BAB 5

Pendahuluan

Perpindahan panas merupakan unit operasi yang paling banyak dijumpai di industri.

Jenis energi panas yang terlibat dalam proses kimia:

1. Panas sensibel

2. Panas reaksi

3. Panas laten

4. Panas pencampuran/pelarutan

Misal, pembuatan ethylene glycol dengan cara oksidasi terhadap ethylene menjadi ethylene oxide dan selanjutnya dihidrasi menjadi glycol.

• Reaksi oksidasi katalitik paling efektif jika dilakukan pada temperatur sekitar 523,15 K (250°C).

• Reaktan, yaitu ethylene dan udara, dipanaskan terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam reaktor.

• Untuk merancang preheater, kita harus mengetahui jumlah panas yang harus ditransfer.

• Panas yang terlibat: panas sensibel.

• Reaksi pembakaran antara ethylene dengan oksigen dalam tumpukan/bed katalis akan menaikkan temperatur.

• Jika temperaturnya melebihi 250C, maka akan terjadi reaksi samping yang tidak diinginkan, yaitu terbentuk-nya CO2.

• Oleh karena itu, panas harus terus diambil dari reaktor agar temperaturnya tidak melebihi 250C .

• Untuk merancang reaktor, kita harus mengetahui laju perpindahan panas, dan hal ini tergantung pada efek panas yang menyertai reaksi kimia.

• Panas yang terlibat: panas reaksi.

• Pada proses tsb dilepaskan panas karena perubahan fase dan proses pelarutan dan juga karena reaksi hidrasi antara ethylene oxide terlarut dengan air.

• Panas yang terlibat: panas pelarutan

• Produk ethylene oxide di-hidrasi menjadi glycol dengan cara diabsorpsi dengan air.

• Akhirnya, glycol dimurnikan dengan cara distilasi, suatu proses penguapan dan kondensasi, yang mengakibatkan terjadinya pemisahan suatu larutan menjadi komponen-komponennya.

• Panas yang terlibat: panas laten penguapan.

Panas sensibel adalah panas yang menyertai perubahan temperatur dari suatu sistem tanpa disertai perubahan fase, reaksi kimia, dan perubahan komposisi.

Jika sistem berupa suatu senyawa homogen dengan komposisi konstan, maka menurut aturan fase keadaan sistem tersebut akan tertentu jika 2 dari sifat-sifat intensifnya sudah tertentu.

U = U(T,V)

dVVU

dTTU

dUTV

dVVU

dTCdUT

V

H2Om = 1000 gP = 1 atmBerapa volumenya?

H2Om = 1000 gP = 1 atmT = 30CBerapa volumenya?

F = 2 - + N

F = derajat kebebasanp = jumlah faseN = jumlah komponen

= 1N = 1F = 2 – 1 + 1 = 2

= 2N = 1F = 2 – 2 + 1 = 1

T = 100C

dVVU

dTCdUT

V

Suku kedua ruas kanan akan = 0 jika

• Proses berlangsung pada volum konstan, apapun senyawanya.

• U tidak tergantung pada V, bagaimanapun prosesnya. Ini benar untuk gas ideal atau fluida incompressible.

dU = CV dT

2

1

T

TV dTCU (1)

Untuk proses reversible yang berlangsung pada volum konstan,

2

1

T

TV dTCUQ

Enthaply juga dapat dinyatakan sebagai fungsi dari T dan P:

H =H(T,P)

dPPH

dTTH

dHTP

dPPH

dTCdHT

P

Suku kedua ruas akan akan = 0 jika

• Proses berlangsung pada tekanan konstan, apapun senyawanya.

• H tidak tergantung pada P, bagaimanapun prosesnya. Ini benar untuk gas ideal.

dH = CP dT

2

1

T

TP dTCH (2)

Untuk sistem tertutup yang mengalami proses reversibel yang berlangsung pada tekanan konstan, dan juga untuk perpindahan panas di dalam alat penukar panas dalam keadaan steady dengan EK dan Ep yang dapat diabaikan, dan WS = 0:

2

1

T

TP dTCHQ (3)

KETERGANTUNGAN CP TERHADAP T

Persamaan (3) dapat diselesaikan jika tersedia hubungan antara CP dan T.

Persamaan empiris yang paling sederhana yang menyata-kan hubungan antara CP dan T adalah (Smith dkk., 2001):

22P DTCTBTARC (4)

Dengan A, B, C dan D adalah konstanta yang nilainya tergantung pada jenis senyawa kimia.

Untuk gas ideal:

22igP DTCTBTA

R

C

Nilai parameter A, B, C, dan D untuk berbagai macam gas dalam keadaan ideal dapat dilihat pada Tabel C.1.

Untuk gas ideal berlaku:

1RC

RC ig

PigV (5)

Sehingga hubungan antara CV dan T mengikuti hubung-an antara CP dan T

CONTOH SOAL

Hitung panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 mol gas metana dari 260 menjadi 600C di dalam suatu proses alir steady yang berlangsung pada tekanan cukup rendah sehingga metana dapat dianggap sebagai gas ideal.

PENYELESAIAN

22igP DTCTBTA

R

C

A = 1,702

B = 9,081 103

C = 2,164 106

D = 0

T1 = 260C = 533,15 K

T2 = 600C = 873,15 K

2

1

T

T

igP dT

RC

RH

2

1

T

T

2 dTCTBTAR2

1

T

T

32 T3C

T2B

ATR

3

132

21

2212 TT

3C

TT2B

TTAR

223

15,53315,8732

10081,9

15,53315,873792,1314,8

336

15,53315,8733

10164,2= 19.778 J/mol

2

1

T

TP dTCH

Q = H n = 19.778 J/mol 1 mol = 19.778 J

CONTOH SOAL

Berapa temperatur akhir jika panas sebanyak 0,4 106 (Btu) ditambahkan pada 25 (lb mol) ammonia yang semula berada pada temperatur 500 (F) dalam suatu proses alir steady yang berlangsung pada tekanan 1 (atm)?

PENYELESAIAN

16

mollbBtu000.1625

104,0nQ

H

= 37.218 J mol1

K15,5338,1

67,459500T1

A = 3,578

B = 3,02 103

C = 0

D = 0,186 105

2

1

T

T

igP dT

RC

RH

2

1

T

T2 dT

TD

BTAR2

1

T

T

2

TD

T2B

ATR

12

21

2212 T

1T1

DTT2B

TTAR

222

3

15,533T2

1002,3

15,533T578,3314,8218.37 2

15,5331

T1

10186,02

5

2

1

T

TP dTCH

0259,848.6T

10186,0T578,3T1051,1

2

5

222

3

Selanjutnya persamaan di atas diubah menjadi:

atau f(T2) = 0

Persamaan di atas diselesaikan dengan cara iterasi

T2 f(T2)

1000 -1.741,66

900 -2.384,29

1200 -364,76

1250 -1,50

1250.2 -0.04

Jadi T2 = 1250,2 K

259,848.610186,0

578,31051,12

5

22

23

2

TTTTf

Untuk reaksi: a A + b B l L + m M

Panas reaksi standar didefinisikan sebagai perubahan enthalpy jika a mol A dan b mol B pada temperatur T keadaan standar bereaksi membentuk l mol L dan m mol M pada keadaan standarnya pada temperatur T yang sama.

Keadaan standar adalah keadaan tertentu dari suatu spesies pada temperatur T dan pada tekanan, komposisi, a dan kondisi fisik tertentu, seperti gas, cair, atau padat.

Gas: zat murni dalam keadaan gas ideal pada 1 barCairan/padatan: cairan atau padatan nyata pada 1 bar

322 NHH23

N21

J110.46H298

322 NH2H3N J220.92H298

Panas pembentukan standar adalah perubahan enthalpy yang menyertai pembentukan 1 mol suatu senyawa dari elemen-elemen penyusunnya pada keadaan standar.

CONTOH:

CO2(g) : C(s) + O2(g) CO2(g) J509.393H298f

CO (g) : C(s) + ½ O2(g) CO (g) J525.110H298f

H2O(g) : H2(s) + ½O2(g) H2O(g) J818.241H298f

Panas pembentukan standar dapat digunakan untuk menghitung panas reaksi standar.

Panas pembentukan untuk elemen = 0

H2(g) : J0H298f

/mol

/mol

/mol

Misal untuk menghitung panas reaksi dari water-gas shift reaction pada 25C:

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g)

Cara menghitungnya adalah:

CO2(g) C(s) + O2(g) mol/J509.393H298

C(s) + ½O2(g) CO(g) mol/J525.110H298

H2(g) + ½O2(g) H2O(g) mol/J818.241H298

CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) mol/J166.41H298

Panas pembakaran standar adalah perubahan enthalpy yang menyertai pembakaran 1 mol suatu senyawa.

CONTOH:

C(s) + O2(g) CO2 (g) molJ509.393H298

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ600.802H298

CH4O(g) + 1½O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ200.638H298

Seperti halnya panas pembentukan standar, panas pembakaran standar juga dapat digunakan untuk menghitung panas reaksi standar.

HReaksi secara umum:

...AA...AA 44332211

i adalah koefisien stoikiometri reaksi

Konvensi tanda untuk i:

• Positif (+) untuk produk • Negatif (-) untuk reaktan

CONTOH:

N2 + 3H2 2NH3

231322 NHHN

i

ii HH (5)

adalah enthalpy spesies i pada keadaan standar, yaitu sama dengan panas pembentukan standar ditambah dengan enthalpy pada keadaan standar dari semua elemen-elemen penyusunnya.

iH

Jika sebagai dasar perhitungan diambil enthalpy pada keadaan standar elemen penyusun = 0, maka:

ifi HH (6)

i

fi iHH (7)

Jika pers. (6) ini disubstitusikan ke pers. (5):

H2O(g) : H2(s) + ½O2(g) H2O(g)

reaktanproduk HHHif

= 0 produkHH

if

iHHif

Untuk reaksi standar, produk dan reaktan selalu berada pada keadaan standar, yaitu tekanan 1 bar, sehingga enthalpy keadaan standar hanya merupakan fungsi dari temperatur:

dTCdHiPi

Jika dikalikan dengan i :

dTCdHiPiii

Penjumlahan untuk semua produk dan reaktan:

i

Pii

ii dTCdHi

(8)

dTCdHiPiii

Untuk masing-masing senyawa:

dTCdH P 1111

dTCdH P

2222

dTCdHnPnnn

(+)

i

Pii

ii dTCdHi

i

Pii

ii dTCHdi

Kalau persamaan di atas digabung dengan pers. (8) :

(9)

Karena i konstan maka

i

iii

iii

ii HdHddH

(8)

maka:

i

Pii

ii dTCdHi

i

ii HdHd

i

PiP iCC

dTCHdi

Pi i

dTCHd P

Pers. (5) dideferensialkan:

Kalau persamaan terakhir digabung dengan pers. (9) maka:

Jika didefinisikan:(10)

Persamaan (5): i

ii HH

i

PiP iCC

i

2i

2iiii TDTCTBA

(9)

i

2ii

i

2ii

iii

iii TDTCTBA

22 TDTCTBA

i

Pi

P

R

C

RC

i

i

ii AA

i

ii BB

i

ii CC

i

ii DD

Jika pers. (10) diintegralkan:

(11)

dTCHd P

T

T

0P

H

H

0

0

0T

00T

dTCHd

T

T

0P0

T0T

0

0dT

RC

RHH

T

T

0P0

T0T

0

0dT

RC

RHH

T

298

0P0

2980T dT

RC

RHH

(T0 = temperatur referensi)

T

T

22T

T

P

00

dTTDTCTBAdTR

C

T

T

32

0TD

T3C

T2B

TA

0

30

320

20 T

1T1

DTT3C

TT2B

TTA

PENJELASAN LAIN DENGAN KONSEP NERACA ENERGI

Misal untuk reaksi: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

Reaktan, T KCO 1 molH2 2 mol

Produk, T KCH3OH 1 mol

Reaktan, 298 KCO 1 molH2 2 mol

Produk, 298 KCH3OH 1 mol

CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

H0Reaktan H0

Produk

H0298

H0T

Perubahan enthalpy dari reaktan menjadi produk:

00298

00PRT HHHH

H0Reaktan adalah panas sensibel reaktan (perubahan enthalpy yang

menyertai perubahan temperatur dari T K ke 298,15 K

0reaktan

0

reaktan

reaktan

i

T

T

PT

T

PiR dT

R

CnRdT

R

CRnH i

H0Produk adalah panas sensibel reaktan (perubahan enthalpy yang

menyertai perubahan temperatur dari 298,15 K ke T K

T

T

PT

T

PiP dT

R

CnRdT

R

CRnH i

0

produk

0produk

produk

i

00298

00PRT HHHH

T

T

PT

T

P dTR

CnRHdT

R

CnR

0

produk0

reaktan

produk

produk0298

reaktan

reaktan

T

T

PT

T

P dTR

CnRdT

R

CnRH

0

produk0

reaktan

produk

produk

reaktan

reaktan0298

T

T

PT

T

P dTR

CnRdT

R

CnRH

0

produk

0

reaktan

produk

produk

reaktan

reaktan0298

T

T

PP

T dTR

Cn

R

CnRHH

0

reaktanproduk

reaktan

reaktan

produk

produk0298

0

T

T

PP

T dTR

Cn

R

CnRHH

0

reaktanproduk

reaktan

reaktan

produk

produk0298

0

T

T

PP

T dTR

C

R

CRHH

0

reaktanproduk

reaktan

reaktan

produk

produk0298

0

T

T

PP

T dTR

C

R

CRHH

0

reaktanproduk

reaktan

reaktan

produk

produk0298

0

T o

PT dT

RC

RHH298

0298

0

iPiP i

CC

T

T

PT dT

R

CRHH

0

i

i

i0298

0

CONTOH SOAL

Hitung panas reaksi standar untuk sintesis metanol pada 800CCO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)

PENYELESAIAN

Tref = T0 = 298,15 KT = 1073,15 K

OHCHmolJHHT 3298 135.90525.110660.2000

i i Hf298

(J/mol)

A 103 B 106 C 10-5 D

CH3OH 1 – 200.660 2,211 12,216 – 3,450 0,000

CO – 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031

H2 – 2 0 3,249 0,422 0,000 0,083

T

298

P298T dT

RC

RHH

A = iAi = (1) (2,211) + (– 1) (3,376) + (– 2) (3,249) = – 7,663

Dengan cara yang sama: B = 10,815 10–3

C = – 3,450 10–6

D = – 0,135 105

T

T

22T

T

P

00

dTTDTCTBAdTR

C

T

T

32

0TD

T3C

T2B

TA

0

30

320

20 T

1T1

DTT3C

TT2B

TTA

= – 1.615,5 K

T

T

P0

0T

0

dTRC

RHH

= – 90.135 + 8,314 (– 1.615,5) = – 103.566 J/mol

1073

298

P298

01073 dT

RC

RHH

CONTOH

Berapa temperatur maksimum yang dapat dicapai oleh reaksi pem-bakaran gas metana dengan udara yang berlebihan 20%? Udara dan metana masuk ke burner pada temperatur 25C.

PENYELESAIAN

Asumsi:• Reaksi berlangsung sempurna• Reaksi berlangsung secara adiabatis (Q = 0)• EK dan EP diabaikan• WS = 0

Sehingga H = 0

Scc

WQzgg

gu

H

2

2

Basis: 1 mol CH4 yang dibakar

Mol O2 yang dibutuhkan = 2,0

Mol O2 kelebihan = (0,2) (2,0) = 0,4

Mol O2 total yang masuk = 2,4

Mol N2 yang masuk = (2,4) (79/21) = 9,03

Reaksi: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

CH4 O2 CO2 H2O N2

Masuk 1,00 2,40 0,00 0,00 9,03

Reaksi - 1,00 - 2,00 1,00 2,00 0,00

Keluar/Sisa 0,00 0,40 1,00 2,00 9,03

Neraca massa

Reaktan pada 1 bardan 25C: CH4 1,00 mol O2 2,40 mol N2 9,03 mol

Produk pada 1 bardan T K: CO2 1,00 mol H2O 2,00 mol O2 0,40 mol N2 9,03 molH

= 0

PH

298H

Produk pada 1 bardan 298 K: CO2 1,00 mol H2O 2,00 mol O2 0,40 mol N2 9,03 mol

NERACA ENERGI

CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

Neraca energi:

0298 HHH P (a)

:298H Enthalpy reaksi pada 298,15 K

: PH panas sensibel untuk menaikkan temperatur produk dari 298,15 K menjadi T K

dengan

i i Hf298

CO2 1 -393509

H2O 2 -241818

O2 – 2 0

CH4 – 1 -74520

Reaksi: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

= – 393.509 + (2) (– 241.818) – (– 74.520) = – 802.625 J/mol CH4 298H

CH4 yang bereaksi 1 mol, maka panas reaksi total adalah:

Menghitung Enthalpy reaksi pada 298,15 K

J625.802CHmol1CHmolJ625.802 44298 H

T

T i

Pi

i

T

T

PiP

0

i

0

i dTR

CnRdT

R

CRnH

T

T

2

iii

2

iii

iii

iii

0

dTTDnTCnTBnAnR

T

T

iii

3iii

2iii

iii

0

T1

DnT3

CnT

2

BnTAnR

0iii

30

3iii

20

2iii

0i

ii T1

T1

DnTT3

CnTT

2

BnTTAnR

Menghitung panas sensibel produk reaksi

i ni A 103 B 106 C 10-5 D

CO21,00 -393.509 5,457 1,045 0 

H2O 2,00 -241.818 3,470 1,450 0 

O20,40 0 3,639 0,506 0 

CH40,00 -74.520 1,702 9,081 -2,164

N29,03  0 3,280 0,593 0

i

ii An (1) (5,457) + (2) (3,470) + (0,4) (3,639) + (9,03) (3,280)

Dengan cara yang sama akan diperoleh:

3

iii 10502,9Bn

= 43,471

0Cni

ii

5

iii 10645,0Dn

223P 15,298T10751,415,298T471,43314,8H

15,2981

T1

10645,0 5

Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP:

Persamaan neraca energi

223 15,298T10751,415,298T471,43314,8625.802

015,298

1T1

10645,0 5

0298 HHH P (a)

menjadi:

0Tf

Persamaan ini diselesaikan secara numerik

223 15,298T10751,415,298T471,43314,8625.802

0Tf15,298

1T1

10645,0 5

T f(T)

1000 -514.238,000

2000 -34.588,400

2066 -143,422

2066.274 0,033

T = 2066,3 K

CONTOH SOAL 4.8

PENYELESAIAN

Basis: 1 mol CH4

2 mol H2O

Reaksi utama:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) (1)

Reaksi samping:

CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (2)

i i Hf298 A 103 B 106 C 10-5 D

CH4 – 1 – 74.520 1,702 9,081 – 2,164 0,000

H2O – 1 – 241.818 3,470 1,450 0,000 0,121

CO 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031

H2 3 0 3,249 0,422 0,000 0,083

Reaksi (1): CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

i i Hf298 A 103 B 106 C 10-5 D

CO2 1 – 393.509 5,547 1,045 0,000 – 1,157

H2 1 0 3,249 0,422 0,000 0,083

H2O – 1 – 241.818 3,470 1,450 0,000 0,121

CO – 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031

Reaksi (2): CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)

CH4 H2O CO H2 CO2

Awal 1 2 0 0 0

Reaksi (1)

– 1 – 1 1 3 0

Reaksi (2)

0 – x – x x x

Sisa 0 1 – x 1 – x 3 + x x

Total = (1 – x) + (1 – x) + (3 + 3) + x = 5

Fraksi mol CO = 174,05

x1

x = 0,13

CH4 habis bereaksi

Misal CO yang bereaksi menurut reaksi (2) adalah x, maka:

CH4 H2O CO H2 CO2

Awal 1 2 0 0 0

Reaksi (1)

– 1 – 1 1 3 0

Reaksi (2)

0 – 0,13 – 0,13 0,13 0,13

Sisa 0 0,87 0,87 3,13 0,13

P298R HHHH

298 K

J863.426molJ863.426mol11H0298

J6,351.5molJ166.41mol13,02H0298

Panas reaksi pada 298 K

Panas sensibel reaktan (600 K 298 K)

0i

0i

T

T i

Pi

i

T

T

PiR dT

RCn

RdTRC

RnH

22

0i

ii

0i

ii TT2

BnTTAnR

T1

T1

DnTT3

Cn

0iii

330

iii

i ni A 103 B 106 C 10-5 D

CH4 1 1,702 9,081 – 2,164 0,000

H2O 2 3,470 1,450 0,000 0,121

n A (atau B atau C atau D)

8,642 11,981 – 2,164 0,242

642,8Ani

ii

3

iii 10981,11Bn

6

iii 10164,2Cn

5

iii 10242,0Dn

600298642,8314,8HR

223 60029810981,11

Jika dimasukkan ke persamaan untuk HR:

= ………… J

336 60029810164,2

6001

2981

10242,0 5

Panas sensibel produk (298K 1300K)

T

T i

Pi

i

T

T

PiP

0

i

0

i dTRCn

RdTRC

RnH

2

02i

ii

0i

ii TT2

BnTTAnR

0iii

30

3iii

T1

T1

DnTT3

Cn

i ni A 103 B 106 C 10-5 D

CO2 0,13 5,547 1,045 0,000 – 1,157

H2O 0,87 3,470 1,450 0,000 0,121

CO 0,87 3,376 0,557 0,000 – 0,031

H2 3,13 3,249 0,422 0,000 0,083

847,16Ani

ii

3

iii 10203,3Bn

0Cni

ii

5

iii 10188,0Dn

2981300847,16314,8HP

223 298130010203,3

Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP:

= ………… J

2981

13001

10188,0 5

P298R HHHH

CONTOH SOAL

Sebuah boiler menggunakan bahan bakar minyak kualitas tinggi (hanya berisi hidrokarbon) yang memiliki panas pembakaran standar – 43.515 J g-1 pada 25C dengan CO2(g) dan H2O(l) sebagai produk. Temperatur bahan bakar dan minyak masuk ke ruang pembakaran pada 25C. Udara dianggap kering. Gas hasil pembakaran keluar dari boiler pada 300C, dan analisis rata-ratanya adalah (basis kering) 11,2% CO2, 0,4% CO, 6,2% O2 dan 82,2% N2. Berapa bagian dari panas pembakaran yang ditransfer sebagai panas ke boiler?

PENYELESAIAN

Basis: 100 mol gas hasil pembakaran kering:

CO2 11,2 molCO 0,4 molO2 6,2 molN2 82,2 mol------------------------Total 100,0 mol

NERACA O

Masuk sebagai O2 (dalam udara) =7921

2,82 = 21,85 mol

Masuk:

Keluar:

Dalam CO2 = 2 11,20 = 22,40 molDalam CO = 0,40 molDalam O2 sisa = 2 6,20 = 12,40 mol--------------------------------------------------------Total O selain H2O = 35,20 mol

Jadi O yang bereaksi membentuk H2O = 43,7 – 35,2 = 8,5 mol

H2O yang terbentuk = 8,50 mol

Total O yang bereaksi = 22,4 + 0,4 + 8,5 = 31,3 mol

Masuk sebagai O (dalam udara) = 2 21,85 mol = 43,7 mol

Kesimpulan:

Total O2 yang bereaksi = ½ 31,3 = 15,65 mol

CnHm + (n + ¼ m) O2 n CO2 + ½ m H2O

NERACA C

Keluar:

Sebagai CO2 = 11,20 molSebagai CO = 0,40 mol---------------------------------------Total = 11,60 mol

Masuk:

Mol C masuk = mol C keluar = 11,60 mol

NERACA H

Keluar:

Sebagai H2O = 2 8,50 = 17,0 mol

Masuk:

Mol H masuk = mol H keluar = 17,0 mol

KESIMPULAN

Rumus molekul bahan bakar = C11,6H17

C dan H semuanya berasal dari bahan bakar, sehingga total berat bahan bakar yang masuk adalah

= (11,60) (12) + (17,0) (1) = 156,2 g

Jika semua bahan bakar terbakar sempurna membentuk CO2(g) dan H2O(l) pada 25C, maka panas pembakarannya adalah:

J040.797.6g2,156gJ515.43H298

Reaksi pembakaran jika bahan bakar terbakar sempurna membentuk CO2(g) dan H2O(l) adalah:

C11,6H17(l) + 15,85 O2(g) 11,6 CO2(g) + 8,5 H2O(l)

H298 = – 43.515 J/g

Analisis hasil pembakaran menunjukkan bahwa pembakaran berlangsung tidak sempurna (karena terbentuknya CO) dan H2O berupa gas bukan cairan.

Reaksi yang terjadi:

C11,6H17(l) + 15,65 O2(g) 11,2 CO2(g) + 0,4 CO(g) + 8,5 H2O(g)

Panas reaksi untuk reaksi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan berbagai panas reaksi yang telah diketahui datanya.

Reaksi di atas merupakan penjumlahan dari reaksi2 sbb.:

C11,6H17(l) + 15,85 O2(g) 11,6 CO2(g) + 8,5 H2O(l)

8,5 H2O(l) 8,5 H2O(g)

0,4 CO2(g) 0,4 CO(g) + 0,2 O2(g)

Panas reaksi standar total pada 25C:

J740.309.64,0984.2825,8012.44040.797.6H298

C11,6H17(l) + 15,65 O2(g) 11,2 CO2(g) + 0,4 CO(g) + 8,5 H2O(g)

Ha

Hb

Hc

(a)

(b)

(c)

Ha = - 6.797.040 J

liquid2gas2 OH

0298,fOH

0298,f

0b HHmol5,8H

Panas laten penguapan = Hvap

Reaktan pada 1 bardan 25C: fuel 152,2 g O2 21,85 mol N2 82,20 mol

Produk pada 1 bardan 300C: CO2 11,2 mol CO 0,4 mol H2O 8,5 mol O2 6,2 mol N2 82,2 mol

H

PH

298HProduk pada 1 bardan 298K: CO2 11,2 mol CO 0,4 mol H2O 8,5 mol O2 6,2 mol N2 82,2 mol

T

T i

Pi

i

T

T

PiP

0

i

0

i dTR

CnRdT

R

CRnH

0iii

30

3iii

20

2iii

0i

ii T1

T1

DnTT3

CnTT

2

BnTTAnR

142,384Ani

ii 3

iii 10134,76Bn

0Cni

ii 5

iii 100617,10Dn

15,29815,573142,384314,8HP

15,2981

T1

10645,015,29815,57310134,76 5223

Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP:

= 940.660 J

P298 HHH

= – 6.309.740 + 940.660 = – 5.369.080 J

Proses pembakaran ini merupakan proses alir tunak dengan:• WS = 0• EK = 0• EP = 0

Maka: H = Q

Q = – 5.369.080 J merupakan panas yang ditransfer ke boiler

Jadi fraksi panas pembakaran yang ditransfer ke boiler adalah:

%0,79%100040.797.6080.369.5

4.32

Reaksi (2):CO + H2O CO2 + H2

2,75 2,75 2,75 2,75

Reaksi (1): CH4 + H2O CO + 3H2 20 20 (17,25 + 2,75) 60

Reaktan:CH4 = 20 molH2O = 22,75 mol

4.29Methane gas is burned completely with 30% excess air at approximately atmospheric pressure. Both the methane and the dry air enter the furnace at 303.15 K (30°C), and the flue gases leave the furnace at 1773.15 K (1500°C). The flue gases then pass through a heat exchanger from which they emerge at 323.15 K (50°C).Per mole of methane, how much heat is lost from the furnace, and how much heat is transferred in the heat exchanger?

Reaktan(T K)

Produk(T K)

Reaktan(298 K)

Produk(298 K)

HT

HR HP

H298

H merupakan state function tidak tergantung pada jalannya proses

P298RT HHHH

P298RT HHHH

Panas sensibel Panas sensibel

Panas reaksi 298 K

Ri

T

298Pi

Ri

298

TPi

Ri

298

TPiR dTCndTCndTCnH

iii

Pi

T

298Pi

Pi

T

298PiP dTCndTCnH

ii

Ri

T

298Pi

Pi

T

298Pi298T dTCndTCnHH

ii

T

298

P298T dT

R

CRHH