1

Kesetimbangan Uap-Cair

Vapor/Liquid Equilibrium (VLE)

2

Kesetimbangan Fase

Phase Equilibrium

Fase : cair, padat, gas

Kesetimbangan fase:

Keadaan setimbang antar fase

Kecepatan transfer materi atau kalor dari satu fase A

ke fase B sama dengan kecepatan transfer materi

atau kalor dari fase B ke fase A.

Phase boundary: batas ruang lingkup fase zat

Phase Boundary

Solid liquid boundary Liquid vapour boundary

3

Driving force for mass transfer Gas:

Molekul yang bergerak sangat cepat

Semakin tinggi suhu, semakin cepat gerakan

molekul

Tekanan gas dihasilkan dari tabrakan

molekul dengan boundary

Tekanan gas: ukuran kecenderungan

molekul untuk melepaskan diri (fugacity, fG)

Cair:

Gaya tarik antar molekul lebih dominan

Gerakan molekul mengakibatkan

kecenderungan untuk melepaskan diri dari

fase cair (fugacity, fL ) 4

Fugacity sebagai indikator

kesetimbangan uap-cair

If fG > fL : net transfer ke fase cair

If fG < fL : net transfer ke fase gas/uap

If fG = fL : tidak ada net transfer (equilibrium)

5

Kesetimbangan Fase Satu Komponen

Fase fase dibatasi oleh garis

garis antar fase.

Pada garis antar fase liquid-

vapor, untuk suhu tertentu,

tekanan pada titik tsb disebut

vapor pressure.

Ketika vapor pressure-nya 1

atm, maka suhunya disebut titik

didih normal.

Jika suhunya di bawah suhu tsb,

disebut subcooled (liquid).

Jika suhunya di atas suhu tsb

disebut superheated (vapor).

6

Kesetimbangan Fase Satu Komponen

Persamaan yang merepresentasikan garis

kesetimbangan uap-cair :

Persamaan Clausius Clapeyron

Persamaan Antoine

Di mana A, B dan C adalah kontanta yang

diperoleh dari percobaan empiris.

7

Kesetimbangan Fase Multi-Komponen

Multi komponen: campuran dua zat atau lebih.

Kesetimbangan fase multi komponen terjadi pada

kondisi di mana fugacity masing masing komponen

di tiap tiap fase adalah sama.

Di mana:

=> kesetimbangan tercapai ketika kecenderungan

komponen i untuk melepaskan diri dari fase cair

dan fase gas adalah sama. 8

Kesetimbangan Fase Multi-Komponen Fugasitas fase uap dipengaruhi oleh koefisien

fugasitas fase uap

Fugasitas fase cair dipengaruhi oleh koefisien

fugasitas fase cair

Fugasitas fase cair bisa juga dirumuskan dalam

koefisien aktifitas

9

Kesetimbangan Fase Multi-Komponen

Untuk tekanan sistem yang tidak tinggi,

~

Sehingga:

Perbandingan fraksi mol komponen i fase uap dan

fase cair dinyatakan dalam harga Ki:

dan

10

Hukum Raoult untuk campuran ideal

Untuk tekanan rendah dan menengah:

Fase uap mendekati gas ideal; koefisien fugasitas fase uap = 1

Fase cair mendekati cairan ideal; koefisien fugasitas fase cair=1

Sehingga:

Ini adalah Hukum Raoult untuk campuran cairan ideal,

misalnya campuran isomer (orto, meta dan para), dan

deret homolog (seperti n-hexana dan n-heptana) dan

campuran benzene dan toluene 11

)...,,2,1( NiPxPy satiii

Hukum Henry untuk VLE non-condensable gas

Kesetimbangan uap cair untuk gas yang tidak mengembun

didekati dengan persamaan Henry:

Di mana pi = tekanan parsial component i

xi = fraksi mol component i di fase cair

Hi = konstanta Henry (deperoleh dari percobaan)

Gas ideal : pi = yi * P

dan

Volatilitas relatif antara dua komponen

12

13

)...,,2,1( NiPxPy satiii

)...,,2,1( NiPxPi

sat

ii

1i

iy

Sistem biner

1212 )( xPPPPsatsatsat Perhitungan bubble point

1i

ix

)...,,2,1(/

1Ni

PyP

i

sat

ii

Perhitungan dew point

14

Sistem biner asetonitril (1)/nitrometan(2) mengikuti hukum Raoult. Tekanan uap

dari spesies murninya dinyatakan dengan persamaan Antoine:

(a) Gambarkan grafik hubungan P vs. x1 dan P vs. y1 untuk suhu 75C. (b) Gambarkan grafik hubungan t vs. x1 dan t vs. y1 untuk tekanan 70 kPa.

00.224/

47.29452724.14/ln 1

CtkPaPsat

00.209/

64.29722043.14/ln 2

CtkPaPsat

1212 )( xPPPPsatsatsat (a) BUBL P

21.831 satPpada 75C 98.412

satP

1)98.4121.83(98.41 xP jika x1 = 0.6

7483.072.66

)21.83)(6.0(111

P

Pxy

sat

72.66P

Pada 75C, campuran cairan pada 60 mol-% (1) dan 40 mol-% (2) berada pada kesetimbangan dengan uap yang mengandung 74.83 mol-% (1) pada tekanan 66.72

kPa.

15

16

satsat

sat

PP

PPx

21

21

(b) BUBL T, P = 70 kPa

satP1

satP2

00.224/

47.29452724.14/ln 1

CtkPaPsat

00.209/

64.29722043.14/ln 2

CtkPaPsat

Select t t vs. x1

P

Pxy

sat

111

t vs. y1

17

18

19

20

Tugas II

HUKUM RAOULT

Dengan anggapan bahwa hukum Raoult berlaku untuk campuran ini, buat diagram P-x-y untuk temperatur 90C dan diagram t-x-y untuk tekanan 90 kPa pada campuran benzen(1)/etilbenzen(2)

Catatan: kerjakan dengan bantuan Microsoft Excel atau aplikasi sejenis