BAB 4 GAS, UAP CAIRAN DAN PADATAN

* KONSEP POKOKBerkenaan konsep-konsep dengan pengukuran kuantitatif. Misalnya : -Prilaku dari komponen murni pembentuk senyawa.-Mempelajari sifat-sifat komponen termasuk karekteristik khusus seperti temperatur, tekanan dan volume.

* KAREKTERISTIK GAS IDEALAsumsi Udara atau uap air adalah gas ideal maka berlaku hukum gas ideal, jika kondisi jenuh :

atau

* CONTOH APLIKASI HUKUM GAS IDEAL

CONTOH 4.17 KEJENUHANBerapa jumlah minimum meter kubik udara kering pada 20 oC dan 100kPa yang diperlukan untuk menguapkan 6 kg etil alkohol jika tekanan total tetap konstan pada 100 kPa dan suhu tetap 20oC?. Asumsi bahwa udara ditiupkan melalui alkohol untuk menguapkannya sedemikian rupa sehingga tekanan yang keluar dari campuran udara-alkohol adalah pada 100 kPa, Pada gambar berikut:

Diketahui : Basis : 6 kg alkoholBm etil alkohol : 46,07Data tambahan :P total : 100 kPaAsumsi campuran jenuh, maka berlaku :

Solusi

CARA LAINValkohol pada 5,93 kPa dan 20 oCVudara pada 94,07 kPa dan 20 oCVudara + alkohol pada 100 kPa dan 20 oC

Valk0h0l pada 5,93 kPa dan 20 oCPV = nRT V = nRT/PMaka;Valkohol = ((6/46,07) x 8,314 x 293)/5,93 = 53,5 m3 = Vudara pada 94,07 kPa dan 20 oC P1V1 = P2V2 V1 = (P2V2)/ P1V1 = (53,5 x 94,07)/100 = 50,3 m3 pada 100kPa dan 20 oC

CONTOH 4.18. EMISIApa betul polusi dari gas alam lebih besar polusi dari batu bara. ( Berasap=Pabrik Gas Alam)

Diketahui :Metana (CH4) mengandung 2 kg mol H2 per kg mol CBatu bara mengandung 71 kg C per 5,6 kg H2 dalam 100 kg batu bara.Mol C = 71 kg C / (1 kg mol C/12 kg C) = 5,92 kgmolMol H2 = 5,6 kg H2/ (1kg mol H2/2,016 kg H2) = 2,78 kgmolRasio mol H2/C = 2,78/5,92 = 0,47

Basis : 1 kgmol C

Gas Alam

KomponenKomposisi gas pembakaran (kgmol)Kg molCO2H2OKelebihan O2N2C11H222Udara0,810,5

Total120,810,5

Batu Bara

N2= 140% X (79/21)[1 + 0,47 (1/2)]

KomponenKomposisi gas pembakaran (kgmol)Kg molCO2H2OKelebihan O2N2C11H20,470,47Udara0,496,5

Total10,470,496,5

Jika tekanan barometrik 100 kPa, gas cerobong akan menjadi jenuh dan uap air akan mulai mengembun pada p*H2O:

Kesimpulan yang didapat :Bila diperhatikan dari fraksi H2O yang dihasilkan dari pabrik yang membakar gas alam lebih besar, sudah mulai mengembun pada suhu 52,5 oC, terlihat seperti banyak polusi. Sesungguhnya gas alam jauh lebih sedikit polutannya dibandingkan dengan batu bara.

Gas alamBatu baraTekanan parsial100(0,14)=14 kPa100(0,056) = 5,6 kPaSuhu eqivalen52,5 oC35 oC

*EKUILIBRIUM UAP-CAIR SISTEM KOMPONEN GANDAHukum Henry dan Hukum Raoult Persamaan Ki = yi/xi Menghitung komposisi dari komponen ganda pada kesetimbangan antara fase cair dan gas

*EKUILIBRIUM UAP-CAIR SISTEM KOMPONEN GANDAPada ekuilibrium, komponen dalam satu fase berada dalam ekuilibrium dengan komponen yang sama dengan dalam fasa yang lain.Gambar Ekuilibrium uap-cair campuran biner

*ATURAN ATURAN EKUILIBRIUMHukum Henry.Dipergunakan komponen dengan fraksi molnya mendekati nol, seperti gas yang encer.

xi=Fraksi mol cairHi = konstanta Henry ada dalam bentuk tabelMakin besar nilai H, kelarutan makin kecil

Hukum RaoultDipergunakan terutama untuk komponen yang fraksi molnya mendekati satu.pi = pi* xiDengan limit, xi = 1, pi = pi* . Konstanta kesetimbangan (Ki).1. Untuk kondisi ideal (P rendah, T 1,2

Hukum Dalton:pi = ptot yi

A. Suhu titik didih (bubble point temperature)Persamaan 4.14yi = Ki xiFase uap yi = 11 = Ki xiptot = pi* xi

B. Suhu titik embun (dew point temperature)xi = yi/Ki xi = 11 = ptot yi/p*i

pi* bisa diperoleh menggunakan persamaan Antoine

pi* = tekanan uap, mmHgT = suhu, KA, B, C = konstanta (lampiran G)

CONTOH 4.19 PERHITUNGAN EKUILIBRIUM UAP-CAIRDiselesaikan dengan acuan lampiran L.2Didapat T=393,3 K, Sehingga P uap C6 = 3114 mmHg P uap C8 = 661 mmHgMaka:yC6 =(p*C6 x XC6 )/ ptot = (3114 x 0,040)/760 = 0,164

yC8 = 1 0,164 = 0,836Andaikan bahwa campuran cair 4% n-heksana dalam n-oktana diuapkan. Apa komposisi dari uap yang pertama terbentuk jika tekanan total adalah 1 atm. Persamaan Antoine untuk mendapatkan tekanan uap dari dua komponen

komponenABCC615,87372697,55-48,784C815,97983127,60-63,633

* DERAJAT KEBEBASANDerajat kebebasan dipergunakan untuk tujuan mencari variable sifat intensif yang perlu diketahui agar dapat menyelesaikan solusi sebuah sistem.

F = Jumlah derajat kebebasanC= Jumlah komponenP= Jumlah fase

CONTOH 4.21 PENERAPAN KAIDAH FASEHitunglah jumlah derajat bebas.#Benzena cair murniC=1,P=1 sehingga F=2#Campuran Es dan air C=1,P=2 sehingga F=1#Campuran benzena cair, uap benzena dan gas heliumC=2,P=2 sehingga F=2#Campuran benzena garam dan air.C=2,P=2 sehingga F=2

Kejenuhan Relatih RS = puap/pjenuh = p1/p1*kelembapan relatif = %RH = (puap/pjenuh) x 100 KelembapanMenunjukan massa uap air per massa udara kering.

Kejenuhan Absolutdidefinisikan sebagai rasio mol uap/mol gas kering terhadap mol uap yang akan ada/per mol gas kering.

KEJENUHAN PARSIAL DAN KELEMBAPAN

CONTOH 4.23 KEJENUHAN PARSIALPersen kelembapan absolut udara pada 30 Celcius ( 86 F), dan tekanan total sebesar 750 mmHg(100 kPa) adalah 20%. a) persen kelembapan relatif, b) Kelembapan, c) tekanan parsial uap air dalam udara. Berapa titik embun udara?Dari dari tabel uap, adalah (tabel uap, lampiran C)a.Hitung persen kelembapan relatif (pers. 4.29)

b.Kelembapan(H)

c.Berapa titik embun udaraTitik embun merupakan suhu uap air dalam udara akan pertama mulai mengembun, ketika didinginkan pada tekanan total konstan, terjadi pada tekanan uap 6,58 mm Hg (0,2591 in Hg) atau sekitar 5,1oC (41oF).

CONTOH 4.24 DEHIDRASIUntuk menghindari kerusakan obat dalam wadah, anda mengeluarkan semua (0,93kg) H2O dari udara basah dalam wadah tersebut pada 15oC dan 98,6 kP dengan peyerapan gel silika. Udara yang sama berukuran 1000 m3 pada 20oC dan 108 kP ketika kering. Berapa kelembapan relatif dari udara basah.

Basis : 1000 M3 udara kering(20 C dan 108 kPa)Merubah 0,93 Kg H20 menjadi Kgmol H20

Sedangkan untuk udara kering.

Maka kelembapan relatif dari udara basah.

CONTOH 4.26 KESETIMBANGAN MATERI YANG MELIBATKAN PENGEBUNAN

Berapa fraksi air dalam gas yang mengembun keluar?(Udara kering 14 Celcius dan tekanan 109,1 kPa),mencari tekanan uap pada lampiran G.

Tanah yang terkontaminasi dengan hidrokarbon poliaromatik dapat diobati dengan udara panas dan uap untuk mendorong kontaminan keluar. Jika 30 m3 udara pada 100oC dan 98,6kPa dengan titik embun 30oC dimasukkan ke dalam tanah, dan di dalam tanah tersebut gas mendingin sampai 14oC pada tekanan 109,1kPa. Berapa frkasi air dalam gas tersebut pada 100oC yang mengembun keluar tanah.

Pada 30 celciusP* = 4,24 kPaPada 14 celciusP* = 1,6 kPa

*basis : mol pada F

FPUdara98,6-4,24=94,36109,1-1,6=107,5H2O4,241,6Total98,6109,1

Neraca KomponenUdara :

H20 :

Jadi fraksi air dalam gas, yang mengembun adalah?

Jika dilakukan pemeriksaan mol total:F=P+W, 0,927+0,0270=0,954(jumlah yang sama pada basis)

Kerjakan soal:4.1094.125

CONTOH 4.25 HUMIDIFIKASIBerapakah kilogram uap air yang ditambahkan ke setiap kilogram udara basah yang memasuki proses tersebut. ( tekanan keluar sebesar 98 kPa)

Basis : 1000 m3 (101 kPa dan 22 celcius)W=uap air dan DA = uap kering

Sehingga :Masuk : PDA=Ptot-PW=101-1,31=99,69 kPaKeluar : PDA=98-18,14=79,86 kPa

Suhu titik embun( C )P*H20 (mm Hg)P*H20 (kPa)

119,841,3158136,118,14

Untuk menghitung kg udara basah yang masuk,maka Air yang ditambahkan?

Air yang ditambahkan =

KomponenKgmolBerat MolukelKgUdara Kering41,19*(99,69/101)291179,0H2O41,19*(99,69/101)189,6Total41,191188,6

*****************************