alamih. Keadaan tidak berubah lagi selama suhu dan tekanannya tidak

berubah. Bila da perubahan suhu atau tekanan, maka keadaan keseimbanga juga

berubah sampai dicapai suatu keadaan keseimbangan baru. Pada keadaan

seimbnag tersebut setiap fasa dalam keadaan jenuh, pertukaran neto “properties”

mendekati nol, dan suhu serta tekanan di kedua fase dianggap sama.

Sebenarnya tentang keseimbangan fasa dibahas secara luas dalam

termodinamika teknik, seperti misalnya hubungan antara suhu, tekanan, dan

komposisinya. Walaupun demikian data percobaan masih diperlukan terutama

untuk penyelesaian masalah praktis.

mimin@07022007

9

Salah satu dari kemungkinan masalah berikut banyak diperbincangkan dalam

Operasi Teknik Kimia.

1. bagaimana komposisi seimbang atau distribusi komponen-

komponen yang terdapat pada kedua fase yang membentuk

keseimbangan fase pada suatu suhu dan tekanan tertentu?

2. Berapa suhu dan tekakan sistem yang membentuk keseimbangan

fasa dengan profil konsentrasi tertentu?

Dalam OTK lazim mempergunakan penyederhanaan bahwa disetiap fasa

terdapat distribusi suhu, tekanan, dan konsentrasi yang uniform /seragam. Pada

keseimbangan fasa suhu dan tekanan diseluruh fasa sama tetapi kadar komponen-

komponen disetiap fase tidak sama. Kenyataan inilah yang dapat dipergunakan

sebagai landasan analisis operasi pemisahan secara difusional.

b. Kontak ideal-keadaan ideal

Di atas telah diuraikan bahwa pada keseimbangan termodinamik juga

terdapat kontak fasa. Keadaan yang demikian itu lazim disebut pula sebagai

kontak fasa ideal atau disingkat kontak ideal.

Keadaan tersebut dapat juga dipandang sebagai suatu model fisik yang

dalan OTK dinamakan “equilibrium stage” atau “ideal stage”. Dasar pengertian

dapat diperluas yaitu setiap fasa yang telah terpisah dan meninggalkan “ideal

stage” tadi dalam keadaan seimbang. Artinya kedua fasa terpisah itu masing-

masing dalam keadaan jenuh dan memiliki komposisi seimbang.

Mungkin kedua fasa yang telah dipisahkan merupakan hasil pemisahan

yang komposisinya belum memenuhi komposisi yang diinginka. Beberapa kali

kontak ideal atau operasi pemisahan secara bertingkatperlu dilakukan sampai

diperoleh hasil pemisahan seperti yang dinginkan. Cara ini dikenal sebagai operasi

pemisahan bertingkat (stagewisw operation).

Sebenarnya masih ada maslah yang timbul pada penggunaan konsep

“ideal stage” di atas. Kapankah keadaan seimbang itu tercapai ? Benarkah

mimin@07022007

10

keadaan seimbang itu telah dicapai ? Apakah kita perlu menunggu sampai keadaan

seimbang itu dicapai ? Sedangkan dari segi lain, kita ingin memperoleh hasil

pemisahan secepat mungkin.

Pertentangan ini kita selesaikan dengan cara memperhitungkan efisiensi,

sedangkan konsep ideal tetap di stage ideal itu dapat juga digambarkan

dalam bentuk diagram blok sebagai berikut. Dioagram ini berlaku

umum.

Gambar : Operasi single stage

Kesetimbangan Pada Destilasi

Tujuan destilasi adalah untuk memperoleh fasa uap yang sebanyak-banyaknya.

Pada destilasi terjadi kontak fasa cair dengan fasa uap. Fasa cair akan berpindah

ke fasa uap. Fasa cair akan turun ke bawah kolom, sedangkan fasa uap akan naik.

Refluk adalah uap yang dikembalikan ke dalam kolom destilasi.

Pada destilasi, semakin ke atas maka suhunya akan semakin tinggi, sedangkan

fraksi di atasnya lebih tinggi daripada fraksi yang ada di bawahnya. Yang berada

di atas adalah fraksi uap (titik didih rendah). Uap yang naik dan turun adalah

equimolal, maksudnya adalah setiap uap yang naik ke atas (contohnya : 1 molal),

maka kontak diikuti dengan 1 molal cairan yang turun, sehingga ada uap yang

mengembun atau terkondensasi menjadi cairan dan ada yang menguap juga,

sehingga terjadi keseimbangan dengan komposisi yang masih terus berubah. Yang

mimin@07022007

11

“ Stage Ideal “

Untuk distilasi dan penyerapan : L : fase cair atau fase beratV : Fase uap atau fase ringan

Untuk ekstraksi :L : cairan beratV : cairan ringan

Untuk “leaching” :L : fasa padatV : fase cair

setimbang disini adalah lajunya, yaitu laju penguapan = laju pengembunan dan

netto = 0. Ketika terjadi keseimbangan, panasnya berasal dari cairan/uap itu

sendiri berupa panas laten, jadi bukan panas dari reboiler. Keseimbangan tersebut

terjadi pada T dan P tertentu, jika T dan P berbeda, maka kesetimbangan juga akan

berbeda. Jadi, kesetimbangan destilasi terjadi equimolal.

Pada saat kesetimbangan fasa, ada beberapa kondisi yang sama, yaitu:

- Suhu dan tekanan pada setiap fasa nilainya tertentu

- Potensial kimia sama diantara fasa/kemampuan melakukan reaksi

kimia

- Fugasitas sama pada tiap fasa dan fugasitas cairan = 1

Fugasitas berhubungan dengan aktifitas dan berhubungan dengan

cairan serta nilainya sama dengan tekanan (pada tekanan rendah)

Kesetimbangan pada ekstraksi (contoh : cair – padat)

Misal terdapat padatan/campuran A + B yang ingin dipisahkan dengan

menggunakan solven C. Kesetimbangan pada proses tersebut terjadi bila laju

perpindahan A ke C = laju perpindahan A di C yang kembali ke campuran A + B.

Pada saat terjadinya kesetimbangan lajunya tetap.

Tahap Ideal (stage ideal)

mimin@07022007

12

Misalnya:

Bila ada campuran A dan B yang diinginkan untuk dipisahkan adalah A dengan

menggunakan pelarut C. Dalam bagan di atas, jika C dicampurkan ke dalam A,B

maka akan terjadi kontak (bisa cocurrent/counter current). Pada suatu saat, C akan

jenuh dan mengalami kesetimbangan, sehingga tidak bisa lagi menampung A. Jika

A (fresh feed) terus menerus ditambahkan maka C tidak lagi bisa menerima A,

sehingga A akan dikeluarkan lagi ke dalam campuran sebanyak A yang berpindah

ke C tadi. Sehingga untuk mengatasinya, jika A (fresh feed) ditambahkan, maka C

juga harus terus ditambahkan, sehingga kontak antara A dan C terus berlangsung

hingga tercapai kondisi yang diinginkan. Atau bisa juga kesetimbangan di ganggu,

yaitu dengan cara hasil pemisahan yang diperoleh dimasukkan lagi ke stage

berikutnya, yang dikenal dengan stage to stage (multistage) dengan menambahkan

separating agent, sehingga komposisi yang keluaran sesuai dengan yang

diinginkan

Pada destilasi, kesetimbangan biasanya terjadi pada salah satu plat, yaitu pada

ideal stage (unit pemisahan) sehingga hasil pemisahan juga akan setimbang.

mimin@07022007

Unit pemisahanUmpan campuran (A + B)

Hasil pemisahan

Supporting agent(sesuatu yang dipakai untuk

terjadinya pemisahan)tenaga panas (energi)massa zat (pelarut/penyerap)mekanik (tekanan)

C

13

PROSES PEMISAHAN UAP – CAIR

Proses pemisahan komponen-komponen dari suatu larutan yang saling larut

dengan metode distilasi sangat bergantung kepada perbedaan titik didih murni

masing-masing komponen tersebut. Juga, tergantung kepada konsentrasi masing-

masing komponen.Sehingga berdasarkan pernyataan di atas, maka untuk

melaksanakan proses distilasi sangat bergantung kepada karakteristik larutan

terutama tekanan uap-nya (vapour pressure).

Distilasi adalah suatu proses yang bertujuan untuk memisahkan suatu

campuran liquid yang saling larut dan volatile menjadi komponennya masing-

masing. Syarat dasar proses pemisahan secara distilasi adalah komposisi uapnya

harus berbeda dengan komposisi cairannya pada saat terjadi kesetimbangan.

Sebagai data dasar dalam penyelesaian masalah distilasi adalah data

kesetimbangan antara fasa cair dan uap dari system yang didistilasi.

1. Kurva Kesetimbangan

Kesetimbangan uap-cair sangat ditentukan oleh Kaidah Fasa (Phase Rule)

yang dirumuskan sebagai berikut:

F = C - P + 2

mimin@07022007

Unit pemisahanUmpan campuran (A + B)

Unitpemisahan

Separating agent Separating agent

14

Dimana : F = Jumlah derajad kebebasan

C = Jumlah Komponen

P = Jumlah Fasa

Contoh ; jika ada dua komponen yaitu A dan B, dimana komponen A adalah

yang lebih volatile ada pada kedua fasa, maka ada 4 variabel dalam sisem

ini, yaitu : Tekanan (P), temperatur (T), konsentrasi A dalam cairan (XA)

dan konsentarsi A dalam uap (YA).Bila tekanan ditentukan, maka harga

konsentrasi fasa uap akan mengikuti. Oleh karenanya data-data

kesetimbangan biasanya dinyatakan dengan temperatur dan konsentrasi

pada tekanan konstan atau dapat pula dinyatakan dengan grafik antara

konsentrasi fasa uap (Y) dan konsentrasi fasa cair (X), dan grafik ini disebut

“Kurva kesetimbangan”.

Contoh kasus:

1. Pada proses ekstraksi, terdapat 3 komponen yaitu: solute, diluent, solvent,

sedangkan jumlah fasa ada 2 yaitu rafinat dan ekstrak. Maka derajad

kebebasan,F=3-2+2=3. Hal ini berarti ada 3 buah variable intensif yang

boleh dipilih secara bebas agar system keseimbangan fasa tertentu (dapat

diketahui). Variabel yang dapat dipilih adalah: suhu, tekanan, dan variable

konsentrasi umpan, solven, ekstrak dan rafinat.

2.Pada proses distilasi, dimana pada sistim tersebut terjadi keseimbangan

antara uap-cair maka ternyata jumlah komponen yang ada dalam campuran

akan berpengaruh. Misal untuk campuran biner, F=2; campuran terner, F=3;

campuran n komponen maka F=n. Untuk campuran n komponen, 3

fase,maka F=(n-1).

mimin@07022007

15

Ada beberapa cara untuk membuat kurva kesetimbangan, antara lain:

(a) Berdasarkan Hukum Raoult.

Hukum Roault ini berlaku bila sistim campurannya dapat dianggap ideal

atau mendekati keadaan ideal (tekanan rendah), maka hubungan variable-

variabel pada kedua fase tersebut dapat dinyatakan menurut Hukum Raoult

dan Hukum Dalton.

Untuk larutan ideal dan binair:

PA = PAo . xA

Dimana : PA = Tekanan parsial Komponen A dalam Uap

PAo= Tekanan uap murni komponen A pada suhu yang sama

Sedangkan : yA = (PA) / (PA + PB) atau yA = (PA / PT)

(b)Dengan Volatilitas Relatif

Cara lain untuk membuat kurva kesetimbangan adalah dengan relative

volatility (α). Untuk larutan binary, relative volatility komponen A lebih

besar terhadap komponen B.,sehingga dapat dinyatakan sebagai berikut:

αAB = (yA/xA) / (yB / xB) = sifat penguapan relative komponen A

terhadap B

Untuk larutan binair yang mengikuti Hukum Roult, rumus di atas dapat

dituliskan sebagai perbandingan tekanan uap murni komponen yang

lebih volatile terhadap komponen yang kurang volatile, yaitu :

αAB = PA0 / PB

0

YA= αAB . XA/ 1+ (αAB -1) XA = mol fraksi A dalam fase uap.

mimin@07022007

16

XA= Pt-PB/PA0-PB = mol fraksi A dalam fase cair

(c) Dengan ratio kesetimbangan uap-cair (KA)

Apabila fasa cair dan uap tidak mengikuti Hukum Roult, (untuk

campuran cairan yang non ideal) maka dapat dipergunakan ratio

kesetimbangan uap cair (K) yaitu :

yA = kA . xA dimana xA = (1 – kB ) / ( kA – kB)

Harga k dapat diperoleh dengan cara perhitungan termodinamika,

tergantung pada suhu dan tekanan system. Untuk beberapa harga k dapat

dilihat pada Perry (Hand Book of CHE).

(d)Dengan Hukum Henry

Hukum lain yang hamper sama dengan Hukum Roult adalah Hukum

Henry, yaitu:

pA = H . xA

dimana : pA = partial pressure komponen A

H = konstanta Henry pada suhu tertentu

Pada kenyataannya, Hukum Henry ini berlaku dengan baik bila harga

xA kecil, dan sebaliknya Hukum Roult akan berlaku dengan baik dengan

harga xB kecil.

mimin@07022007

17