laporan kesetimbangan uap cair

Download Laporan Kesetimbangan Uap Cair

Post on 12-Jul-2015

513 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA I KESETIMBANGAN UAP CAIR (KUC)

OLEH KELOMPOK 8 AULIA YUNUS MUKHLIS KHOIRUDIN MELDA HELENA SILALAHI (0907114154) (0907121332) (0907114092) (0907136149)

SEPTIANA VERONIKA SITINJAK

Dosen Pembimbing : Chairul, ST, MT

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA SI UNIVERSITAS RIAU PEKANBARU 2011

1

ABSTRAK Kesetimbangan mengandung pengertian bahwa suatu keadaan dimana terjadi perubahan sifat makrokopis dari sistem terhadap waktu. Untuk material dalam jumlah tertentu hal tersebut dapat diartikan tidak ada perubahan sifat material tersebut dengan waktu. Data kesetimbangan uap cair dari berbagai zat merupakan data termodinamika yang diperlukan dalam perancangan dan pengoperasian kolom-kolom destilasi. Praktikum ini bertujuan untuk mempelajari data kesetimbangan etanol-air titik didih etanol 78.4oC. Data yang diperoleh selanjutnya dibandingkan dengan data literature untuk menganalisa error yang terjadi. Pertama untuk menentukan konsentrasi etanol maka terlebih dahulu dibuat kurva standarisasi etanol-0Brix. Hasilnya semakin besar fraksi etanol maka 0Brix semakin besar pula ((0,15;2,5), (0,25;3,5), (0,35;5), (0,45;6), (0,55;7), (0,65;8,5)). Selanjutnta alat KUC dirangkai. Campuran etanol-air dimasukkan kedalam labu kemudian ditutup rapat agar etanol tidak menguap. Kemudian kondensor dan ketel pemanas dinyalakan. Kedua sampel tersebut dianalisa menggunakan hand refractometer dan dibandingkan dengan kurva standarisasi etanol-0Brix sehingga diperoleh fraksi etanol pada fasa uap dan cair. Fraksi massa etanol pada fasa cair diperoleh (0,16; 0,23; 0,35; 0,47 dan 0,51 ). Sedangkan fraksi massa etanol pada fasa uap adalah (0,27; 0,34; 0,46; 0,55 dan 0,58). Data fraksi etanol pada fasa cair hampir mendekati data literature, akan tetapi data fraksi etanol pada fasa uap jauh berbeda dengan literatur. Hal ini disebabkan penanganan etanol yang sulit karena mudah menguap, sehingga sebelum sampel dianalisa menggunakan hand refractomenter, etanol telah terlebih dahulu menguap. Hasil data kesetimbangan fraksi etanol pada fasa uap yang error akan mempengaruhi nilai konstanta kesetimbangan (K). akibatnya, nilai K juga sangat berbeda dari K literatur. Kata kunci: kesetimbangan, kesetimbangan uap cair, konstanta kesetimbangan, fraksi mol.

BAB I DASAR TEORI Tujuan Percobaan Membuat kurva kesetimbangan uap cair Kesetimbangan Kesetimbangan mengandung pengertian bahwa suatu keadaan dimana terjadi perubahan sifat makrokopis dari sistem terhadap waktu. Untuk material dalam jumlah tertentu hal tersebut dapat diartikan tidak ada perubahan sifat material tersebut dengan waktu. Keadaan setimbang yang sebenarnya barangkali tidak pernah tercapai. Suatu proses berlangsung karena ada gaya penggerak dan selalu menuju ke titik kesetimbangan. Gaya ini merupakan selisih antara potensi pada keadaan seketika dan keadaan setimbang. Semakin dekat kaeaadan sistem dengan titik kesetimbangn, semakin kecil gaya penggerak proses semakin kecil pula laju proses dan akhirnya sama dengan 0 bila titik kesetimbangan sudah tercapai. Jadi titik kesetimbangan hanya bisa tercapai secara teoritis dalam waktu yang tak terhingga. Pada prakteknya di dalam pekerjaan ilmiah suatu kesetimbangan dianggap tercapai bila tidak ada lagi perubahan sifat/keadaan seperti yang ditunjukkan oleh alat pengukur yang digunakan. Di dalam masalah rekayasa kesetimbangan dianggap ada bilamana sifat yang ditunjukkan oleh praktek sama dengan sifat yang dihitung berdasarkan metode yang menggunakan anggapan kesetimbangan. Contoh komposisi pada pelat distilasi dibanding dengan komposisis pelat teoritis. Kriteria Kesetimbangan Yang dimaksud di sini bukan sekedar kriteria yang berupa kesetimbangan termal dan mekanikal secara internal yang biasa kita terjemahkan sebagai berlakunya T dan P yang uniform, melainkan pembatasan-pembatasan termodinamika pada sistem dengan fasa banyak dan komponen banyak yang mengalami keadaan kesetimbangan. Sekalipun sudah ada kesetimbangan termal dan mekanikal dalam sistem demikian masih dimungkinkan perpindahan massa

3

antar fasa. Jadi kriteria yang dimaksudkan di sini termasuk kesetimbangan antar fasa ditinjau dari segi kemungkinan perpindahan antar fasa tersebut. Kriteria ini pertama kali diturunkan oleh Gibbs. Komposisi uap yang dalam kesetimbangan dengan campuran air, dengan mengetahui sifat-sifat itu (khususnya energi Gibbs) bergantung pada komposisi. Pengaruh temperatur yang pokok pada kesetimbangan uap-cair terdapat dalam tekanan uap komponen murni atau lebih tepatnya dalam fugasitas zat cair komponen murni. Sementara koefisien aktivitas bergantung pada temperatur sebagaimana halnya komposisi. Ketergantungan itu, biasanya kecil bila dibandingkan dengan ketergantungan tekanan uap zat cair murni pada temperatur. Dalam suatu campuran, kenaikan temperature C meningkatkan tekanan uap zat cair sebesar 1,5 - 2 kali. Oleh karena itu, pada perubahan temperatur yang besar lebih mudah bila pengaruh temperatur terhadap gE diabaikan saja ketika menghitung kesetimbangan uap-cair. Pada suhu-suhu rendah yang terdapat adalah fase cair. Setelah suhu naik, fase uap mulai muncul, kemudian jumlahnya secara relatif bertambah dan akhirnya menghilang kembali. Akan tetapi, bila tekanan dinaikkan pada suhu tetap sedikit di atas suhu kritis C bagi komposisi yang bersangkutan. Demikian tekanan dinaikkan, pengembunan mulai terjadi dan masih akan berlanjut bila tekanan dinaikkan sedikit lagi, tetapi penambahan tekanan lebih lanjut akan mengakibatkan cairan mulai menguap kembali dan cairan akan menghilang bila tekanan dinaikkan. Fraksi mol suatu komponen di dalam fase uap larutan mengikuti Hukum Roult Dimisalkan bahwa sistem multi komponen yang tertutup yang terdiri dari sejumlah fasa mempunyai temperatur dan tekanan yang uniform, akan tetapi pada keadaan awal tidak setimbang ditinjau dari segi perpindahan massa. Setiap perubahan yang terjadi mesti bersifat irreversible, yang mendekatkan sistem itu ke keadaan setimbang. Sistem itu dibayangkan sebagai dikelilingi keadaan yang selalu setimbang secara termal dan mekanikal dengan sistem itu (sekalipun perubahan terjadi dalam sistem). Karenanya pertukaran panas dan pemuaian kerja antar sistem dan sekeliling terjadi secara reversible. Dalam keadaan yang

demikian perubahan entropi dari sekeliling sistem :dS sur = dQsur Tsur

(1)

Ditinjau dari sistem panas yang berpindah adalah dQ yang mempunyai harga numerik mutlak sama dengan dQsur. Selanjutnya Tsur = T dari sistem (setimbang secara termal). Maka :dS sur = dQsur dQ = Tsur T

(2)

menurut hukum ke dua :dS t + dS sur 0

(3) dimana St = entropi total dari sistem. Gabungan dari persamaan (2) dan (3) menjadi :dS t dQ 0 t T atau dQ TdS

Penerapan hukum pertama : dU t = dQ dW = dQ PdV t atau dQ = dU t + PdV t jadi ataudU t + PdV TdS t

dU t + PdV t TdS t 0

( dS )t

U t ,V t

0

(4)

Suatu sistem yang terisolasi mesti mempunyai syarat bahwa energi internal dan volume tetap, maka untuk sistem semacam itu diketahui langsung dari hukum

5

kedua bahwa persamaan terakhir berlaku.t t t Dari perumpamaan sistem persamaan dU + PdV TdS 0 berlaku untuk T

dan P yang tetap. Persamaan itu bisa juga ditulis sebagai berikut :

dU t T , P + dPV t

(

)

T ,P

dTS t 0

(

)

T ,P

0

atau (5)

d U t + PV TS t

(

)

T ,P

Persamaan terakhir penting mengingat T,P tetap merupakan persyaratan yang mudah di atur. Keadaan setimbang dari sistem tertutup adalah keadaan yang energi bebas Gibbs totalnya adalah minimum ditinjau dari perubahan pada T,P tertentu. Pada keadaan setimbang variasi dalam kadar differensial dapat terjadi didalam sistem pada T dan P yang tetap. Tanpa mengakibatkan perubahan Gt. Jadi :

( dG )t

T ,P

=0

(6)

Untuk menerapkan kriteria ini pada kesetimbangan fasa, sebaiknya ditinjau sebuah sistem tertutup yang terdiri dari dua fasa, a dan B. Setiap fasa dapat dianggap sebagai sistem terbuka yang memungkinkan perpindahan massa dari fasa yang satu ke yang lain. Untuk masing-masing fasa berlaku :

( nG ) = ( nS ) dT + ( nV ) dP + ( i dni )(7a)

( nG ) = ( nS ) dT + ( nV ) dP + ( i dni )(7b) Karena T dan P tetap maka penjumlahan ke dua persamaan menghasilkan

( nG )t

T ,P

= i dni + i dni

(

)

(

)

(8) Di dalam sistem yang tertutup berlaku :

dni = dni(9) Jadi Karena

( )dn = 0i i i

(10)

dni

sembarang dan bebas maka satu-satunya penyelesaian agar

persamaan terakhir sama dengan 0 adalah :

i = i(11)

untuk sistem multi komponen

i = i = ... = i ( i = 1,2,3...N )

(12) diketahui bahwadi = RTd ln f i (T tetap)6

atau

i = RT ln f i +

^

adalah tetapan integrasi harganya hanya tergantung pada T. Oleh karena padakesetimbangan fasa, semua fasa berada pada T yang sama, maka syarat diatas dapat diganti : f i = f i = ... = f i Kesetimbangan Uap dan Cair Dalam sebuah campuran dua fasa uap-cair pada kesetimbangan, suatu komponen dalam fasa berada dalam kesetimbangan dengan komponen yang sama dalam fasa lain. Hubungan kesetimbangan tergantung kepada suhu, tekanan, dan komposisi campuran tersebut. Gambar 1.a Kesetimbangan dua fasa pada tekanan konstan dan Gambar 1.b Kesetimbangan dua fasa pada temperatur konstan. Pada pasangan titik A-B dan C-D masing-masing komponen murni mendesakkan^ ^ ^

(13)

7

komponen uapnya masing-masing pada suhu kesetimbangan. Diantara pasanganpasangan titik tersebut, sebagai komposisi keseluruhan dari perubahan campuran, terhadap dua fase, masing-masing mempunyai komposisi yang berbeda untuk komponen yang sama seperti yang di