EFEK-EFEK PANAS
1
•
•
Operasi yang melibatkan panas banyak dijumpai di industri. Panas tsb memberikan berbagai efek baik positif maupun negatif , sehingga harus dikendalikan/dikontrol untuk berbagai keperluan dan demi efisiensi energi
PANAS SENSIBEL •
•
•
•
Merupakan panas yang menyertai perubahan suhu sistem tanpa disertai perubahan fasa dll Pada saat terjadinya transfer panas, tidak ada perubahan fasa, tdk ada reaksi kimia, dan tidak ada perubahan komposisi dalam sistem. Besarnya perubahan suhu akibat menerima/melepas panas tergantung dengan kapasitas panas masing-masing bahan (Cv atau Cp) Cv: besarnya perubahan suhu akibat menerima/melepas panas pada V konstan, Cv= dQ/dT = perub. panas yg ditransfer/perub. suhu Cp: sama, tapi pada P konstant 3
Review: Kapasitas panas = besar panas yg ditransfer dibagi perubahan suhu=dQ/dT Dari Hk. I, pada keadaan volume tetap: Q = ΔU + P.dV = ΔU + 0 = ΔU Cv = dQ/dT =dU/dT ......dQ=dU=Cv dT
•
•
Pada tekanan tetap Q = ΔU + P.dV = (U2-U1) + P (V2-V1) = (U2+PV2) - (U1+PV1) = H2 – H1 = ΔH Cp=dQ/dT=dH/dT...dQ=dH = Cp dT
Q U
T 2
Cvd T
T 1
Q H
T 2
T
C P dT 4
Cp dan Cv fungsi suhu (T) •
•
Nilai kapasitas panas suatu benda berubah terhadap suhu, shg Cp=f(T) dan Cv=f(T) Untuk gas ideal, berlaku hubungan: ig P
C
2
A BT CT DT 2
•
R Nilai parameters A,B,C,D untuk sejumlah gas-gas diberikan dalam Tabel C.1 (hal 635 Smith ed. 6)
•
Juga berlaku: ig C V
R
ig C P
R
1 5
Contoh 1 (Example 4.1)
Heat capacity of methane in the ideal-gas state is given as a function of temperature in (K) by: C P ig R
1.702 9.081 10 3 T 2.164 10 6 T 2
where the parameter values are from Table C.1.
Develop an equation for
C P ig
R
for T in °C.
Solution: The relation between the two temperature scales is: T K = t 0 C + 273.15
Therefore, as a function of
C P ig R
1.702 9.08110
or
ig
C P
3
t 273.15 2.164 10 t 273.15 6
4 021 7 899 10 3 t 2 164 10 6 t 2
2
Perhitungan panas sensibel C P ig R
A BT CT 2 DT 2 T
Q H Q
T 0
T
T 0
Bila: maka:
T 0
T
T 0
C P dT
CpdT A T T 0
T
C P ig { A BT CT 2 DT 2 } R
B 2
T 2 T 02
C 3 D D T T 03 R 3 T T 0
T T 0
CpdT [ AT 0 1
B 2
T 02 2 1
C 3
T 03 3 1
D 1 ]R T 0
D 1 C P dT { AT 0 1 T 1 T 1 } R....(1) 2 3 T 0 7 B
2 0
2
C
3 0
3
CONTOH SOAL (4.2) Hitung panas yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 mol gas metana dari 260 menjadi 600C di dalam suatu proses alir steady yang berlangsung pada tekanan cukup rendah sehingga metana dapat dianggap sebagai gas ideal. PENYELESAIAN Use the data from Table C.1 for methane (no data for D). See p. 635 ig CP R
A
BT
CT2
DT
A = 1.702 B = 9.081 103 C = 2.164 106
D=0 T1 = 260C = 533,15 K T = 600C = 873,15 K
2
T 2
Q H R
ig P
C
R
T2
H
dT
T1
T 1
R
T2
A
BT
CT2 dT
R AT
T1
R A T2
B 2 T2 2
T1
8,314 1,792 873,15 9,081 10 2
CP dT
3
2,164 10 3
T12
C 3 T2 3
C 3 T 3
T2 T1
T13
533,15
873,152 6
B 2 T 2
873,153
533,152
533,153
= 19.778 J/mol
Q = H n = 19.778 J/mol 1 mol = 19.778 J
CONTOH SOAL 4.3 Berapa temperatur akhir jika panas sebanyak 0,4 106 (Btu) ditambahkan pada 25 (lb mol) ammonia yang semula berada pada temperatur 500 ( F) dalam suatu proses alir steady yang berlangsung pada tekanan 1 (atm)? PENYELESAIAN H T1
Q n
0,4 106 25
500
459,67 1,8
A = 3.578 B = 3.02 103 C=0
16.000 Btu lb mol 533,15 K
1
= 37.218 J mol1
T2
Q
H
R T1
ig CP
R
T2
R
A BT T1
R A T2
T1
T2
Q
dT
CP dT T1
D T
H
2
B 2
R AT
dT 2 2
T
B
2 1
T
D
37.218 8.314 3.578 T 2 533.15
0.186 10
2
T
2
1
1
T2
T1
D T
3.02 103 2 5
T2
T1
T
2 2
533.152
1 1 T 533.15 2
Selanjutnya persamaan di atas diubah mjd: 3
1.5110 T 3.578T 2 2 2
0.186 10 T 2
5
6848.259 0
atau f(T2) = 0 Persamaan di atas dpt diselesaikan dengan bbg cara: 1. coba-coba bebas 2. cara iterasi: subtitusi berurut, Newton-Raphson, dll 3. Software: Matlab, matchcad, excel 4. dll T2
*Hasil coba-coba bebas:
f(T2)
1000
-1.741,66
900
-2.384,29
1200
-364,76
1250
-1,50
*Subtitusi berurut: 5 0 , 186 10 3 2 1,5110 T2 T2 6.848,259 3,578 T2
1
*Software: Coba solve excel
Jadi T2 = 1250,2 K
Latihan •
Tentukan jumlah panas yang diperlukan untuk memanaskan 10 mol SO2 dari suhu 200C ke 1100C pada kondisi tekanan atmosferis
30/11/2015
Chemical Engineering Thermodynamics I
14
JAWAB:
T2
Q
H
ig CP R dT T1 R T2
CP dT
Q
H
T1
T 2
D R A BT dT T 2
T 1
R AT
B 2
T
2
D T
T2
T1
1 1 B 2 2 R A T 2 T 1 T 2 T 1 D 2 T 2 T 1
8314 5699 137315 47315
0801 10 2
3
1373
2
47315
2
-(-1.015 x 10^5)[1/1373.15 – 1/473.15]} = 47.007 kJ/mol n = 47.007 kJ/mol 10 mol = 470.007 kJ/mol
LATENT HEATS OF PURE SUBSTANCES •
Heat that is required when a pure substance is liquefied from solid or vaporized from liquid at constant pressure. In this process no change in temperature occurs.
Some approaches to measure Laten Heat:
1. Clapeyron equation:
sat
H T V
dP
dT
where for a pure species at: temperature T , ΔH = latent heat, ΔV = volume change accompanying the phase change , Psat = vapor pressure ..... ( what’s this?)
2. Rough estimates of latent heats of vaporization for pure liquids at their normal boiling points are given by Trouton’s rule: H n 10 RT n
where T n = absolute temperature at the normal boiling point. (Normal: P=1 atm)
•
As comparison ~~** [Ar,8.0; N 2,8.7; O2,9.1; HCl,10.4; C6H6,10.5; H2S,10.6 & H2O,13.1]
3. Equation proposed by Riedel:
H n RT n
1.092ln P c 1.013 0.930 T r n
where Pc = critical pressure, T = reduced r n temperature at T n = Tn/Tc
Estimates of the latent heat of vaporization of pure liquid at any temperature from the known value at a single temperature may be based on a known experiment value or on the value estimated by equation above. 0.38 1 T r 2 4. The method proposed by Watson H 2 has found wide acceptance to predic: H 1 T •
1
Example 4.4
Given that the latent heat of vaporization of water at 100 0C is 2,257 J g-1, estimate the latent heat at 300°C. Tc water=647.1K, Pc=228.6 Bar Solution 4.4 Let ΔH1 = latent heat at 100 0C = 2.257 Jg ΔH2= latent heat at 300 0C Tr1 =373.15/647.1 =0.577 Tr2 =573.15/647.1 = 0.886
Then by Eq. (4.13),
-1
1 T r H 2 H 1 1 T r 2
1
0.38
1 0.886 0.38 H 2 2,257 1,371Jg 1 2 , 257 0 . 270 1 0.577 The value given in the steam tables is 1,406 Jg -1. (see page 666)
0.38
Untuk reaksi:
a A
+ b B
l
L+
m M
Panas reaksi standar didefinisikan sebagai perubahan enthalpy jika a mol A dan b mol B pada temperatur T keadaan standar bereaksi membentuk l mol L dan m mol M Keadaan standar adalah keadaan tertentu dari suatu spesies pada T, P (biasanya 0C atau 25C, 1atm or 1 bar), komposisi, dan kondisi fisik tertentu, seperti gas, cair, atau padat. Gas: zat murni dalam keadaan gas ideal pada 1 bar Cairan/padatan: cairan atau padatan nyata pada 1 bar 1 2
N2
N2
3 2
H2
3H2
NH3
H298
46.110 J
2NH3
H298
92.220 J
Panas pembentukan standar adalah perubahan enthalpy yang menyertai pembentukan 1 mol suatu senyawa dari elemen-elemen penyusunnya pada keadaan standar. CONTOH: CO2(g) :
Hf 298
393.509 J /mol
CO (g) :
C(s) + ½ O2(g)CO (g) Hf 298
110.525 J/mol
H2O(g) :
H2(g) + ½O2(g)H2O(g) Hf 298
241.818 J /mol
H2(g)
:
C(s) + O2(g)
CO2(g)
Hf 298
0J
Panas pembentukan untuk elemen = 0 Panas pembentukan standar dapat digunakan untuk menghitung PANAS REAKSI STANDAR.
Misal untuk menghitung panas reaksi dari water-gas shift reaction pada 25C: CO2(g) + H2(g)
CO(g)
+ H2O(g)
Cara menghitungnya adalah: CO2(g)
C(s)
H298
+ O2(g)
C(s) + ½O2(g)
CO(g)
H2(g) + ½O2(g) CO2(g) + H2(g)
H2O(g)
CO(g)
393.509 J / mol
H298
110.525 J / mol
H298
241.818 J / mol
+ H2O(g) H298
41.166 J / mol
Catt: panas pembentukan standar dpt dilihat di Table C.4 of App. C (page
Example 4.5
Calculate the standard heat at 25˚C for the following reaction : 4HCl(g) + O2(g) → 2H2O(g) + 2Cl2(g)
Solution 4.5
Standard heats of formation at 298.15 K from Table C.4 are : HCl (g) :-92,307 J
30/11/2015
H2O (g) :-241,818J
23
The following combination gives the desired result : 4HCl (g) → 2H2 (g) + 2Cl2 (g) 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g)
ΔH˚298=(4)(92,307) ΔH˚298=(2)(-241,818)
4HCl (g) + O2 (g) → 2H2O (g) + 2Cl 2 (g) ΔH˚298 = -114,408 J
30/11/2015
24
Panas pembakaran standar adalah perubahan enthalpy yang menyertai pembakaran 1 mol suatu senyawa. Pembakaran = reaksi dgn O2 CONTOH: C(s) + O2(g) CO2 (g)
H298
393.509 J mol
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)
H298
802.600 J mol
CH4O(g) + 1½O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)
H298
638.200 J mol
Seperti halnya panas pembentukan standar, panas pembakaran standar juga dapat digunakan untuk menghitung panas reaksi standar.
•
•
Banyak reaksi yang pada prakteknya sulit dilaksanakan secara langsung. Maka biasanya data entalphi pembentukannya ditentukan secara tidak langsung. Contohnya adalah reaksi pembentukan n-butane melalui rute (page 130): 4Cs 5H2 g C4 H10 g Maka entalphy pembentukannya dihitung melalui jalur sintesis pembakaran 4CO g H 4 393.509 4Cs 4O g 2
0 298
2
1 5H 2 g 2 O 2 g 2
4CO2 g 5H 2 Ol
C4 H10 g 6 O 2 g
Cek (table C.4, p. 637): 4Cs 5H g
H 290 8 5 285.830
5H 2Ol
1
2
C H g
H 290 8 2877.396 -125.79
H 0
?
PR •
Soal mulai hal 140 Smith Van Ness (6 ed) Problem 4.3; 4.4; 4.26
30/11/2015
27
SEKIAN UTK HARI INI
30/11/2015
28
