Lembar Tugas Mandiri - TEKNIK KIMIA

Johannes Ivan dennis Silitonga

1206316423

KESETIMBANGAN UAP-CAIR

Untuk Sistem Biner Kesetimbangan Uap Cair (VLE)

Untuk sistim biner kesetimbangan uap cair (VLE) yang ditinjau adalah sistím yang terdiri dua

komponen pada tekanan atmosfer. Dalam kestimbangan uap-cair berlaku :

fvi = fv

l

dimana; fvi = fugasitas komponen i dalam fase uap

fvl = fugasitas komponen i dalam fase cair

1. Fugasitas di fasa uap

Fugasitas di fasa uap dinyatakan dalam bentuk koefisien fugasitas yang didefinisikan

sebagai perbandingan antara fugasitas di fasa uap dan tekanan parsial komponen. Berdasarkan

definisi ini, hubungan antara fugasitas dan koefisien fugasitas di fasa uap dinyatakan sebagai:

dimana θ adalah koefisien fugasitas, y adalah fraksi mol komponen di fasa uap dan P adalah

tekanan total. Koefisien fugasitas dihitung berdasarkan data volumetrik dengan cara sebagai

berikut:

Atau

dimana T adalah temperatur, v adalah volum parsial, n adalah jumlah mol, z adalah faktor

pemampatan (compressibility factor) dan R adalah konstanta gas.

2. Fugasitas di fasa cair

Fugasitas di fasa cair umumnya dinyatakan dalam bentuk koefisien aktifitas yang

didefinisikan sebagai perbandingan antara fugasitas di fasa cair dan hasil kali antara fraksi

mol komponen di fasa cair dan fugasitas komponen pada keadaan standar dalam perhitungan-

perhitungan koefisien aktifitas adalah kondisi cairan murni.

Jika keadaan cairan murni dipakai sebagai keadaan standar, koefisien aktifitas

dinyatakan sebagai:

dimana γ adalah koefisien aktifitas, x adalah fraksi mol komponen di fasa cair, fOL

adalah fugasitas cairan murni. fugasitas cairan murni dapat dihitung dengan persamaan:

dimana PS adalah tekanan uap jenuh cairan murni, VOL adalah volum molar cairan murni dan

θSV adalah koefisien fugasitas uap murni pada keadaan jenuh (saturated condition). Suku

eksponen dalam persamaan di atas dinamakan faktor koreksi Poynting (Poynting correction).

Jika cairan bersifat tidak termampatkan dan uap komponen pada keadaan jenuhnya

dapat dianggap sebagai gas ideal, persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

Jika faktor koreksi Poynting mendekati 1, maka:

Fugasitas di fasa cair juga sering dinyatakan dalam bentuk koefisien fugasitas.

Dalam hal ini fugasitas dinyatakan sebagai:

Model-Model Kesetimbangan Uap-Cair

Dengan menggunakan teori-teori yang telah ada, kriteria kesetimbangan uap-cair

dapat dituliskan kembali dalam bentuk variabel-variabel yang mudah diukur:

1. Model θiV. yi . P = γi .xi .fi

OL

2. Model γi = θiL . xi

Dalam model θ-γ fugasitas fasa uap dinyatakan dalam bentuk koefisien fugasitas

dan fugasitas fasa cair dalam koefisien aktifitas. Dalam model θ-θ fugasitas fasa uap dan

fasa cair dinyatakan dalam bentuk koefisien fugasitas.

Data komposisi uap ditampilkan pada diagram komposisi versus temperatur seperti yang

ditunjukkan oleh Gambar 11.3

Gambar 11.3 a, b dan c dapat disimpulkan bahwa untuk sembarang cairan dengan

komposisi x1 akan menghasilkan uap dengan komposisi tertinggi dimiliki oleh komponen

(zat) yang lebih mudah menguap (volatile). Di sini simbol-simbol x dan y menunjukkan fraksi

mol komponen yang lebih volatile di dalam cairan dan di dalam uap.

Pada Gambar 11.3 b dan c terdapat suatu komposisi kritis (critical composition) xg. Pada titik ini

uap memiliki komposisi yang sama dengan cairan, dengan demikian tidak ada perubahan yang

terjadi pada proses pendidihan. Campuran kritis itu disebut azeotrope.

Diagram-diagaram yang disajikan di atas berlaku untuk kondisi tekanan konstan.

Perlu diingat bahwa komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan berubah

dengan berubahnya tekanan.

Kurva ini menjelaskan temperatur dengan komposisi x dan y.

Perhatikan Gambar 11.5, bila suatu campuran dengan komposisi x2 dan pada temperatur T3

(titik G ) atau di bawah titik didihnya (T2) dipanaskan pada tekanan konstan maka akan

terjadi beberapa perubahan terhadap campuran tersebut:

1. Ketika mencapai temperatur T2 campuran akan mendidih (ditunjukkan oleh titik B)

dan sebagian uap dengan komposisi y2 akan terbentuk (ditunjukkan oleh titik E).

2. Jika pada temperature T2 pemanasan campuran dilanjutkan, maka komposisi cairan

akan berubah karena sebagian komponen yang lebih volatile telah berubah menjadi uap,

akibatnya temperatur didih cairan meningkat ke suatu temperature T . Pada

temperatur ini cairan akan memiliki komposisi sebagai ditunjukkan oleh titik L, dan

uapnya memiliki komposisi sebagai ditunjukkan oleh titik N. Oleh karena tidak ada

sedikitpun bahan yang hilang dari sistim, maka yang terjadi hanyalah perubahan fasa

cair menjadi fasa uap.

Perbandingan (rasio) fasa cair terhadap fasa uap yang terbentuk adalah: ML

MN

Uap

Cair

3. Jika pemanasan dilanjutkan ke temperatur T1 maka seluruh cairan berubah menjadi

uap (titik D) yang komposisinya sama dengan y1.

Tekanan Parsil, dan hukum-hukum Dalton, Raoult dan Henry

Menurut hukum Dalton, APP , yaitu tekanan total adalah sama dengan

perjumlahan tekanan parsil. Untuk suatu gas (uap) ideal, tekanan parsil berbanding lurus

dengan fraksi mol konstituen, maka:

PyP AA

Raoult merumuskan hubungan tersebut sebagai berikut:

A

o

AA xPP

Hukum Henry ditulis sebagai berikut:

PA = H xA

Bila suatu campuran mengikuti hukum Raoult, maka harga-harga yA untuk berbagai

komposisi xA dapat dihitung berdasarkan tekanan uap masing-masing kedua komponen pada

berbagai temperatur.

Berdasarkan Hukum Raoult:

A

o

AA xPP

AA PyP

Dari kedua persamaan ini diperoleh:

P

xPy A

o

AA dan

P

xPy B

o

BB

Jumlah fraksi dua komponen adalah:

1 BA yy

1)1(

P

xP

P

xP A

o

BA

o

A

Dari persamaan ini dihasilkan:

o

B

o

A

o

BA

PP

PPx

Referensi :

- Bahan Kuliah Unit Operasi Lanjut Oleh Dr. Ir. Syahiddin D.S., M.T., Jurusan Teknik KImia

Unsyiah.

- http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2012/05/kuc kesetimbangan-uap-cair.pdf (diakses 01/April/2013)