Diagram Fasa Zat Murni
Download
Report
Transcript Diagram Fasa Zat Murni
Diagram Fasa
Zat Murni
Perubahan Fasa di Industri:
Evaporasi
Long Tube Evaporator
Perubahan Fasa di Industri:
Evaporasi
Perubahan Fasa di Industri:
Kristalisasi
Diagram Fasa
Diagram yang bisa menunjukkan, pada
kondisi tertentu (tekanan, suhu, kadar, dll)
zat tersebut berfasa (berwujud) apa
Dua jenis diagram fasa
H2O dan sejumlah zat lain
Vuap > Vpadat > Vcair
Zat pada umumnya
Vuap > Vcair > Vpadat
Titik tripel
Titik T pada gambar di slide terdahulu
Kondisi di mana zat bisa berupa padat,
cair, uap, atau campurannya
Pendinginan pada P tetap (1)
Apa yang terjadi jika
pendinginan dari titik
A ke D?
A-B = ?
B=?
B-C = ?
C=?
C-D = ?
Pendinginan pada P tetap (2)
Apa yang terjadi jika
pendinginan dari titik
E ke G?
E-F = ?
F=?
F-G = ?
Penekanan pada T tetap (3)
Apa yang terjadi jika
pendinginan dari titik
H ke K?
H-I = ?
I=?
I-J = ?
J=?
J-K = ?
Penekanan pada T tetap (4)
Apa yang terjadi jika
pendinginan dari titik
L ke O?
L-M = ?
M=?
M-N = ?
N=?
N-O = ?
Dua jenis diagram fasa
H2O dan sejumlah zat lain
Vuap > Vpadat > Vcair
Zat pada umumnya
Vuap > Vcair > Vpadat
Perhatikan:
Penekanan cenderung mendorong
perubahan fasa ke arah volum yang lebih
kecil
Kaidah umum
Jika terjadi perubahan kondisi, maka hal
tersebut akan mendorong terjadinya
proses-proses yang menghambat
terjadinya perubahan kondisi tersebut
Contoh: Kenaikan suhu akan mendorong
terjadinya proses-proses yang menyerap
panas (endotermis)
Coba pikirkan:
Apa yang sebaiknya dilakukan untuk proses
penyerapan gas dengan suatu cairan
(proses absorbsi):
a. Pada suhu tinggi atau rendah?
b. Pada tekanan tinggi atau rendah?
Contoh kasus 1: EVAPORATOR
Evaporator: alat untuk menguapkan
sebagian air dari suatu larutan sehingga
diperoleh larutan yang lebih pekat
Fakta: makin tinggi tekanan maka makin
tinggi titik didih
Single Effect Evaporator
STEAM
LARUTAN
ENCER
LARUTAN
PEKAT
Multiple Effect Evaporator
FORWARD
FEEDING
Multiple Effect Evaporator
Apa keuntungannya dibanding single effect?
Bagaimana T1, T2, T3?
Bagaimana P1, P2, P3?
Multiple Effect Evaporator
BACKWARD
FEEDING
Backward vs. Forward feeding
Apa keuntungan forward feeding?
Apa kerugian forward feeding?
Apa keuntungan backward feeding?
Apa kerugian forward feeding?
Bagaimana menggabungkan keuntungan
keduanya dan mengeliminasi kekurangan
keduanya?
Mixed feeding
Contoh Kasus 2: Kristalisasi
Padatan amorf
Kristal
Kristal produk industri
Gula
Ammonium Alum
Ammonium
magnesium
sulfate
Kristal es dalam proses
freeze drying
Kristal di industri pangan
Coba tebak: kristal apakah ini??
Contoh Kasus 2: Kristalisasi
Pembentukan
Inti Kristal
(Nukleasi)
Pertumbuhan Kristal
PENDINGINAN
Pembentukan inti kristal
Nukleasi
Primer
Homogen/
Spontan
Sekunder
Heterogen/
Induksi
Pertumbuhan Kristal
Merupakan proses difusi.
Difusi: perpindahan massa akibat beda
konsentrasi.
Pertumbuhan kristal akan terus terjadi sampai
konsentrasi larutan (yang mulanya lewat jenuh)
mencapai konsentrasi jenuh.
Difusi ke permukaan kristal
Daerah permukaan kristal:
konsentrasi larutan C*
(jenuh)
Kristal
Bulk larutan:
Konsentrasi C > C*
(lewat jenuh)
Difusi berhenti
pada saat
C C*
Kejenuhan (1)
Jika solut ditambahkan ke dalam solven,
akan tercapai suatu konsentrasi di mana
solut yang ditambahkan tidak bisa larut
lagi.
Konsentrasi maksimum ini disebut
konsentrasi jenuh (sering disebut juga
kelarutan).
Kejenuhan (2)
Pada kondisi jenuh, jumlah senyawa yang
larut sama dengan jumlah senyawa yang
mengkristal.
Secara netto tidak ada perubahan jumlah
senyawa dalam larutan dan padatan.
Hal ini disebut kesetimbangan
termodinamis.
Kejenuhan (3)
Biasanya, kelarutan akan lebih besar pada
suhu yang lebih tinggi.
Kejenuhan (4)
Perlu diperhatikan bahwa ada
perkecualian untuk beberapa senyawa:
kelarutan justru turun pada suhu yang
makin tinggi.
Efek suhu terhadap kelarutan perlu
diperhitungkan pada operasi heat
exchanger untuk larutan senyawa yang
dapat mengkristal.
Kondisi lewat jenuh
Disebut juga supersaturasi.
Mutlak diperlukan untuk memungkinkan
terbentuknya kristal.
Interpretasi supersaturasi (1)
Misalkan suatu
larutan A dalam air
bersuhu TA adalah
larutan tidak jenuh.
Kristalisasi baru bisa
terjadi di daerah
supersaturasi (di atas
daerah jenuh)
Daerah
supersaturasi
Konsentrasi
B
C
A
Tidak
jenuh
Suhu
TA
Interpretasi supersaturasi (2)
Daerah
supersaturasi
Konsentrasi
Ada dua kemungkinan
mencapai
supersaturasi:
1) Menaikkan
konsentrasi pada suhu
tetap TA (untuk
mencapai titik C).
2) Menurunkan suhu
pada konsentrasi yang
sama (untuk mencapai
titik B).
B
C
A
Tidak
jenuh
Suhu
TA
Kesetimbangan termodinamis
Fasa 1
Fasa 2
Jumlah perpindahan dari fasa 1 ke fasa 2 sama dengan perpindahan
dari fasa 2 ke fasa 1 sehingga jumlah senyawa di fasa 1 maupun
fasa 2 tetap walaupun ada perpindahan antar fasa.
Menyatakan supersaturasi
Konsentrasi jenuh = C*
Konsentrasi larutan = C (C > C*)
Supersaturasi dapat dinyatakan sebagai:
Driving force (C) = C – C*
Rasio supersaturasi (S) = C/C*
Pengukuran supersaturasi
Diperlukan untuk mengontrol proses kristalisasi.
Cara pengukuran:
- mengukur densitas (makin tinggi supersaturasi,
densitas makin besar).
- mengukur refractive index (makin tinggi
supersaturasi, refractive index makin besar).
- mengukur titik didih normal larutan (makin
banyak zat terlarut, titik didih normal akan makin
tinggi).
Cara mencapai supersaturasi
Penguapan
Pendinginan
Kombinasi antara penguapan dan
pendinginan
Reaksi kimia
Contoh:
Pabrik gula pasir
Dengan penguapan (A-B)
: diperoleh larutan jenuh
pada suhu T1.
B-C : Suhu diturunkan
sampai T2 (< T1)
sehingga diperoleh
supersaturasi dan terjadi
kristalisasi.
Konsentrasi
Kombinasi penguapan dan
pendinginan
C
B
A
T2
Suhu
T1
Pertanyaan
Apa yang terjadi jika
penguapan dilakukan
sampai tercapai
supersaturasi di titik
B’ ?
B’
Konsentrasi
C
B
A
T2
Suhu
T1
Reaksi kimia (reactive crystallization)
Contoh:
Pabrik amonium sulfat (ZA)
H2SO4
(l)
NH3(g)
Reaksi:
H2SO4 + NH3
(NH4)2SO4
Reaktor –
Kristalisasi
(sudah jenuh
(NH4)2SO4)
Suspensi
kristal
Mother liquor
Separator
Kristal
ZA
Crystallizer di industri
Contoh kasus 3
Cairan A yang bertekanan 10 atm dan bersuhu 110oC
diturunkan tekanannya dengan kran ekspansi sampai
tekanannya menjadi 1 atm. Tekanan uap pada berbagai
suhu dapat didekati dengan persamaan
Kapasitas panas cairan 0,8 cal/g/K dan panas
penguapan 300 cal/g (dianggap konstan). Hitung:
1. Suhu keluar kran ekspansi
2. % cairan yang menguap
Illustrasi Contoh Kasus 1