• Tidak ada hasil yang ditemukan

Termodinamika Lanjut (PTK 213 ) (Advance Thermodynamics)

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Membagikan "Termodinamika Lanjut (PTK 213 ) (Advance Thermodynamics)"

Copied!
16
0
0

Teks penuh

(1)

Termodinamika Lanjut

(PTK 213 )

(Advance Thermodynamics)

Dr. Istadi, ST, MT

Ir. Danny Soetrisnanto, MEng

Year 2010-2011

Master Program in Chemical Engineering,

Diponegoro University

LITERATURES

Credit : 3 credits/SKS

Evaluations:

References/Textbook:

Smith, J.M., Van Ness, H.C., and Abbott, M.M. (2001).

Introduction to

Chemical Engineering Thermodynamics

. 6th Edition. New York: McGraw

Book Co.

Elliot, J. R. and Lira, C.T., (1999),

Introductory Chemical Engineering

Thermodynamics

, Prentice Hall PTR.

(2)

Outlines for 2

nd

Stage Course

1.

Introduction to

Multicomponents VLE Systems

2.

VLE Calculation in Mixtures

by an Equation of State

3.

Activity Models

Modified Raoult's laws

Margules Equation

Van Laar Equation

Regular-Solution Theory

Wilson's Equation

UNIQUAC

UNIFAC

4.

Fitting Activity Models

to Experimental Data

Solving Problem with: EXCEL, MATLAB, CHEMCAD, and/or

HYSYS

Introduction to

Multicomponents VLE Systems

Click to add text

(3)

Phase Diagrams (T-xy & P-xy)

Click to add an outline

Mass Balance

F = L + V (over all)

F (initial mole number), L (moles of liquid), V (moles of vapor)

==> 1 = L/F + V/F

z

A

F = y

A

V + x

A

L (z

A

= overall mole fraction)

==> z

A

= y

A

.V/F + x

A

.L/F

Percentage of liquid: L/F = (z

A

-y

A

) / (x

A

-y

A

) ==>

Percentage of vapor: V/F = (x

A

-z

A

) / (x

A

-y

A

) ==>

Remember that: L/F + V/F = 1

de

ce cd

ce

(4)

Activity, Activity Coefficient,

Fugacity Coefficient

Click to add an outline

Fugacity for Gas Mixtures

• The simplest type of mixture bevavior is

IDEAL GAS

BEHAVIOR

• A

component fugacity coefficient

is to quantify the

deviations from component behavior in ideal-gas

mixtures.

• Fugacity of a vapor-phase component in real solutions:

• IDEAL SOLUTIONS are intermediate between ideal

gases and real mixtures.

For non-ideal Liquid ===?



i

=

f

i

y

i

P

f

i

=y

i

P

f

i

=y

i



i

P

(5)

Fugacity of Non-Ideal Liquid

Mixtures

For ideal gases ==>

γ

i

= 1 and f

i

o

=P

For LIQUID:

Activity: ==>

Activity Coefficient ==>

GAMMA APPROACH

Remember:

Fugacity of component i in LIQUID:

For low to moderate pressure, f

i

o

P

i

sat

a

i

= 

f

i

/

f

i

o

γ

i

= 

f

i

/

x

i

f

i

o

f

i

=y

i

P

f

i

o

=

i

sat

P

i

sat

exp

V

i

L

P

i

P

i

sat

RT

f

i

L

=

γ

i

x

i

P

i

sat

f

i

L

=

γ

i

x

i

f

i

o

=

γ

i

x

i

i

sat

P

i

sat

exp

V

i

L

P

i

P

i

sat

RT

Summary for Component

Fugacities

(6)

Ideal Solutions

Ideal Solutions

:

No synergistic effect of the components in mixture

each component operates independently

no energy change for mixing

no volume change

LEWIS/RANDALL

Rule:

f

i

is

f

i

=x

i

 

f

i

is

=x

i

f

i

VLE in Ideal Solutions

• Bagaimana menghitung

K

i

y

i

/x

i

• Equilibrium constraint:

• In ideal solutions:

• Fugacity of the liquid:

• Combining the equations:

• Dinyatakan dalam rasio

K

i

:

• Pada tekanan rendah:

Hukum Raoult

f

i

V

= 

f

i

L

y

i

f

i

V

=

x

i

f

i

L

f

i

L

=

i

sat

P

i

sat

exp

V

i

L

P

i

P

i

sat

RT

y

i

i

V

P=x

i

i

sat

P

i

sat

exp

V

i

L

P

i

P

i

sat

RT

K

i

=

y

x

i i

=

P

isat

P

isat

exp

[

V

iL

P

i

P

isat

/

RT

]

iV

i sat

i

=

1, dan exp

[

V

iL

P

i

P

isat

/

RT

]

K

i

=

P

i sat

P

i

atau

y

i

P

=

x

i

P

i

sat

(7)

System of Raoult’s Law

binary system

Click to add an outline

Click to add title

(8)

Shortcut Estimation of VLE K-ratios

K

i

=

P

i

sat

P

P

c,i

10

7

3

1

ω

1

1

T

r, i

P

VLE CALCULATIONS

Jenis-jenis Perhitungan VLE:

Bubble-point Pressure (BP)

Dew-point Pressure (DP)

Bubble-point Temperature (BT)

Dew-point Temperature (DT)

(9)

Jenis-jenis Perhitungan

Kesetimbangan Fase

Paling sulit

x

i

, y

i

, L/F

P, T, z

i

FL

Sulit

T, x

i

P, y

i

=z

i

DT

Sulit

T, y

i

P, x

i

=z

i

BT

Mudah

P, x

i

T, y

i

=z

i

DP

Paling

mudah

P, y

i

T, x

i

=z

i

BP

Konvergensi

Kriteria

Dihitung

Diketahui

Tipe

i

y

i

=

i

K

i

x

i

=

1

i

x

i

=

i

y

i

K

i

=

1

i

y

i

=

i

K

i

x

i

=

1

i

x

i

=

i

y

i

K

i

=

1

i

z

i

1

K

i

K

i



L

/

F

1

K

i



Perhitungan Kesetimbangan

Fasa untuk Hukum Raoult Biner

Bubble Pressure Calculation

:

Tidak diperlukan iterasi, karena temperature dan

tekanan uap diketahui.

Hk Raoult

linear bubble pressure line (P-x,y)

i

y

i

=

1, or

i

K

i

x

i

=

1

,

i

P

isat

P

x

i

=

1

P

1

sat

P

x

1

P

2

sat

P

x

2

=

1

P

=

x

1

P

1

sat

x

2

P

2

sat

x

2

=

1

x

1

(10)

Hukum Raoult Biner …..(2)

Dew-Pressure Calculation:

Diselesaikan tanpa iterasi, sebab tekanan uap adalah

tertentu pada temperatur yang ditentukan, sehingga:

i

x

i

=

1, or

i

y

i

K

i

=

1

y

1

P

P

1

sat

y

2

P

P

2

sat

=

1

P

=

1

y

1

P

1

sat

y

2

P

2

sat

Hukum Raoult Biner …..(3)

Bubble-Temperature Calculation:

Diselesaikan dengan iterasi

Temperatur

(yang

mengubah

P

i

sat

),

hingga tekanan sama dengan tekanan

yang diketahui

.

i

y

i

=

1, or

i

K

i

x

i

=

1

P

=

x

1

P

1

sat

x

2

P

2

sat

(11)

Hukum Raoult Biner …..(4)

Dew-Temperature Calculation:

Diselesaikan dengan iterasi

Temperatur

(yang

mengubah

P

i

sat

),

hingga tekanan sama dengan tekanan

yang diketahui

.

i

x

i

=

1, or

i

y

i

K

i

=

1

P

=

y

1

1

P

1

sat

y

2

P

2

sat

Hukum Raoult Biner …..(5)

Flash-drum Calculation:

Feed: liquid/cairan (vaporized after entering flash drum)

Feed composition =

z

i

dan L/F = liquid-to-feed ratio

V/F =

1

-L/F,

Component balance:

==>

==>

y

i

=K

i

x

i

==>

z

i

=

x

i

L

F

y

i

V

F

x

i

=

z

i

K

i

L

F

1

K

i

y

i

=

z

i

K

i

K

i

L

F

1

K

i

(12)

Binary Flash Calculation ....(6)

Dalam perhitungan flash, L/F harus diiterasi

hingga

Σ

x

i

=1

,

Tetapi dalam flash, kita juga harus

menyelesaikan

Σ

y

i

=1

Untuk penyelesaian uap dan cairan, maka

secara simultan: (

Σ

x

i

-

Σ

y

i

)=0

==> fungsi

objective

Note that: 0<L/F<1

Kasus-kasus flash:

flashing liquid

partial condensation

z

i

, feed flow rate, P, T ==> diketahui

Multicomponent VLE

Calculations

Bubble Calculation:

Dew Calculation:

Rules:

bubble- & dew-pressure calculation ==> no iteration

required

bubble- & dew-temperature calculation ==> iteration

required

i

y

i

=

1,

atau

i

x

i

K

i

=

i

x

i

P

i

sat

P

=

1

i

x

i

=

1,

atau

i

y

i

K

i

=

P

i

y

i

P

i

sat

=

1

(13)

Multicomponent VLE Calculations...(2)

Tebakan awal Temperatur ==> scr. kasar

General formula for

ISOTHERMAL FLASH

Calculation:

T

=

i

x

i

T

i

sat

atau T

=

i

y

i

T

r ,i

T

i

sat

i

y

i

T

c, i

i

x

i

i

y

i

=

i

z

i

1

K

i

K

i



L

/

F



1

K

i

=

D

i

=

0

Contoh Perhitungan VLE dgn

MS Excel

Produk atas suatu kolom distilasi (seperti pada gambar)

mempunyai komposisi (

z

i

) sebagai berikut: 23% propane, 67%

isobutane, dan 10% n-butane. Jika dianggap kolom ideal, uap

yang meninggalkan tray dalam keadaan keseimbangan fasa

dengan cairan yang meninggalkan tray tersebut. Dalam kasus

partial condenser

maka uap dan cairan meninggalkan

condensor

dalam keadaan kesetimbangan fasa.

a)

Hitung temperatur kondensor agar uap dari kolom distilasi bisa

terkondensasi semua pada tekanan 8 bar.

b)

Jika diasumsikan bahwa produk atas kolom distilasi

berkeseimbangan dengan cairan di tray paling atas, hitunglah

temperatur produk uap dan komposisi cairan di tray tersebut jika

dioperasikan pada tekanan 8 bar.

c)

Berapakah fraksi cairan hasil kondensasi, jika uap

terkondensasi dlm sebuah kondensor parsial pada 8 bar dan

320 K

(14)

Penyelesaian

(a)

Temperatur dimana semua uap terkondensasi ==>

bubble point temperatur

Dengan MS Excel:

Dengan Interpolasi:

T = 310 + ((1,000-0,827)/(1,061-0,827))*(320-310)=317 K

Tekanan (bar) =

8

Tebak T (K) =

310 Tebak T (K) =

320

zi

Pci (bar) Tci (K)

ω

Ki

yi

Ki

yi

0,23

42,48

369,8

0,152

1,609

0,370

2,027

0,47

0,67

36,48

408,1

0,181

0,612

0,410

0,795

0,53

0,1

37,96

425,1

0,200

0,433

0,043

0,571

0,06

1

0,82

1,06

Click to add an outline

1 1 2 3 Flash Feed Vapor Liquid Stream No. 1 2 3 Name Feed Vapor Produc Liquid Produ Overall

-Molar flow kmol/h 1.0000 0.0000 1.0000 Mass flow kg/h 54.8968 0.0000 54.8968 Temp K 100.0000 0.0000 319.7421 Pres bar 8.0000 0.0000 8.0000 Vapor mole fraction 0.0000 0.0000 0.0000 Vapor mass fraction 0.0000 0.0000 0.0000 Enth MJ/h -166.77 0.00000 -142.68 Heating values (60 F)

Gross J/kmol 2.722E+009 2.722E+009 Net J/kmol 2.511E+009 2.511E+009 Actual vol m3/h 0.0743 0.0000 0.1072 Std liq m3/h 0.0991 0.0000 0.0991 Std vap 0 C m3/h 22.4136 0.0000 22.4136 Component mole fractions

Propane 0.230000 0.000000 0.230000 I-Butane 0.670000 0.000000 0.670000 N-Butane 0.100000 0.000000 0.100000

(15)

(b). Dew point Temperature

(b)

uap kesetimbangan dgn cairan ==> Uap jenuh ==>

dew

point temperatur

Dengan MS Excel:

Dengan interpolasi:

T = 325 + ((1,00-0,994)/(1,123-0,994))*(320-325) = 324,8 K

Tekanan (bar) =

8

Tebak T (K) =

325 Tebak T (K) =

320

zi

Pci (bar) Tci (K)

ω

Ki

xi

Ki

xi

0,23

42,48

369,8

0,152

2,262

0,102

2,027

0,11

0,67

36,48

408,1

0,181

0,900

0,744

0,795

0,84

0,1

37,96

425,1

0,200

0,651

0,154

0,571

0,18

1,000

0,999

1,13

Click to add an outline

(b). ChemCAD 2

1 1 2 3 Flash Feed Vapor Liquid Stream No. 1 2 3 Name Feed Vapor Produc Liquid Produ Overall

-Molar flow kmol/h 1.0000 1.0000 0.0000 Mass flow kg/h 54.8968 54.8968 0.0000 Temp K 100.0000 324.9329 0.0000 Pres bar 8.0000 8.0000 0.0000 Vapor mole fraction 0.0000 1.000 0.0000 Enth MJ/h -166.77 -125.26 0.00000 Heating values (60 F)

Gross J/kmol 2.722E+009 2.722E+009 Net J/kmol 2.511E+009 2.511E+009 Actual vol m3/h 0.0743 2.8142 0.0000 Std liq m3/h 0.0991 0.0991 0.0000 Std vap 0 C m3/h 22.4136 22.4136 0.0000 Component mole fractions

Propane 0.230000 0.230000 0.000000 I-Butane 0.670000 0.670000 0.000000 N-Butane 0.100000 0.100000 0.000000

(16)

(c). Isothermal Flash Calculation

(c) Partial condenser

==> Flash to Liquid and Vapor

Dengan MS Excel:

Dengan interpolasi:

L/F = 0,7684 K

Tekanan (bar)

8

Temperature (K)=

320

Tebak L/F

0,5

Tebak L/F =

0,6

zi

Pci (bar) Tci (K)

ω

Ki

Di

Di

0,23

42,48

369,8

0,152

2,027

-0,1560

-0,1674

0,67

36,48

408,1

0,181

0,795

0,1531

0,1497

0,1

37,96

425,1

0,200

0,571

0,0546

0,0518

1,000

0,0517

0,0341

Tebak L/F =

0,77

Ki

Di

2,027

-0,1910

0,795

0,1442

0,571

0,0476

0,0008

x

i

=

z

i

K

i

L

F

1

K

i

y

i

=

z

i

K

i

K

i

L

F

1

K

i

i

x

i

i

y

i

=

i

z

i

1

K

i

K

i



L

/

F



1

K

i

=

D

i

=

0

Click to add title

Click to add an outline

1 1 2 3 Flash Feed Vapor Liquid Stream No. 1 2 3 Name Feed Vapor Produc Liquid Produ Overall

-Molar flow kmol/h 1.0000 0.0356 0.9644 Mass flow kg/h 54.8968 1.8823 53.0145 Temp K 100.0000 320.0000 320.0000 Pres bar 8.0000 8.0000 8.0000 Vapor mole fraction 0.0000 1.000 0.0000 Enth MJ/h -166.77 -4.3367 -137.72 Heating values (60 F)

Gross J/kmol 2.722E+009 2.626E+009 2.726E+009 Net J/kmol 2.511E+009 2.421E+009 2.514E+009 Average mol wt 54.8968 52.8252 54.9733 Actual vol m3/h 0.0743 0.0992 0.1035 Std liq m3/h 0.0991 0.0034 0.0956 Std vap 0 C m3/h 22.4136 0.7987 21.6150 Component mole fractions

Propane 0.230000 0.377689 0.224543 I-Butane 0.670000 0.557528 0.674156 N-Butane 0.100000 0.064784 0.101301

Referensi

Dokumen terkait

Kepada yang otai-otai, maaf lah kalah teknik ini xsegah seperti yang korang harap, tapi aku yakin ia mampu memberikan profit kat trader-trader yang sentiasa loss.. Niat aku ikhlas

Kata “bersama-sama” atau kata “dan kawan-kawan (dkk)” dalam setiap dokumen hukum baik pada tahapan pra-adjudikasi maupun pada tahapan adjudikasi, merupakan representasi

Selama saya buka usaha Burjo belum pernah menukan orang yang di luar dari kuningan yang bekerja maupun jadi pemiliknya, yah mungkin ada sih warung-warung yang

sebagian orang menggunakan kata heuristic sebagai lawan kata dari algoritmik, di mana kata heuristic ini diartikan sebagai suatu proses yang mungkin dapat menyelesaikan suatu

Aku percaya kepada Allah Bapa yang Maha Kuasa, Khalik langit dan bumi; dan kepada Yesus Kristus, anak-Nya yang tunggal, Tuhan kita, yang dikandung daripada Roh Kudus, lahir dari

Standar ini diharapkan dapat menjadi acuan dan pegangan dalam pengukuran aliran air pada saluran terbuka secara tidak langsung dengan metode kemiringan luas untuk perhitungan

BHP adalah badan hukum yang menyelenggarakan pendidikan formal, yaitu jalur pendidikan yang terstruktur dan berjenjang, yang meliputi pendidikan dasar, pendidikan menengah

Pada kenyataannya, batuan hasil letusan gunung api dapat berupa suatu hasil lelehan yang merupakan lava yang telah dibahas dan diklasifakasikan ke dalam batuan beku, serta dapat