SIFAT-SIFAT FISISMINYAK BUMI

Titik Didih Rerata FraksiMinyak Bumi

• Banyak sifat- sifat fisis senyawa hidrokarbonmurni yang dapat di korelasikan dengan beratjenis (specific grafity) dan titik didih normal.

• Berat jenis fraksi minyak bumi dengan mudahdapat di tentukan dalam laboratorium,sedangkan titik didih rerata yang segera dapat diperoleh dari data distilasi ASTM adalah titik didihrerata volumetris, TDRV (volumetric averageboiling point, VABP) .

2Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

• Watson dan Nelson menunjukan bahwa banyak sifat-sifat fisis fraksi minyak bumi yang tidak dapat dikolerasikan dengan titik didih rerata volumetris,tetapi hanya dapat di kolerasikan dengan titik didihrerata fraksi minyak bumi yang lain, seperti titikdidih rerata molal, TDRM (molal average boilingpoint, MABP), titik didih rerata kubis, TDRK (cubicaverage boiling point, CABP), titik didih rerata berat,TDRB (weight average boiling point, WARP) dan titikdidih rerata tengahan, TDRT (mean average boilingpoint, MeABP).

3Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

• Karena titik didih rerata molal, rerata beratdan rerata kubis sukar untuk ditentukan dalamlaboratorium, maka Watson dan Nelsonmencari cara untuk memperoleh hubunganantara titik didih–titik didih rerata tersebutdengan titik didih rerata volumetris.

4Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 5

Korelasi antara berbagai titik didih rerata

Faktor Karakterisasi

• Berdasarkan pengamatan-pengamatan frak-sionisasi minyak-minyak mentah, Watson,Nalson dan Murphy mendapatkan bahwa beratjenis setiap fraksi kira-kira sebanding dengan akarpangkat tiga titik didihnya dalam skala absolutpada tekanan 1 atmosfir.

• Faktor perbandingan tersebut yang merupkanindeks tingkat keparafinan bahan minyak disebutfactor karakterisasi U.O.P. atau factor Watsonyang di beri simbol K. Sehingga dapat dituliskanbahwa:

6Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

• Dimana S adalah berat jenis pada 60/600 F danTB adalah titik didih rerata tengahan TDRT.

• TB mula-mula oleh Watson didefinisikansebagai titik didih rerata molal TDRM, namundalam perkembangnya TB ini kemudianberubah menjadi titik didih rerata kubis TDRK,dan akhirnya menjadi titik didih reratatengahan TDRT.

7Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

• Untuk senyawa hidrokarbon murni, terlihat adanyaperbedaan harga K yang menyolok antara senyawahidrokarbon paraffin, naften dan aromat.

• Apabila K1,K2,K3 dan seterusnya adalah factor karakterisasisenyawa hidrokarbon 1,2,3 dan seterusnya, maka factorkarakterisasi campuran senyawa hidrokarbon dapat dihitung dengan persamaan berikut:

K= K1W1 + K2W2 + K3W3 +….

• Dimana W1, W2, W3 dst adalah fraksi berat senyawahidrokarbon 1,2,3 dst, ternyata bahwa faktor karakterisasimempuyai peranan yang sangat penting untuk fraksiminyak bumi langsung (straight run fractions) karena faktortersebut dapat di korelasikan dengan sifat fisis dan sifattermal fraksi .

8Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

• untuk fraksi minyak bumi yang mengandunghidrokarbon olefin, diolefin dan aromat yaituyang berasal dari proses rengkahan ataupunproses sintesis yang lain, faktor karakterisasiWatson tidak dapat di korelasikan secara baikdengan sifat-sifat fisis dan termal fraksi.

9Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Panas Jenis• Panas jenis adalah panas yang di perlukan untuk menaikan

suhu satu satuan berat bahan sebesar satu derajat. Satuanpanas jenis yang biasa di pergunakan adalah kalori/(gram)(0C) dalam system cgs dan BTU/(Ib) (0 F) dalam systeminggris. Harga numerik panas jenis adalah dalam keduasystem satuan di atas untuk sesuatu bahan.

• Panas jenis pada tekanan tetap harganya lebih tinggi daripada panas jenis pada volum tetap.

• Panas jenis minyak bumi dan fraksi-fraksinya mempunyaikorelasi dengan suhu, grafitas API dan faktor karakterisasiK menurut persamaan sebagai berikut:

• Persamaan di atas menunjukan bahwa untuk fraksi minyakbumi yang mempunyai harga K dan API gravity tertentu,panas jenis merupakan fungsi linier dari suhu. 10Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

• Menurut Watson dan Fallon, panas jenis uap minyak bumimempunyai korelasi dngan suhu dan faktor karakterisasi Kmenurut persamaan sebagai berikut:

Cp = (0,045K-0,233) + (0,44+ 0,017K) 10 -3 t – (0, 153) 10 -6 t 2

• Sehingga uap minyak bumi yang mempunyai faktor karakterisasitertentu , panas jenisnya merupakan fungsi kuadrat darisuhunya

• Panas jenis rerata uap minyak bumi dapat di tentukan dengan ditentukan dengan rumus pendekatan sebagai berikut:

Cp rerata = 1/6 (cp1 + 4 cpt rerata +cp2 )Dimana :cp1 = panas jenis uap minyak pada t1

Cp2= panas jenis uap minyak pada t2

Cpt= panas jenis pada suhu rerata, yaitu pada ½ ( t1 + t2)

11Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 12

Panas jenis fraksi minyak bumi (Nelson, 1958)

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila 13

Panas jenis uap fraksi minyak bumi (Nelson, 1958)

Panas Laten Penguapan

• Panas laten penguapan ialah panas yang diperluakanuntuk menguapkan satu satuan berat cairan pada titikdidih atmosferis.

• Dalam satuan inggris satuan panas laten penguapanadalah Btu/lb dan dalam sistem satuan cgs adalahkalori/g.

• Panas laten penguapan molar pada tekanan atmosferisuntuk cairan-cairan non-polar seperti cairan hidrokarbondapat dperkirangan dengan persamaan Kistiakowsky.

Mr = Tb [7,58 + 4,57 log Tb]

Mr = panas laten penguapan, Btu/lbmol

Tb = titik didih normal, R14Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Panas Laten Penguapan

• Menurut Wason persamaan di atas memberikanharga panas laten penguapan molar yang rendahuntuk fraksi minyak bumi berat. Untuk menentukanpanas laten penguapan fraksi minyak bumi padatekanan yang lain dari tekanan atmosferis, watsonmengajukan persamaan empiris :

• L = panas laten penguapan absolut T

• LB = Panas laten penguapan padatitik didih normal

• γ =Faktor koreksi15Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

16Panas penguapan fraksi minyak bumi pada tekanan atmosferis (nelson, 1958)

Titik kritis• Suhu kritis adalah suhu tertinggi dimana gas

masih dapat dicairkan dengan menggunakantekanan.

• Tekanan minimum yang diperlukan untukmencairkan gas pada suhu kritis disebut tekanankritis. Volum pada suhu kritis tersebut disebutvolum kritis.

• Pada titik kritis, yaitu pada suhu dan tekanankritis tidak dapat dibedakan lagi antara fasa gasdan fasa cair. Tidak terjadi perubahan volumeapabila cairan diuapkan pada titik kritis, dan tidakdiperlukan panas untuk penguapannya.

17Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Titik kritis

• Untuk fraksi minyak bumi yang merupakancampuran dari banyak komponen, digunakankonsep titik kritis semu (pseudo critical point)

• Menurut H,B Kay titik kritis semu didefinisikansebagai suhu dan tekanan kritis rerata molarkomponen-komponen suatu campuran. Titik kritisdapat digunakan untuk menentukan suhu dantekanan tereduksi suatu campuran yaituperbandingan suhu dan tekanan sebenarnyaterhadap suhu dan tekanan kritisnya.

18Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Koefisien Ekspansi• Koefisien ekspansi adalah fraksi pertambahan

volume apabila satu satuan volume bahandipanaskan sebesar satu derajat.

• Koefisien ekspansi :

Daerah grafitas API Koefisien ekspansi

0 - 14,915 - 4,9

35 – 50,951 – 63,964 – 78,979 – 88,989 – 93,994 – 100

0,000350,000400,000500,000600,000700,000800.000850.00090

19Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Vikositas• Uji ditilasi bukanlah merupakan uji rutin untuk fraksi

minyak berat di dalam laboratorium• Untuk fraksi minyak berat seperti minyak bakar, residu

dan minyak pelumas uji rutin dalam lab adalahviskositas. Sehingga minyak untuk berat, harga faktorkarakterisasi seringkali diperoleh dari korelasi antarafaktor karakterisasi dengan viskositas

• Viskositas kritis kritis uap minyak dapat ditentuandengan persamaan

• μc : viskositas kritis, M : berat molekul; Tc suhu kritisdalam K, Pc tekanan kritis dalam atmosfer.

20Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Panas pembakaran

• Panas pembakaran bahan bakar minyak adalah panaskeseluruhan yang diperoleh dari pembakaran sejumlahtertentu bahan bakar minyak yang mempunyai suhu60oF pada waktu pembakaran mulai terjadi, dan hasilpembakaran didinginkan ke suhu 60o F.

• Apabila pada pemakaran hasil pembakaranpembakaran uap air yang ada senuanya mengembun,maka panas pembakaran disebut panas pembakarankotor (gross heating value) karena di dalamnyatermasuk juga panas yang timbul karena pengembunanair.

21Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Panas pembakaran

• Apabila uap air tidak mengembun, maka panaspembakarannya disebut panas pembakaranbersih (net heating value)

• Panas pembakaran akan naik dengan naiknyagravitas API atau naiknya kandungan hidrogen

• Hubungan panas pembakaran kotor dengangravitas spesisfiknya diperkirakan dengan denganpersamaan:

Panas pembakaran kotor,Btu/lb = 22,320-3,78 x S2

22Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

Panas pembakaran• Untuk mendapatkan panas pembakaran bersih dari

panas pembakaran kotor, dapat digunakan hubunganberikut:

Panas pembakaran bersih, Btu/lb = panas pembakarankotor (Btu/lb) – 94% hidrogen

• Penentuan kandungan hidrogen dalam fraksi minyakbumi bukan merupakan pekerjaan rutin dalam lab.

• Namun demikian korelasi empirik berikut ini dapatdigunakan untuk memperkirakan kandungan hidrogendalam fraksi minyak bumi,

Persen berat hidrogen = 14,2 +0,173 (API) -7250/Tb

Tb = titik didih rerata tengahan dalam dalam Renkin23Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

DENSITAS

• Densitas didefinisikan sebagai massa yangterdapat dalam satu satuan volum

• Densitas sring dinyatakan dengan gravitas API,gravitas spesifik atau berat jenis

• Densitas minyak adalah densitas minyak relatifterhadap densitas air pada kondisi tertentu

24Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

• Hubungan antara berat jenis pada 60oF/60oFdengan gravitas API adalah

• Hubungan antara densitas lb/gallon pada suhu60oF dengan gravitas API

25Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

TEKANAN UAP

• Tekanan uap adalah tekanan di mana fase uap zatberada pada kesetimbangan dengan fasa cair zattersebut pada suhu tertentu

• Istilah tekanan uap pada umumnya dikenakan kepadazat murni, namun kadang-kadang digunakan untukcairan.

• Tekanan uap Reid (Reid vapor Pressure) adalah tekananmutlak yang diberikan oleh suatu campuran dalamlb/in2, ditentukan pada suhu 100oF dan pada rasio uapterhadap cairan 4:1

• Tekanan uap reid digunakan untuk menentukanvolatilitas bensin dan minyak mentah.

26Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila

TEGANGAN MUKA

• Tegangan muka berbagai produk minyak bumimempunyai daerah harga yang sempit, yaitusekitar 24 sampai 38 dyne/cm.

• Tegangan muka produk minyak bumi akansemakin naik dengan kenaikan berat molekul.

• Kenaikan suhu menurunkan tegangan muka,sehingga pada suhu kritis tegangan mukasama dengan nol.

27Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila