Download - A0 Materi kuliah OTK III (1),Feb 2010
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