HEAT EFFECTS. By. Dr. Gede Wibawa

Transkripsi

1 HEA EFFES By. Dr. Gede Wibawa

2 HEA EFFES Heat ransfer Operations: Sangat umum dijumpai di Industri Heat Effecs Sensible Heat hase ransition hemical Reaction Mixing rocesses

3 SENSIBLE HEA EFFES Heat effects due to temperature change No phase transition No chemical reaction No change in composition causing heat transfer and the resulting the temperature change

4 General Expression for du U For dv= du U U, V V 1 2 d V d Untuk proses V konstan Jika U tdk tgt V, pendekatan ini benar untuk gas ideal dan incompressible dan mendekati benar untuk gas bertekanan rendah 1st Law for losed system with constant V Q U U U du d dv V V du V d dv V 1 2 V d

5 General Expression for dh H dh dh For d= dh H 1 2 H, H H d V d V d d d For any constant rocess Q H Untuk proses konstan Jika H tdk tgt p, pendekatan ini benar untuk gas idel dan incompressible dan mendekati benar untuk gas bertekanan rendah 1 2 d d

6 Empirical Function of Heat apacity Ideal gas heat capacity naik dengan naiknya suhu O 2 R A B D 2 2 H 2 O N 2 Ar R : dimensionless A, B, and D depend on the material (App. ) ada (App. ): untuk dari 298 K sampai max

7 Empirical Function of Heat apacity for ideal gas ig R V R ig R A B 1 D 2 2 A, B, and D depend on the material (App. ) ALULAION MEHOD ig Smith et al. (extbook) used two step calculation for U and H: -1 st Step calculation at ideal gas condition ( = ) -2 nd step correction of ideal gas value to real gas value

8 wo Step alculations for U & H ig R A B D 2 2 H(,) Hypothetical gas ideal ref dh ig d V V d EoS is needed

9 Ideal Gas Mixture i i i y MIXURE H H Ideal gas: no-interaction Evaluation of sensible-heat integral D B A R H

10 erhitungan H H Karena p tergantung maka dilakukan perhitungan iteratif: n H 1 n H

11 Latent Heat of ure Substances Heat effect due to phase change For phase change, and are constant onsider a system containing 2 phase and dg Vd Sd Since & are constant, dg = he Gibbs energy for each phase: dg dg V V d S d S d d dg V d S d erubahan dari fasa ke

12 Latent Heat of ure Substances d sat S d V Jika fasa cair dan uap, maka = sat (saturation pressure) Hubungan S dan H dh H S ds Vd H H S S Sehingga persamaan diatas menjadi: d sat d H V Latent heat of phase change Molar volume change of phase transition

13 Latent Heat of ure Substances laypeyron equation: H V d d sat sat = saturation pressure (vapor pressure) Vapor pressure dari suatu cairan umumnya sebagai fungsi Model yang umum digunakan adalah persamaan Antoine, Wagner Antoine eq.: ln sat A B onstanta A, B dan diketahui untuk berbagai zat (able 1.2 p. 362) d d sat B 2 exp A H LV LV V B Dapat dihitung jika konstanta Antoine diketahui

14 Heat effect from chemical reaction If reaction at constant & no shaft work : Reactants H products Q H Enthalpy change going from reactants to products gives heat of reaction he difinition of state and path variables should be konwn well!!

15 Standard heat of reaction Standard conditions: Gases : gas ideal at 1 bar Liquids and solids: real solid/liquid at 1 bar Reactants (standard state) H roducts Standard state Since enthalpy is state function, it is independent of path Reactants (standard state) H H 1(Re actan s) Elements (standard state) roducts Standard state H 2 ( products ) H H 1 H 2

16 Standard heat of formation, H f abulasi untuk panas reaksi standar terhadap semua kemungkinan reaksi tidak praktis, sehingga digunakan metode standard heat of formation H f Adalah panas yang diperlukan untuk membentuk 1 mol senyawa dari dari elemen, panas pembentukan dari senyawa dapat dijumlahkan untuk mendapatkan panas reaksi standar H O 2 (g)+ 3 H 2( g)h 3 OH(g)+H 2 O(g) H f elements H f H f atatan: anas pembentukan untuk 1 mol senyawa terbentuk O 2 (g)(s)+o 2 (g) +393,59 J/mol 3H 2 (g)element 2H 2 (g)+(s)+.5o 2 (g)h 3 OH(g) -2,66 H 2 (g)+.5o 2 (g)h 2 O(g) -241,818-48,969 J/mol H

17 Bagaimana jika reaksi terjadi pada suhu berbeda dari 298 K, tapi tekanan tetap 1 bar? Reaktan ada K H? roduk ada K H H 1 H is state function 2 Reaktan pada 298 K o H 298 roduk pada 298 K H H elements 1 H 2 H 298

18 erhitungan panas reaksi secara stochiometri v 1A1 v2a A... v A v 3... Dimana: A = reaktan atau produk v = koefisien stochiometri, positif untuk produk dan negatif untuk reaktan erhitungan panas reaksi pada suhu dan tekanan 1 bar adalah: H H p H vi R R pi v i H f p d Reactants (standard state) H f v () (Re actan s) H Elements (standard state) roducts Standard state H f ( products) v ()

19 entukan panas reaksi standar dari sintesa methanol berikut: Reaksi : O(g) + 2H2(g) H3OH(g) at 8 deg. i vi O -1 H2-2 H3OH +1

20 REAKSI DI INDUSRI Kondisi tidak standar idak sesuai stochiometri (ada excess salah satu reaktan) Adanya inert emperature awal berbeda dengan temperatur produk Dll. DASAR ERHIUNGAN MENGAU ERHIUNGAN SANDAR

21 ontoh Hitung temperatur maksimum yang dicapai pada pembakaran methane berikut: Methane (H4), K Flue gas.? Udara 2% excess, K H4+2O2O2+2H2O Maksimum temperature yang dicapai =theoritical flame temperature roducts? K H reactants,298.15k o H 298 products,298.15k

22 Jika ada ekses reaktan atau reaksi tidak sempurna ontoh 1: methane dibakar dengan 2% ekses udara H 4 (g)+2o 2 (g) O 2 (g) + 2H 2 O(g) i vi Hf vi x Hf, J H O2-2 O H2O o H

23 Jika ada inert dalam reaksi Reaksi pembakaran methane dengan 2% ekses udara (21%O 2 dan 79%N 2 ) Mole O2 (2% ekses O2 )= 1.2 * 2 = 2.4 Mole N2 = 2.4 *(79/21) = 9.3 H 4 (g)+2.4o 2 (g) +9.3 N 2 O 2 (g) + 2H 2 O(g)+.4O N 2 Reaktan roduk Stochiometri diatas dapat digunakan untuk menghitung H heoretical flame temperature = Reaksi pembakaran berlangsung secara adiabatis sempurna (Q=)

24 HK I flow process H Q Ws Jika Q dan Ws adalah nol, maka H H H 298 H H H i n i i H Dari persamaan tersebut diperoleh = 266 K

25 Reaksi paralel (competing reaction) (A)H4 + H2O O + 3H2 (B)H4 + H2O O2 + 4H2 H 298 H 298 = 25,813 J = 164,647 J Jika 87% H4 bereaksi melalui reaksi (A) maka: H ,818 2,46 J.13164,647 J

26 HHV (Higher Heating Value) & LHV (Lower Heating Value) Heating Value: panas pembakaran dari zat organik dengan oksigen dimana hasil pembakaran berupa O2 dan H2O HHV, produk H2O liquid LHV, produk H2O gas H2O liquid H2O gas H=44.12 J/mol