Kesetimbangan uap-cair

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Loncat ke navigasi Loncat ke pencarian


Kesetimbangan uap-cair (bahasa Inggris: Vapor–liquid equilibrium/VLE) adalah kondisi dimana liquid dan gasnya berada pada kesetimbangan satu sama lain, kondisi dimana kecepatan evaporasi sama dengan kecepatan kondensasi pada level molekuler. Suatu substansi yang berada pada kesetimbangan uap-cair umumnya disebut fluida jenuh. Untuk spesies kimia murni, hal ini sama dengan kondisi spesies pada titik didihnya.[1]

Penjelasan termodinamika[sunting | sunting sumber]

Termodinamika menjelaskan berbagai properti kesetimbangan uap-cair untuk komponen murni maupun campuran.

Sistem satu komponen (komponen murni[sunting | sunting sumber]

Jika liquid dan uap murni, maka keadaan kesetimbangan antar 2 fase dijelaskan oleh persamaan:

;
; and

dengan dan adalah tekanan liquid dan uap, dan adalah suhu liquid dan uap, dan dan adalah energi bebas Gibbs molar liquid dan uap.[2] Temperatur, tekanan, dan energi bebas Gibbs liquid dan uap nilainya sama untuk komponen murni dalam kesetimbangan.

Kondisi kesetimbangan uap-cair juga dapat menggunakan konsep fugasitas. Kesetimbangan dapat dijelaskan melalui persamaan berikut:

dengan dan adalah fugasitas liquid dan uap, pada suhu Ts dan tekanan Ps sistem.[3]

Diagram titik jenuh[sunting | sunting sumber]

Data campuran biner VLE pada data tertentu, menunjukkan fraksi mol uap dan liquid pada beberapa temperatur untuk tekanan tetap. Fraksi mol komponen 1 pada campuran dilambangkan dengan x1. Fraksi mol komponen 2 dilambangkan dengan x2, dengan hubungan sebagai berikut:

x1 + x2 = 1

Untuk campuran multi komponen dengan n komponen, menjadi:

x1 + x2 + ... + xn = 1
Diagram titik jenuh

Pada diagram titik jenuh larutan biner, temperatur (T ) digrafikkan vs. x1. Pada suhu berapapun dimana kedua fase eksis, uap dengan fraksi molnya berada pada kesetimbangan dengan liquid dengan fraksi mol tertentu. Kedua fraksi mol ini nilainya berbeda. Fraksi mol uap dan liquid ditunjukkan pada 2 titik pada garis horizontal (suhu) yang sama. Garis yang dibawah, menunjukkan fraksi mol liquid mendidih pada berbagai temperatur, disebut kurva bubble point. Garis yang atas, menunjukkan fraksi mol uap pada berbagai temperatur, disebut kurva dew point.[4]

Nilai K dan volatilitas relatif[sunting | sunting sumber]

K Values Diagram (with UNIQUAC Best-Fit Curve), Mixture of Chloroform/Methanol

Kecenderungan spesies kimia untuk memisahkan diri antara fase uap dan liquid adalah rasio kesetimbangan .[5]

Data campuran VLE bisa sampai 4 komponen atau lebih, dan diagram titik didih susah disajikan. Maka, data kesetimbangan uap-cair diberikan dalam bentuk nilai K K (rasio distribusi uap-cair)[4][6] didefinisikan sebagai

dengan yi dan xi adalah fraksi mol i pada fasa gas dan cair.

Untuk hukum Raoult

Untuk hukum Raoult modifikasi

dengan adalah koefisien aktivitas, Pi tekanan parsial dan P adalah tekanan.

Nilai rasio Ki dikorelasikan secara empiris atau teoretis dalam bentuk persamaan, tabel, atau grafik seperti diagram DePriester charts (Shown on the right).[7]

Nilai K untuk hidrokarbon ringan pada rentang suhu rendah
Nilai K untuk hidrokarbon ringan pada rentang suhu tinggi

Untuk campuran biner, rasio nilai K untuk 2 komponen disebut volatilitas relatif ditandai dengan α

yang menunjukkan ukuran relatif susah atau mudahnya memisahkan kedua komponen. Distilasi industri skala besar jarang dilakukan untuk volatilitas relatif kurang dari 1,05.[6]

Nilai K digunakan luas pada perhitungan desain kolom distilasi kontinu untuk pemisahan campuran multikomponen.

Pranala luar[sunting | sunting sumber]

Referensi[sunting | sunting sumber]

  1. ^ "Thermodynamics: An Engineering Approach" by Yunus A. Çengel, Michael A. Boles, p. 65, ISBN 0-07-121688-X
  2. ^ Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 215.
  3. ^ Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 216.
  4. ^ a b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama Kister
  5. ^ Smith, J. M., Van Ness, H. C., & Abbott, M. M. (2005)."Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (Seventh ed.)". Boston: McGraw Hill
  6. ^ a b Kesalahan pengutipan: Tag <ref> tidak sah; tidak ditemukan teks untuk ref bernama Perry
  7. ^ DePriester, C.L., Chem. Eng. Prog. Symposium Series, 7, 49, pages 1–43