KESETIMBANGAN UAP-CAIR - mtk2011.files.wordpress.com file · Web viewData komposisi uap ditampilkan pada diagram komposisi versus temperatur seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 11.3.

Bahan Kuliah Unit Operasi Lanjut: DISTILLASI.Disusun Oleh Dr. Ir. Syahiddin D.S., M.T., Jurusan Teknik KImia Unsyiah.

KESETIMBANGAN UAP-CAIRKomposisi uap yang berada dalam kesetimbanagn dengan suatu cairan yang terdiri

dari komponen-komponen dengan komposisi tertentu ditentukan secara

eksperimen.

Data komposisi uap ditampilkan pada diagram komposisi versus temperatur seperti

yang ditunjukkan oleh Gambar 11.3

Tampilan data kesetimbangan uap-cair yang normal diperlihatkan oleh Gambar

11.3a, kurva ABC menunjukkan suatu cairan dengan berbagai komposisi yang

mendidih pada berbagai temperatur, dan kurva ADC menunjukkan komposisi uapnya

pada berbagai temperatur yang bersangkutan.

Contoh, suatu cairan dengan komposisi x1 akan mendidih pada temperatur T1, dan

komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan cairan tersebut adalah y1

(ditunjukkan oleh titik D).

Berdasarkan kurva-kurva dalam Gambar 11.3a, 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 11.3b 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.

Untuk kegunaan proses distilasi, data kesetimbangan uap cair lebih bermanfaat jika

disajikan dalam bentuk grafik x versus y pada tekanan konstan, hal ini disebabkan

kebanyakan operasi distilasi dalam industri dilakukan pada tekanan konstan. Grafik

yang dimaksud ditunjukkan oleh Gambar 11.4. Perlu dicatat bahwa temperatur

bervariasi di sepanjang kurva.

PENGUAPAN DAN KONDENSASI PARSIL

Mari kita tinjau suatu eksperimen tentang kesetimbangan uap-cair untuk campuran

benzen dan toluen. Campuran benzen dan toluen ditempatkan dan dipanaskan dalam

suatu bejana yang tertutup sedemikian rupa sehingga tekanan di dalam bejana tetap

konstan pada tekanan atmosfir, dan tidak ada komponen yang lepas (hilang) dari

bejana. Pada eksperimen ini, fraksi mol komponen yang lebih volatile (benzen)

dalam campuran (fasa cair) divariasikan, dan harga-harganya di plotkan pada sumbu

absis. Untuk setiap harga fraksi mol benzen yang berbeda dalam campuran akan

menghasilkan temperatur didih yang berbeda pula, dan harga-harganya diplotkan

pada sumbu ordinat. Dari data eksperimen dihasilkan kurva-kurva seperti yang


ditunjukkan oleh Gambar 11.5. Kurva ABCJ menjelaskan hubungan antara fraksi

mol komponen dalam fasa cair dengan temperatur didih, dan disebut sebagai kurva

didih (boiling curve). Kurva ADEJ disebut sebagai kurva titik embun (dew point).

Kurva ini menjelaskan temperatur ketika uap dengan komposisi y mulai mengembun.

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:

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

menjadi uap (titik D) yang komposisinya sama dengan y1.

Dari penjelasan di atas dapat diketahui bahwa penguapan parsil (sebagian) cairan

akan menghasilkan uap dengan komposisi komponen lebih volatile lebih tinggi

dibandingkan dengan komposisi di dalam cairan. Jika uap yang mula-mula terbentuk

(sebagai contoh titik E) segera dipisahkan dengan cara mengkondensasikan, maka

diperoleh cairan dengan komposisi x3 (titik C). Langkah BEC dapat dianggap

mewakili tahapan (stage) ideal, karena cairan dengan komposisi x2 berubah menjadi

suatu cairan dengan komposisi x3. Jelaslah langkah ini dapat memperkaya kandungan

komponen lebih volatile di dalam cairan dengan jumlah yang lebih besar jika

dibandingkan dengan yang dapat dicapai oleh penguapan secara tahapan tunggal

(single stage).

Sekarang mari kita lihat perubahan apa yang terjadi bila uap lewat jenuh (titik H)

didinginkan sampai ke titik D. Ketika mencapai kondisi D uap mulai terkondensasi,

dan tetes cairan yang pertama terbentuk memiliki komposisi K. Pendinginan

seterusnya ke titik T menghasilkan cairan L dan uap N. Dengan demikian,

kondensasi parsil menghasilkan uap yang kaya dengan komponen lebih volatile

sebagai mana yang terjadi pada proses penguapan parsil. Pada kolum distilasi

industri kimia, proses penguapan parsil dan kondensasi parsil berlasung secara

simultan.

Tekanan Parsil, dan hukum-hukum Dalton, Raoult dan HenryTekanan parsil PA komponen A di dalam suatu campuran uap adalah sama dengan

tekanan yang akan ditimbulkan oleh komponen A tersebut jika ditempatkan sendiri

di dalam volume dan temperatur yang sama dengan campuran.


Menurut hukum Dalton, , yaitu tekanan total adalah sama dengan

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

lurus dengan fraksi mol konstituen, maka:

(1.1)

Untuk suatu campuran ideal, tekanan parsil konstituen dikaitkan dengan konsentrasi

konstituen di dalam fasa cair, Raoult merumuskan hubungan tersebut sebagai

berikut:

(1.2)

Di sini adalah tekanan uap murni konstituen A pada temperatur yang sama.

Biasanya hubungan ini mendekati benar bila xA bernilai tinggi, atau xB bernilai

rendah. Beberapa campuran isomer organik dan beberapa senyawa hidrocarbon

hampir secara penuh mengikuti hukum ini.

Untuk xA dengan harga-harga yang rendah, hubungan linear antara PA dan xA

dirumuskan dengan menggunakan faktor perbandingan yaitu suatu konstanta Henry

H dan bukan tekan uap murni zat.

Untuk zat cair A yang terlarut dalam pelarut zat B, hukum Henry ditulis debagai

berikut:

PA = H xA (1.3)

Jika campuran mengikuti hukum Raoult, maka tekanan uap campuran dapat

diperoleh secara grafik dengan memanfaatkan data tekanan uap masing-masing

komponen. Mari kita perhatikan Gambar 11.6 yang menjelaskan hal terserbut. Garis

OA menunjukkan tekanan parsil komponen A di dalam campuran, dan garis CB

menunjukkan tekanan parsil komponen B, sedangkan tekan total ditunjukkan oleh

garis BA. Jika komponen A di dalam campuran memiliki komposisi D, maka

berdasarkan geometri Gambar 11.6 tekanan parsil PA diwakili oleh garis DE, PB

oleh DF, dan tekanan total P diwakili oleh DG.

Gambar 11.7 menunjukkan grafik tekanan parsil komponen A versus fraksi mol

komponen A dalam campuran yang tidak ideal. Dari grafik diketahui bahwa pada

rentang garis OC, campuran mengikuti hukum Henry, sedangkan pada rentang garis


BA mengikuti hukum Raoult. Walaupun kebanyakan campuran memiliki divergensi

yang cukup besar terhadap keidealan, namun pada konsentrasi yang sangat tinggi

atau rendah, campuran akan mengikuti salah hukum tersebut.


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:

Dari kedua persamaan ini diperoleh:

dan (11.4)

Jumlah fraksi dua komponen adalah:

Dari persamaan ini dihasilakan:

(11.5)








KESETIMBANGAN UAP-CAIR - mtk2011.files.wordpress.com file · Web viewData komposisi uap ditampilkan pada diagram komposisi versus temperatur seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 11.3.

Documents