(i : 1, 2,.,N) (1) (2) II i. II i. II i. I i. II i. I i

Transkripsi

1

2 Banyak campuran zat kma yang bercampur membentuk satu fasa car pada ksaran komposs tertentu yang tdak akan sesua dengan krtera stabltas. Sehngga sstem tersebut terpsah dalam dua fasa car dengan komposs yang berbeda. Jka fasa berada pada kesetmbangan fenomena tsb sebaga LLE. Krtera kesetmbangan untuk LLE sama dengan VLE, yakn keseragaman T, P dan fugastas untuk semua komponen kma pada kedua fasa f f ( :, 2,.,N) () x f x f (2) 2

3 Karena fugastas komponen murn atas menjad: f f f persamaan d x x (3) Untuk stem car/car yang mengandung N speses kma: ( x, x2,..., xn, T, P) (4) ( x, x2,..., xn, T, P) (5) 3

4 Untuk campuran bner LLE bak tekanan konstan atau suhu yang dturunkan cukup rendah bahwa efek tekanan pada koefsen aktvtas dapat dabakan. Untuk campuran bner pers (3) menjad : x x x x 2 ( x, T ( x, T ) ) (6) (7) (8) (9) 4

5 Karena lnγ lebh alam sebaga fungs termodnamka dar pada γ persamaan ( 6) serng dtulskan : ln ln x x (0) ln 2 2 x ln x () 5

6 Gambar d bawah menunjukkan tga tpe dgram kelarutan sstem bner. Dagram (a) menunjukkan kurva bnodal yang mendefnskan wlayah. Mereka merepesentaskan komposs fasa yang berada bersama kurva UAL untuk fasa (kaya komponen 2) dan kuva UBL untuk fasa ( kaya komponen ). Kompos kesetmbangan x dan x pada suhu tertentu T ddefnskan sebaga perpotongan gars horzontal dengan kurva bnodal. Temperature T L adalah lower consolute temperature atau lower crtcal soluton temperature (LCST); Temperatur T U adalah upper consolute temperatur atau upper crtcal soluton temperature (UCST). Temperatur antara T L dan T U LLE dmungknkan terjad, untuk T< T L dan T >T U, fasa car tunggal dtemukan untuk ksaran penuh komposs. Consolute pont analog dengan ttk krts pada fluda murn, yatu keadaan batas kesetmbangan dua fasa yang semua sfat kesetmbangan dua fasa adalah dentk. Dagram b menunjukkan ketka kurva bnodal berpotongan dengan kurva ttk beku, hanya UCST yang ada Dagram c menunjukkan ketka kurva bnodal berpotongan dengan kuva ttk bubble VLE, hanya LCST yang ada. 6

7 UCST UCST LCST LCST Gambar. Tga tpe dagram kelarutan car-car pada tekanan konstan 7

8 8

9 Jka kta ngn menyapkan suatu campuran 0 mol % 2,6 dmetl pyrdn dalam ar pada 80oC, maka akan dperoleh dua fasa caran, satu fasa mengandung,7 mol% 2,6 dmetl pyrdn dan fasa lannya mengandung 23,3 mol % dmetl prdn (lhat gambar dsampng) Suatu campuran 50 mol% metanol dalam nheptan, ketka dpanaskan pada suhu 40oC dan 0,3 kpa, terbag dalam dua fasa, satu fasa yang kaya heptan (ttk B) mengandung 24 mol % metanol dan fasa lan yang kaya metanol (ttk A) mengandung 85% metanol Raso jumlah mol total dalam suatu fasa pda konss tsb dberkan dengan prnsp lever arm. n( metanol rch ) 0,5 0,24 0,734 n(heptan rch ) 0,85 0,5 9

10 Contoh Kasus : Predks LLE menggunakan Model Koefsen Aktvtas Gunakan persamaan van Laar untuk mengestmas komposs kesetmbangan fasa car dalam suatu campuran sobutane furfural pada 37,8oC dan tekanan 5 bar. Asums konstanta van Laar, α = 2,62 dan β = 3,02. Penyelesaan: Komposs kesetmbangan fasa dperoleh dar penyelesaan persamaan berkut : (a) x x x x exp x exp x 2 2 x x x x (b) 0

11 x2 2 x2 exp x exp x x2 x2 x x 2 2 x x2 (d) x x2 (e) Penyelesaan dlakukan dengan menvaraskan nla smultan (c) x dan x secara (msal dengan spreadsheet solver) untuk menyelesakan fungs objectve : x x x x x x

12 Dar persamaan (b) dan (c) dengan nla tebakan awal x = 0, dan x2 = 0,8 dperoleh nla : x 0,28 x 0,9284 x2 0,8872 x2 0,076 2

13 Untuk sstem LLE raso kesetmbangan dsebut sebaga koefsen dstrbus (KD) yang dapat dnyatakan dengan persamaan: x K D x (2) Untuk sstem LLE selektftas relatf (relatve selectvty) dnyatakan dengan persamaan : K D j K Dj (3) Aplkas persamaan d atas adalah pada proses ekstraks car-car. 3

14 Stem Ternery dan Dagram Tranguler Campuran terner yang mengalam pemsahan fasa membentuk dua fasa car yang terpsah dapat membedakan sebaga tngkat kelarutan tga komponen dalam masngmasng dua fasa car. 4

15 Untuk kasus kesetmbanan satu tahap : F = laju alr umpan S = solven L = ekstrak yang keluar L = raffnate yang keluar Extract : keluaran fasa car yang mengandung solven dan zat terlarut yang terekstrak Raffnat : keluaran fasa car yang mengandung carrer-a dalam umpan dan B yang tdak terekstrak. Gambar d atas menunjukkan tahap kesembangan proses ekstraks. Untuk kasus alran solven tdk mengunakan B, 5

16 FA = laju alr carer A S = laju alr solven C XB = raso massa (mol) solut B terhadap masa (mol) komponen lan dalam umpan (F), raffnate (R), atau ekstrak (E) X B( F ) FA X B( E ) S X B( R ) FA ' X B( E ) K DB / X B( R ) (4) (5) KDa = koefsen dstrbus yang dnyatakan dalam raso masa (mol) Subtus per (5) ke pers (4) menjad : X B( R ) X B( F ) FA ' K DB S FA (6) 6

17 Faktor ekstraks untuk solute B, EB : ' EB K DB S / FA (7) Semakn besar nla E, semakn besar tngkat solut yang terekstrak. Nla E yang besar dhaslkan dar nla koefsen dstrbus, KD, atau raso solven terhadap carer yang besar. Subttus persamaan (7) ke prsamaan (6) : X (R) B /X (F ) B X B (8) Semakn besar faktor ekstraks, semakn kecl fraks B yang tdak terekstraks. Nla raso massa (mol), X, dubungkan ke faks massa (mol), x, dengan: 7

18 Nla raso massa (mol), X, dhubungkan ke fraks massa (mol), x, dengan: x X x (9) ' Nla koefsen dstrbus, K D dalam raso dhubungkan ke fraks massa (mol), x, dengan: ( ) ( ) ( ) x x x ' K D ( ) K D ( ) ( ) x x x (20) 8

19 Contoh Kasus 2: Suatu umpan mengandung 8 wt% asam asetat (B) dalam ar (A). Pengamblan asam asetat dlakukan dengan ekstraks car-car pada 25oC dengan solven methyl sobutl ketone (C), karena penggunaan dstlas membutuhkan penguapan jumlah ar yang banyak. Jka raffnat mengandung hanya wt% asam asetat, perkrakan jumlah solven (kg/jam) yang dperlukan jka dgunakan satu tahap kesetmbangan. Penyelesaan : Asums bahwa carer (ar) dan solven adalah mmscble. Dar Perry s Handbook, dambl KD =0,657 dalam satuan fraks massa. Untuk konsentras asam asetat yang relatf rendah dalam soal n, dasumkan K D =KD. 9

20 Jumlah ar : FA 0, kg / jam X BF / ,087 Raffnat mengandung wt % B, Sehngga: X B( R ) 0,0 / 0,0 0,00 Dar pers (8) untuk menyelesaakan EB : X B( F ) X B ( R ) 0,087 0,00 7,6 XB Laju alr solven sangat besar dbandngkan terhadap laju alr umpan, lebh dar faktor 0! Sstem multtahap harus dgunakan untuk menurunkan laju solven atau dgunakan solven dg KD lebh besar. Msal : -butanol sebaga solven, KD =,63. Dar pers (7) untuk menyelesaakan S : EB FA S 7, / 0, kg / jam ' KD 20

21 Data mscblty curve dan te-lne untuk menkontruks lqud-lqud equlbrum curve (trangular dgaram) 2

22 Stsem Ternery dan Dagram Tranguler 0,89 D and G = mscblty lmt of furfualwater bnary DEPRG = mscblty boundary (saturaton curve) E = extract, dan R = raffnate P = plat pont (lqud phase have dentcal composton) ER = equllbrum extract and raffnate phase G D 0,6 22

23 23

24 Contoh Kasus 3 : Tentukan komposs kesetmbangan fasa ekstrak dan rafnate yang dhaslkan ketka larutan 45% wt glycol (B)-55%wt water (A) dkontakkan dengan dua kal berat solven furfural murn (C) pada 25oC dan 0 kpa. 24

25 Penyelesaan: Asums : bass 00 gram umpan campuran 45% glycol-water. Langkah-langkah penyeleaan : Step. Letakkan feed dan solven masng2 pada ttk F dan S Step 2.. Defnskan M, mxng pont, M = F + S = E + R Step 3. Terapkan nverse-ever-arm rule untuk dagram kesetmbanan fasa trangular equlateral Msal, w() fraks massa komponen dalam ekstrak, ( 2) (M ) w w fraks masa komponen dalam rafnat dan fraks massa komponen dalam fasa feed dan solven. Dar neraca masa solven C : F S wc( M ) FwC( F ) SwC( S ) Sehngga F 0,45 wc( S ) wc( M ) wc( M ) wc( F ) Ttk S, M dan F terletak pada satu gars lurus dan dg nverse-lever-arm rule : dperoleh wc( M ) 0,667 F SM S MF 2 Step 4. Ttk M terletak pada wlayah dua fasa Step 5. nverse-lever-arm rule dterapkan untuk ttk E, M dan R. 0,667 0,55 250,00

26 Ketka komponen dalam suatu campuran menjad lebh tdak seragam secara kma, kelarutan mutualsme menurun. Hal n dcrkan dengan kenakan koefsen aktvtas (devas posf dar hukum Raoult). Jka ketdakseragaman secara kma, dan penngkatan koefsen aktvtas, menjad cukup besar, larutan dapat terpsah menjad dua fasa car. Gambar 4.6 d bawah menunjukkan perlaku kestmbangan uap-car suatu tem yang terdapat perlaku dua fasa caran. Dar gambar: abcd : two-lqud phase exst ab : two-lqud pase n saturated PR : te lne e : azeotropc composton 26

27 VLE LLE VLE VLE VLE LLE 27

28 Untuk ketmbangan uap-car-car belaku : f f f V (2) : caran ; : caran ; V : uap Daram uap-car x-y dapat dhtung dengan mengatur komposs caran dan menghtung kompos uap dengan perhtungan bubble pont. Alternatf lan, komposs uap dapat datur dan komposs caran dtentukan dengan perhtungan dew pont. Jka campuran membentuk dua fasa perhtungan kesetmbangan uap-car mempredks dagram x-y maksmum. 28

29 Kasus 4: Karena caran tdak sangat kompresbel, pada tekanan moderat komposs kesetmbanan car-car hampr tdak terpengauh oleh tekanan. Karena tu, dasumskan bahwa kesetmbangan car-car campuran sobutane ()-furfural (2) pada 37,8oC yang dhtung pada Kasus- tdak dpengaruh oleh tekanan. Htung tekanan pada saat uap bubble pertama terbentuk (htung tekanan uap bubble sstem) dan komposs uap yang terbentuk. Data : Psat (T 37,8 o C ) 4,956 bar P2sat (T 37,8 o C ) 0,005 bar Penyelesaan : Mengunakan model koefsen van Laar sepert pada Kasus- dan komposs caran dtemukan dsana, dengan asums fasa gas adalah deal, kta dapat menghtung tekanan bubble fasa car sebaga berkut: 29

30 P x Psat x 2 2 P2sat 0,28 8,375 4,956 0,8872,030 0,005 4,6869 bar x Psat 0,28 8,375 4,956 y 0,999 P 4,6869 Oleh karena tu, dar model van Laar pada T = 37,8oC dan P = 4,956 bar, campuran sobutan dan furfural memlk dua fasa car dan fasa uap yang bersama-sama dalam kesetmbangan, dengan komposs : 30

31 TERMA KASH 3