• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Bab 4 termodinamika (efek panas)
 

Bab 4 termodinamika (efek panas)

on

  • 2,375 views

Efek panas. (Sumber: Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (The Mcgraw-Hill Chemical Engineering Series) [J.M. Smith, Hendrick Van Ness, Michael Abbott]

Efek panas. (Sumber: Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (The Mcgraw-Hill Chemical Engineering Series) [J.M. Smith, Hendrick Van Ness, Michael Abbott]

Statistics

Views

Total Views
2,375
Views on SlideShare
2,375
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
59
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Bab 4 termodinamika (efek panas) Bab 4 termodinamika (efek panas) Presentation Transcript

    • Teknik Kimia Universitas Sriwijaya
    • Termodinamika II
    • BAB 4 Efek Panas (Heat Effect)
    • Pendahuluan Pada industri kimia, efek panas adalah salah satu fundamental dalam operasinya. Demikian juga untuk merencanakan suatu reaktor, perhitungan jumlah panas yang diperlukan atau ditransfer ditentukan oleh efek panas yang ada atau yang berpengaruh dari reaksi kimia.
    • Ditinjau dari harga U : ),( PTHH dP P H dT T H dH TP Pada V tetap, sehingga : dP P H dTCdH T P Komponen akan sama dengan nol, bila volume tetap ; dan U tidak bergantung pada volume, sehingga : dTCdH P 2 1 T T PdTCH Pemakaian yang umum untuk menghitung perpindahan panas pada steady flow, digunakan persamaan : 2 1 T T PdTCHQ
    • Panas Sensibel Panas yang ditransfer pada suatu sistem, yang tidak terjadi perubahan fase dan tak ada reaksi kimia dan tak ada perubahan komposisi yang dapat menyebabkan perubahan temperatur. Jadi panas sensibel hanya untuk mengubah temperatur.
    • Kapasitas Panas, tergantung pada Temperatur Kapasitas Panas, tergantung pada Temperatur dan tidak tergantung pada Tekanan ; secara sederhana diberikan dengan persamaan : 22 cTbTa R CP danTT R CP ig = ideal gas ; untuk gas real, dapat menjadi ideal bila P  0. 22 DTCTBTA R Cig P α, β, dan γ serta a,b, dan c adalah konstanta karakteristik dari masing – masing gas 22 DTCTBTA R CP
    • Harga – harga konstanta A, B, dan C diberikan dalam tabel ; (seperti tabel 4-1) buku JM. Smith. Dari hubungan : Cp = Cv + R, maka harga Cv adalah : 1 R C R C ig P ig V Pengaruh T pada Cv dan Cp ditentukan berdasarkan hasil percobaan penelitian.
    • Contoh soal 4-1 : Kapasitas panas molar gas methane (gas ideal) ; dari tabel dinyatakan sebagai berikut: dimana T dalam K ; Nyatakan harga Cp/R dalam satuan T = oC. Jawab : T K = t oC + 273.15 263 10164,210081,9702,1 TT R Cig P 263 )15,273(10164,2)15,273(10081,9702,1 txt R Cig P Untuk campuran gas, yang komposisinya tetap, dilakukan dengan cara yang sama seperti gas murni. Misalnya : 1 mol gas campuran, terdiri dari : Gas A, B, dan C. Maka mol fraksi masing-masing yA, yB, yC. Maka kapasitas panasnya dinyatakan : ig PCC ig PBB ig PAA ig Pmixture CyCyCy R C
    • Panas Laten Panas yang ditransferkan kepada substansi murni, akan mengubah fase substansi tetapi temperaturnya tidak naik. Misalnya: pada peristiwa mencairkan solid, menguapkan larutan; pada tekanan tetap; panas tersebut adalah panas laten. Gambar 4.1 Kapasitas panas gas Ideal dari argon, nitrogen, water, and karbon dioksida
    • Panas laten juga merupakan fungsi dari temperatur ....(7a) dimana :  ΔH = panas laten  ΔV= perubahan volume yang terjadi karena perubahan fase  Psat = tekanan uap Pada proses penguapan suatu cairan ;  Hanya merupakan slope, pada grafik tentukan uap vs temperatur.  ΔV = beda volume uap saturated dengan liquid saturated.  ΔH = panas laten penguapan. 0T T
    • Tn = normal boiling point ΔHn = panas laten penguapan pada Tn PC = tekanan kritis dalam bar Trn = reduced temperatur pada Tn ΔHn/Tn mempunyai dimensi seperti konstanta R, maka satuannya harus dipilih yang cocok seperti memilih satuan R. Untuk mengestimasi latent heat vaporisation liquid murni pada suatu T, berdasarkan harga T yang diketahui, diberikan oleh Watson dalam bentuk persamaan : Panas laten dapat juga ditentukan dengan cara “Kalorimeter Riedel” menghasilkan persamaan :
    • PANAS REAKSI STANDAR Efek panas yang dibahas sebelumnya adalah efek panas yang terkait dengan proses-proses fisik. Untuk proses yang berlangsung secara kimiawi, efek panasnya harus mempertimbangkan energi yang terjadi akibat perubahan suhu, perubahan struktur molekuler baik pada reaktan maupun pada produk yang dihasilkan, serta efek panas reaksi selama berlangsungnya reaksi kimiawi tersebut.
    • Neraca energi overall menurut hukum Thermodinamika I, untuk proses steady flow: karena ΔEk, ΔEp dan Ws adalah sama dengan nol, maka persamaan di atas menjadi: ΔH=Q. Berarti Q adalah panas yang diserap oleh air pendingin dalam jaket identik dengan terjadinya perubahan entalpi yang disebabkan oleh reaksi pembakaran, secara keseluruhan merupakan juga merupakan perubahan entalpi reaksi atau ΔH, disebut sebagai panas reaksi. Bentuk umum suatu persamaan reaksi kimia adalah sebagai berikut : mMlLbBaA HQ
    • PANAS PEMBENTUKAN STANDAR Reaksi pembentukan didefinisikan sebagai reaksi yang membentuk senyawa dari elemen pembentuknya. Sebagai contoh pada reaksi kimia pembentukan metanol sebagai berikut: C +1/2 O2 +2H2  CH3OH Sedangkan pada contoh berikut ; H2O + SO3  H2SO4 adalah bukan reaksi pembentukan, karena asam sulfat yang terbentuk bukan berasal dari elemen tetapi dari senyawa kimia (H2O dan SO3).
    • Contoh soal : Hitunglah panas reaksi standar pada 25 oC untuk reaksi berikut : 4 HCl (g) + O2 (g)  2 H2O (g) + 2 Cl2 (g) Penyelesaian : Cari dari tabel/data harga panas pembentukan (ΔHf o) untuk HCl dan H2O , didapat data sbb : ΔHf o HCl (g) = -92.307 J dan ΔHf o H2O (g) = -241.818 J Lalu : HCl adalah senyawa yang terbentuk dari elemen – elemen H2 (g) dan Cl2 (g) : 4 HCl (g)  2 H2 (g) + 2 Cl2 (g) ΔHo 298 = -(4)(92.307) J 2 H2 (g) + O2 (g)  2 H2O (g) ΔHo 298 = (2)(-241.818) J 4 HCl (g) + O2 (g)  2 H2O (g) + 2 Cl2 (g) ΔHo 298 = -114.408 J Jadi panas reaksi standar adalah -114.408 J.
    • PANAS PEMBAKARAN STANDAR Reaksi pembakaran adalah suatu reaksi kimia antara suatu elemen atau senyawa dengan oksigen membentuk suatu produk hasil pembakaran. Untuk senyawa organik, atom Karbon, Hidrogen dan Oksigen, hasil reaksi pembakarannya adalah Karbondioksida (CO2), dan air (H2O) fase uap atau cair.
    • Contoh nya pada reaksi pembentukan antara C dengan H2 membentuk n-butana sbb : 4 C (s) + 5 H2 (g)  C4H10 (g) Untuk menghitung panas reaksi standar, didasarkan atas kombinasi panas pembentukan dan panas pembakaran standar, maka didapatkan sbb : 4 C (s) + 4 O2 (g)  4 CO2 (g) ΔHo 298 = (4)(-393.509) J 5 H2 (g) + 2½ O2 (g) 5 H2O (l) ΔHo 298 = (5)(-285.830) J 4 CO2 (g) + 5 H2O (l)  C4H10 (g) + 6½ O2 (g) ΔHo 298 = (2)(-241.818) J 4 C (s) + 5 H2 (g) C4H10 (g) ΔHo 298 = -125.790 J Jadi harga panas pembentukan n-butana pada kondisi standar adalah -125.790 J/mol.
    • EFEK PANAS PADA REAKSI – REAKSI DI INDUSTRI Reaksi – reaksi pada industri jarang mengikuti kondisi standar seperti pada reaksi yang sebenarnya atau dengan kata lain reaksi tersebut tidak muncul dalam bentuk stoikiometri, tidak komplit atau mungkin temperatur akhir berbeda dengan temperatur awal.
    • Contoh 4.8 Suatu metoda untuk membuat gas sintesa (campuran pertama terdiri dari CO dan H2) adalah katalitik reforming dari CH4 dengan uap pada temperatur tinggi dan tekanan atmosfir. CH4 (g) + H2O (g)  CO2 (g) + 3 H2 (g) Satu – satunya reaksi lain yang terjadi dan kelihatan luasnya adalah reaksi air-gas shift. CO (g) + H2O (g)  CO (g) + 3 H2 (g) Bila reaktan disuplai pada rasio 2 mol uap berbanding 1 mol CH4 dan bila panas disuplai ke reaktor. Jadi produk mencapai temperatur 1300 K, CH4 seluruhnya dirubah dan aliran produk berisi 17,4% mol CO. Asumsi reaktan dipanaskan kembali menjadi 600 K, hitung panas yang diinginkan di reaktor.
    • Penyelesaian : Panas reaksi standar pada 25 oC untuk dua reaksi dari data tabel C.4. CH4 (g) + H2O (g)  CO (g) + 3 H2 (g) ΔH298 o = 205,813 J CO (g) + H2O (g)  CO (g) + H2 (g) ΔH298 o = -41,166 J Dua reaksi ini boleh ditambah untuk memberikan reaksi ketiga. CH4 (g) + 2 H2O (g)  CO2 (g) + 4 H2 (g) ΔH298 o = 164,647 J Beberapa pasang dari tiga reaksi ini mengangkat independent set. Reaksi ketiga tidak berdiri sendiri dan hal tersebut diperoleh dengan mengkombinasikan dua lainnya. Reaksi – reaksi lebih cocok digunakan untuk permasalahan seperti di bawah ini : CH4 (g) + H2O (g)  CO (g) + 3 H2 (g) ΔH298 o = 205,813 J CH4 (g) + 2 H2O (g)  CO2 (g) + 4 H2 (g) ΔH298 o = 164,647 J
    • Pertama kita tentukan fraksi CH4 yang diubah oleh masing – masing pada reaksi ini. Sebagai basis perhitungan biarkan 1 mol CH4 dan 2 mol uap dimasukkan ke reaktor. Bila x mol CH4 bereaksi berdasarkan persamaan (A), kemudian 1-x mol bereaski pada persamaan (B). pada basis ini produk reaksi adalah : CO = x H2 = 3x + 4(1-x) = 4 – x CO2 = 1-x H2O = 2 – x – 2(1 – x) = x Total = 5 mol produk Fraksi mol CO pada aliran produk adalah x/5 = 0,174 dimana x = 0,870. Jadi pada basis yang dipilih 0,870 mol CH4 bereaksi pada persamaan (A) dan 0,130 mol bereaksi pada persamaan (B). Sekalipun demikian, jumlah masing – masing spesies pada aliran produk : Mol CO = x = 0,870 Mol H2 = 4 – x = 3,13 Mol CO2 = 1 – x = 0,13 Mol H2O = x = 0,87
    • Kita sekarang mencari jalan yang mudah untuk tujuan perhitungan, untuk menjalankan reaktan pada 600 K ke produk pada 1300 K. Dari data bisa digunakan untuk panas reaksi standar pada 25 oC, satu cara yang paling sederhana adalah dimana termasuk reaksi pada 25 oC (298,15 K). ini ditunjukkan dengan skema pada diagram yang tertera. Garis putus – putus menunjukkan jalan pintas yang aktual menunjukkan perubahan entalpi ΔH. Dari perubahan entalpi inilah cara yang termudah. Untuk menghitung ΔHo 298 reaksi A dan B keduanya harus diambil dalam perhitungan. 0,87 mol CH4 bereaksi pada reaksi A dan 0,13 mol bereaksi pada reaksi B. ΔHo 298 = (0,87)(205,813) + (0,13)(164,647) = 200,460 J
    • ΔH ΔHP o ΔH298 o = 0 ΔHR o Perubahan entalpi dari reaktan dari temperatur 600 K ke 298.15 K diberikan persamaan : dimana harga (Co Pi)H/R adalah : CH4 : MCPH (298.15,600;1.702,9.081E-3,-2.164E-6,0.0) ≡ 5.3272 H2O : MCPH (298.15,600;3.470,1.450E-3,0.0,0.121E+5) ≡ 4.1888 Dimana : ΔHo R = (8.314) [(1)(5.3272) + (2)(4.1888) ] (298.15 – 600) = -34.390 J
    • Perubahan entalpi produk seperti itu adalah pemanasan dari 298.15 K ke 1300 K dihitung secara sederhana. dimana (Co Pi)H/R harganya adalah :  CO : MCPH (298.15,1300;3.376,0.557E-3,0.0,-0.031E+5) ≡ 3.8131  H2 : MCPH (298.15,1300;3.249,0.422E-3,0.0,0.083E+5) ≡ 3.6076  CO2 : MCPH (298.15,1300;5.457,1.04E-3,0.0,-1.157E+5) ≡ 5.9935  H2O : MCPH (298.15,1300;3.470,1.450E-3,0.0,0.121E+5) ≡ 4.6499 dimana : ΔHo P = (8.314)[(0.87)(3.8131)+(3.13)(3.6076)+(0.13)(5.9935)+(0.87)(4.6599)](1300 – 298.15) = 161.940 J karena itu : ΔH = -34.390 + 200.460 + 161.940 = 328.010 J Proses adalah suatu aliran steady dimana Ws, Δz dan Δu2/2 asumsi diabaikan maka Q = ΔH = 328.010 J Penyelesaian ini berbasis 1 mol CH4 yang masuk reaktor. Satuan dirubah dari J mol-1 ke (Btu)(lb mol)-1 adalah 0.4299. Karena itu pada basis 1 (lb mol) CH4 masuk reaktor, kita punya Q = ΔH = (328.010) (0.4299) = 141.010 (Btu)
    • Jangan terlalu mengkhawatirkan masa depan, khawatirlah jika hari ini anda tidak berbuat sebaik-baiknya untuk masa depan anda.