heat effect
DESCRIPTION
Heat Effect of ThermodynamicsTRANSCRIPT
![Page 1: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/1.jpg)
BAB 5
![Page 2: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/2.jpg)
Pendahuluan
Perpindahan panas merupakan unit operasi yang paling banyak dijumpai di industri.
Jenis energi panas yang terlibat dalam proses kimia:
1. Panas sensibel
2. Panas reaksi
3. Panas laten
4. Panas pencampuran/pelarutan
![Page 3: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/3.jpg)
Misal, pembuatan ethylene glycol dengan cara oksidasi terhadap ethylene menjadi ethylene oxide dan selanjutnya dihidrasi menjadi glycol.
![Page 4: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/4.jpg)
• Reaksi oksidasi katalitik paling efektif jika dilakukan pada temperatur sekitar 523,15 K (250°C).
• Reaktan, yaitu ethylene dan udara, dipanaskan terlebih dahulu sebelum dimasukkan ke dalam reaktor.
• Untuk merancang preheater, kita harus mengetahui jumlah panas yang harus ditransfer.
• Panas yang terlibat: panas sensibel.
![Page 5: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/6.jpg)
• Reaksi pembakaran antara ethylene dengan oksigen dalam tumpukan/bed katalis akan menaikkan temperatur.
• Jika temperaturnya melebihi 250C, maka akan terjadi reaksi samping yang tidak diinginkan, yaitu terbentuk-nya CO2.
• Oleh karena itu, panas harus terus diambil dari reaktor agar temperaturnya tidak melebihi 250C .
• Untuk merancang reaktor, kita harus mengetahui laju perpindahan panas, dan hal ini tergantung pada efek panas yang menyertai reaksi kimia.
• Panas yang terlibat: panas reaksi.
![Page 7: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/7.jpg)
• Pada proses tsb dilepaskan panas karena perubahan fase dan proses pelarutan dan juga karena reaksi hidrasi antara ethylene oxide terlarut dengan air.
• Panas yang terlibat: panas pelarutan
• Produk ethylene oxide di-hidrasi menjadi glycol dengan cara diabsorpsi dengan air.
![Page 8: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/8.jpg)
• Akhirnya, glycol dimurnikan dengan cara distilasi, suatu proses penguapan dan kondensasi, yang mengakibatkan terjadinya pemisahan suatu larutan menjadi komponen-komponennya.
• Panas yang terlibat: panas laten penguapan.
![Page 9: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/9.jpg)
Panas sensibel adalah panas yang menyertai perubahan temperatur dari suatu sistem tanpa disertai perubahan fase, reaksi kimia, dan perubahan komposisi.
Jika sistem berupa suatu senyawa homogen dengan komposisi konstan, maka menurut aturan fase keadaan sistem tersebut akan tertentu jika 2 dari sifat-sifat intensifnya sudah tertentu.
U = U(T,V)
dVVU
dTTU
dUTV
dVVU
dTCdUT
V
![Page 10: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/10.jpg)
H2Om = 1000 gP = 1 atmBerapa volumenya?
H2Om = 1000 gP = 1 atmT = 30CBerapa volumenya?
![Page 11: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/11.jpg)
F = 2 - + N
F = derajat kebebasanp = jumlah faseN = jumlah komponen
= 1N = 1F = 2 – 1 + 1 = 2
= 2N = 1F = 2 – 2 + 1 = 1
T = 100C
![Page 12: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/12.jpg)
dVVU
dTCdUT
V
Suku kedua ruas kanan akan = 0 jika
• Proses berlangsung pada volum konstan, apapun senyawanya.
• U tidak tergantung pada V, bagaimanapun prosesnya. Ini benar untuk gas ideal atau fluida incompressible.
dU = CV dT
2
1
T
TV dTCU (1)
Untuk proses reversible yang berlangsung pada volum konstan,
2
1
T
TV dTCUQ
![Page 13: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/13.jpg)
Enthaply juga dapat dinyatakan sebagai fungsi dari T dan P:
H =H(T,P)
dPPH
dTTH
dHTP
dPPH
dTCdHT
P
Suku kedua ruas akan akan = 0 jika
• Proses berlangsung pada tekanan konstan, apapun senyawanya.
• H tidak tergantung pada P, bagaimanapun prosesnya. Ini benar untuk gas ideal.
![Page 14: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/14.jpg)
dH = CP dT
2
1
T
TP dTCH (2)
Untuk sistem tertutup yang mengalami proses reversibel yang berlangsung pada tekanan konstan, dan juga untuk perpindahan panas di dalam alat penukar panas dalam keadaan steady dengan EK dan Ep yang dapat diabaikan, dan WS = 0:
2
1
T
TP dTCHQ (3)
![Page 15: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/15.jpg)
KETERGANTUNGAN CP TERHADAP T
Persamaan (3) dapat diselesaikan jika tersedia hubungan antara CP dan T.
Persamaan empiris yang paling sederhana yang menyata-kan hubungan antara CP dan T adalah (Smith dkk., 2001):
22P DTCTBTARC (4)
Dengan A, B, C dan D adalah konstanta yang nilainya tergantung pada jenis senyawa kimia.
Untuk gas ideal:
22igP DTCTBTA
R
C
![Page 16: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/16.jpg)
Nilai parameter A, B, C, dan D untuk berbagai macam gas dalam keadaan ideal dapat dilihat pada Tabel C.1.
Untuk gas ideal berlaku:
1RC
RC ig
PigV (5)
Sehingga hubungan antara CV dan T mengikuti hubung-an antara CP dan T
![Page 17: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/17.jpg)
CONTOH SOAL
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
22igP DTCTBTA
R
C
A = 1,702
B = 9,081 103
C = 2,164 106
D = 0
T1 = 260C = 533,15 K
T2 = 600C = 873,15 K
![Page 18: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/18.jpg)
2
1
T
T
igP dT
RC
RH
2
1
T
T
2 dTCTBTAR2
1
T
T
32 T3C
T2B
ATR
3
132
21
2212 TT
3C
TT2B
TTAR
223
15,53315,8732
10081,9
15,53315,873792,1314,8
336
15,53315,8733
10164,2= 19.778 J/mol
2
1
T
TP dTCH
Q = H n = 19.778 J/mol 1 mol = 19.778 J
![Page 19: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/19.jpg)
CONTOH SOAL
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
16
mollbBtu000.1625
104,0nQ
H
= 37.218 J mol1
K15,5338,1
67,459500T1
A = 3,578
B = 3,02 103
C = 0
D = 0,186 105
![Page 20: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/20.jpg)
2
1
T
T
igP dT
RC
RH
2
1
T
T2 dT
TD
BTAR2
1
T
T
2
TD
T2B
ATR
12
21
2212 T
1T1
DTT2B
TTAR
222
3
15,533T2
1002,3
15,533T578,3314,8218.37 2
15,5331
T1
10186,02
5
2
1
T
TP dTCH
![Page 21: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/21.jpg)
0259,848.6T
10186,0T578,3T1051,1
2
5
222
3
Selanjutnya persamaan di atas diubah menjadi:
atau f(T2) = 0
Persamaan di atas diselesaikan dengan cara iterasi
T2 f(T2)
1000 -1.741,66
900 -2.384,29
1200 -364,76
1250 -1,50
1250.2 -0.04
Jadi T2 = 1250,2 K
259,848.610186,0
578,31051,12
5
22
23
2
TTTTf
![Page 22: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/22.jpg)
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 pada keadaan standarnya pada temperatur T yang sama.
Keadaan standar adalah keadaan tertentu dari suatu spesies pada temperatur T dan pada tekanan, komposisi, a dan kondisi fisik tertentu, seperti gas, cair, atau padat.
Gas: zat murni dalam keadaan gas ideal pada 1 barCairan/padatan: cairan atau padatan nyata pada 1 bar
322 NHH23
N21
J110.46H298
322 NH2H3N J220.92H298
![Page 23: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/23.jpg)
Panas pembentukan standar adalah perubahan enthalpy yang menyertai pembentukan 1 mol suatu senyawa dari elemen-elemen penyusunnya pada keadaan standar.
CONTOH:
CO2(g) : C(s) + O2(g) CO2(g) J509.393H298f
CO (g) : C(s) + ½ O2(g) CO (g) J525.110H298f
H2O(g) : H2(s) + ½O2(g) H2O(g) J818.241H298f
Panas pembentukan standar dapat digunakan untuk menghitung panas reaksi standar.
Panas pembentukan untuk elemen = 0
H2(g) : J0H298f
/mol
/mol
/mol
![Page 24: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/24.jpg)
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) + O2(g) mol/J509.393H298
C(s) + ½O2(g) CO(g) mol/J525.110H298
H2(g) + ½O2(g) H2O(g) mol/J818.241H298
CO2(g) + H2(g) CO(g) + H2O(g) mol/J166.41H298
![Page 25: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/25.jpg)
Panas pembakaran standar adalah perubahan enthalpy yang menyertai pembakaran 1 mol suatu senyawa.
CONTOH:
C(s) + O2(g) CO2 (g) molJ509.393H298
CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ600.802H298
CH4O(g) + 1½O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) molJ200.638H298
Seperti halnya panas pembentukan standar, panas pembakaran standar juga dapat digunakan untuk menghitung panas reaksi standar.
![Page 26: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/26.jpg)
HReaksi secara umum:
...AA...AA 44332211
i adalah koefisien stoikiometri reaksi
Konvensi tanda untuk i:
• Positif (+) untuk produk • Negatif (-) untuk reaktan
CONTOH:
N2 + 3H2 2NH3
231322 NHHN
i
ii HH (5)
![Page 27: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/27.jpg)
adalah enthalpy spesies i pada keadaan standar, yaitu sama dengan panas pembentukan standar ditambah dengan enthalpy pada keadaan standar dari semua elemen-elemen penyusunnya.
iH
Jika sebagai dasar perhitungan diambil enthalpy pada keadaan standar elemen penyusun = 0, maka:
ifi HH (6)
i
fi iHH (7)
Jika pers. (6) ini disubstitusikan ke pers. (5):
![Page 28: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/28.jpg)
H2O(g) : H2(s) + ½O2(g) H2O(g)
reaktanproduk HHHif
= 0 produkHH
if
iHHif
![Page 29: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/29.jpg)
Untuk reaksi standar, produk dan reaktan selalu berada pada keadaan standar, yaitu tekanan 1 bar, sehingga enthalpy keadaan standar hanya merupakan fungsi dari temperatur:
dTCdHiPi
Jika dikalikan dengan i :
dTCdHiPiii
Penjumlahan untuk semua produk dan reaktan:
i
Pii
ii dTCdHi
(8)
![Page 30: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/30.jpg)
dTCdHiPiii
Untuk masing-masing senyawa:
dTCdH P 1111
dTCdH P
2222
dTCdHnPnnn
(+)
i
Pii
ii dTCdHi
![Page 31: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/31.jpg)
i
Pii
ii dTCHdi
Kalau persamaan di atas digabung dengan pers. (8) :
(9)
Karena i konstan maka
i
iii
iii
ii HdHddH
(8)
maka:
i
Pii
ii dTCdHi
![Page 32: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/32.jpg)
i
ii HdHd
i
PiP iCC
dTCHdi
Pi i
dTCHd P
Pers. (5) dideferensialkan:
Kalau persamaan terakhir digabung dengan pers. (9) maka:
Jika didefinisikan:(10)
Persamaan (5): i
ii HH
![Page 33: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/33.jpg)
i
PiP iCC
i
2i
2iiii TDTCTBA
(9)
i
2ii
i
2ii
iii
iii TDTCTBA
22 TDTCTBA
i
Pi
P
R
C
RC
i
![Page 34: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/34.jpg)
i
ii AA
i
ii BB
i
ii CC
i
ii DD
![Page 35: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/35.jpg)
Jika pers. (10) diintegralkan:
(11)
dTCHd P
T
T
0P
H
H
0
0
0T
00T
dTCHd
T
T
0P0
T0T
0
0dT
RC
RHH
T
T
0P0
T0T
0
0dT
RC
RHH
T
298
0P0
2980T dT
RC
RHH
(T0 = temperatur referensi)
![Page 36: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/36.jpg)
T
T
22T
T
P
00
dTTDTCTBAdTR
C
T
T
32
0TD
T3C
T2B
TA
0
30
320
20 T
1T1
DTT3C
TT2B
TTA
![Page 37: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/37.jpg)
PENJELASAN LAIN DENGAN KONSEP NERACA ENERGI
Misal untuk reaksi: CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
Reaktan, T KCO 1 molH2 2 mol
Produk, T KCH3OH 1 mol
Reaktan, 298 KCO 1 molH2 2 mol
Produk, 298 KCH3OH 1 mol
CO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
H0Reaktan H0
Produk
H0298
H0T
Perubahan enthalpy dari reaktan menjadi produk:
00298
00PRT HHHH
![Page 38: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/38.jpg)
H0Reaktan adalah panas sensibel reaktan (perubahan enthalpy yang
menyertai perubahan temperatur dari T K ke 298,15 K
0reaktan
0
reaktan
reaktan
i
T
T
PT
T
PiR dT
R
CnRdT
R
CRnH i
H0Produk adalah panas sensibel reaktan (perubahan enthalpy yang
menyertai perubahan temperatur dari 298,15 K ke T K
T
T
PT
T
PiP dT
R
CnRdT
R
CRnH i
0
produk
0produk
produk
i
![Page 39: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/39.jpg)
00298
00PRT HHHH
T
T
PT
T
P dTR
CnRHdT
R
CnR
0
produk0
reaktan
produk
produk0298
reaktan
reaktan
T
T
PT
T
P dTR
CnRdT
R
CnRH
0
produk0
reaktan
produk
produk
reaktan
reaktan0298
T
T
PT
T
P dTR
CnRdT
R
CnRH
0
produk
0
reaktan
produk
produk
reaktan
reaktan0298
T
T
PP
T dTR
Cn
R
CnRHH
0
reaktanproduk
reaktan
reaktan
produk
produk0298
0
![Page 40: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/40.jpg)
T
T
PP
T dTR
Cn
R
CnRHH
0
reaktanproduk
reaktan
reaktan
produk
produk0298
0
T
T
PP
T dTR
C
R
CRHH
0
reaktanproduk
reaktan
reaktan
produk
produk0298
0
T
T
PP
T dTR
C
R
CRHH
0
reaktanproduk
reaktan
reaktan
produk
produk0298
0
T o
PT dT
RC
RHH298
0298
0
iPiP i
CC
T
T
PT dT
R
CRHH
0
i
i
i0298
0
![Page 41: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/41.jpg)
CONTOH SOAL
Hitung panas reaksi standar untuk sintesis metanol pada 800CCO(g) + 2H2(g) CH3OH(g)
PENYELESAIAN
Tref = T0 = 298,15 KT = 1073,15 K
OHCHmolJHHT 3298 135.90525.110660.2000
i i Hf298
(J/mol)
A 103 B 106 C 10-5 D
CH3OH 1 – 200.660 2,211 12,216 – 3,450 0,000
CO – 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031
H2 – 2 0 3,249 0,422 0,000 0,083
T
298
P298T dT
RC
RHH
![Page 42: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/42.jpg)
A = iAi = (1) (2,211) + (– 1) (3,376) + (– 2) (3,249) = – 7,663
Dengan cara yang sama: B = 10,815 10–3
C = – 3,450 10–6
D = – 0,135 105
T
T
22T
T
P
00
dTTDTCTBAdTR
C
T
T
32
0TD
T3C
T2B
TA
0
30
320
20 T
1T1
DTT3C
TT2B
TTA
= – 1.615,5 K
T
T
P0
0T
0
dTRC
RHH
= – 90.135 + 8,314 (– 1.615,5) = – 103.566 J/mol
1073
298
P298
01073 dT
RC
RHH
![Page 43: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/43.jpg)
CONTOH
Berapa temperatur maksimum yang dapat dicapai oleh reaksi pem-bakaran gas metana dengan udara yang berlebihan 20%? Udara dan metana masuk ke burner pada temperatur 25C.
PENYELESAIAN
Asumsi:• Reaksi berlangsung sempurna• Reaksi berlangsung secara adiabatis (Q = 0)• EK dan EP diabaikan• WS = 0
Sehingga H = 0
Scc
WQzgg
gu
H
2
2
![Page 44: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/44.jpg)
Basis: 1 mol CH4 yang dibakar
Mol O2 yang dibutuhkan = 2,0
Mol O2 kelebihan = (0,2) (2,0) = 0,4
Mol O2 total yang masuk = 2,4
Mol N2 yang masuk = (2,4) (79/21) = 9,03
Reaksi: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
CH4 O2 CO2 H2O N2
Masuk 1,00 2,40 0,00 0,00 9,03
Reaksi - 1,00 - 2,00 1,00 2,00 0,00
Keluar/Sisa 0,00 0,40 1,00 2,00 9,03
Neraca massa
![Page 45: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/45.jpg)
Reaktan pada 1 bardan 25C: CH4 1,00 mol O2 2,40 mol N2 9,03 mol
Produk pada 1 bardan T K: CO2 1,00 mol H2O 2,00 mol O2 0,40 mol N2 9,03 molH
= 0
PH
298H
Produk pada 1 bardan 298 K: CO2 1,00 mol H2O 2,00 mol O2 0,40 mol N2 9,03 mol
NERACA ENERGI
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
![Page 46: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/46.jpg)
Neraca energi:
0298 HHH P (a)
:298H Enthalpy reaksi pada 298,15 K
: PH panas sensibel untuk menaikkan temperatur produk dari 298,15 K menjadi T K
dengan
![Page 47: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/47.jpg)
i i Hf298
CO2 1 -393509
H2O 2 -241818
O2 – 2 0
CH4 – 1 -74520
Reaksi: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
= – 393.509 + (2) (– 241.818) – (– 74.520) = – 802.625 J/mol CH4 298H
CH4 yang bereaksi 1 mol, maka panas reaksi total adalah:
Menghitung Enthalpy reaksi pada 298,15 K
J625.802CHmol1CHmolJ625.802 44298 H
![Page 48: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/48.jpg)
T
T i
Pi
i
T
T
PiP
0
i
0
i dTR
CnRdT
R
CRnH
T
T
2
iii
2
iii
iii
iii
0
dTTDnTCnTBnAnR
T
T
iii
3iii
2iii
iii
0
T1
DnT3
CnT
2
BnTAnR
0iii
30
3iii
20
2iii
0i
ii T1
T1
DnTT3
CnTT
2
BnTTAnR
Menghitung panas sensibel produk reaksi
![Page 49: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/49.jpg)
i ni A 103 B 106 C 10-5 D
CO21,00 -393.509 5,457 1,045 0
H2O 2,00 -241.818 3,470 1,450 0
O20,40 0 3,639 0,506 0
CH40,00 -74.520 1,702 9,081 -2,164
N29,03 0 3,280 0,593 0
![Page 50: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/50.jpg)
i
ii An (1) (5,457) + (2) (3,470) + (0,4) (3,639) + (9,03) (3,280)
Dengan cara yang sama akan diperoleh:
3
iii 10502,9Bn
= 43,471
0Cni
ii
5
iii 10645,0Dn
223P 15,298T10751,415,298T471,43314,8H
15,2981
T1
10645,0 5
Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP:
![Page 51: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/51.jpg)
Persamaan neraca energi
223 15,298T10751,415,298T471,43314,8625.802
015,298
1T1
10645,0 5
0298 HHH P (a)
menjadi:
0Tf
Persamaan ini diselesaikan secara numerik
![Page 52: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/52.jpg)
223 15,298T10751,415,298T471,43314,8625.802
0Tf15,298
1T1
10645,0 5
T f(T)
1000 -514.238,000
2000 -34.588,400
2066 -143,422
2066.274 0,033
T = 2066,3 K
![Page 53: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/53.jpg)
CONTOH SOAL 4.8
![Page 54: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/54.jpg)
PENYELESAIAN
Basis: 1 mol CH4
2 mol H2O
Reaksi utama:
CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g) (1)
Reaksi samping:
CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (2)
![Page 55: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/55.jpg)
i i Hf298 A 103 B 106 C 10-5 D
CH4 – 1 – 74.520 1,702 9,081 – 2,164 0,000
H2O – 1 – 241.818 3,470 1,450 0,000 0,121
CO 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031
H2 3 0 3,249 0,422 0,000 0,083
Reaksi (1): CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)
![Page 56: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/56.jpg)
i i Hf298 A 103 B 106 C 10-5 D
CO2 1 – 393.509 5,547 1,045 0,000 – 1,157
H2 1 0 3,249 0,422 0,000 0,083
H2O – 1 – 241.818 3,470 1,450 0,000 0,121
CO – 1 – 110.525 3,376 0,557 0,000 – 0,031
Reaksi (2): CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g)
![Page 57: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/57.jpg)
CH4 H2O CO H2 CO2
Awal 1 2 0 0 0
Reaksi (1)
– 1 – 1 1 3 0
Reaksi (2)
0 – x – x x x
Sisa 0 1 – x 1 – x 3 + x x
Total = (1 – x) + (1 – x) + (3 + 3) + x = 5
Fraksi mol CO = 174,05
x1
x = 0,13
CH4 habis bereaksi
Misal CO yang bereaksi menurut reaksi (2) adalah x, maka:
![Page 58: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/58.jpg)
CH4 H2O CO H2 CO2
Awal 1 2 0 0 0
Reaksi (1)
– 1 – 1 1 3 0
Reaksi (2)
0 – 0,13 – 0,13 0,13 0,13
Sisa 0 0,87 0,87 3,13 0,13
![Page 59: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/59.jpg)
P298R HHHH
298 K
![Page 60: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/60.jpg)
J863.426molJ863.426mol11H0298
J6,351.5molJ166.41mol13,02H0298
Panas reaksi pada 298 K
![Page 61: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/61.jpg)
Panas sensibel reaktan (600 K 298 K)
0i
0i
T
T i
Pi
i
T
T
PiR dT
RCn
RdTRC
RnH
22
0i
ii
0i
ii TT2
BnTTAnR
T1
T1
DnTT3
Cn
0iii
330
iii
![Page 62: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/62.jpg)
i ni A 103 B 106 C 10-5 D
CH4 1 1,702 9,081 – 2,164 0,000
H2O 2 3,470 1,450 0,000 0,121
n A (atau B atau C atau D)
8,642 11,981 – 2,164 0,242
642,8Ani
ii
3
iii 10981,11Bn
6
iii 10164,2Cn
5
iii 10242,0Dn
![Page 63: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/63.jpg)
600298642,8314,8HR
223 60029810981,11
Jika dimasukkan ke persamaan untuk HR:
= ………… J
336 60029810164,2
6001
2981
10242,0 5
![Page 64: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/64.jpg)
Panas sensibel produk (298K 1300K)
T
T i
Pi
i
T
T
PiP
0
i
0
i dTRCn
RdTRC
RnH
2
02i
ii
0i
ii TT2
BnTTAnR
0iii
30
3iii
T1
T1
DnTT3
Cn
![Page 65: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/65.jpg)
i ni A 103 B 106 C 10-5 D
CO2 0,13 5,547 1,045 0,000 – 1,157
H2O 0,87 3,470 1,450 0,000 0,121
CO 0,87 3,376 0,557 0,000 – 0,031
H2 3,13 3,249 0,422 0,000 0,083
847,16Ani
ii
3
iii 10203,3Bn
0Cni
ii
5
iii 10188,0Dn
![Page 66: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/66.jpg)
2981300847,16314,8HP
223 298130010203,3
Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP:
= ………… J
2981
13001
10188,0 5
P298R HHHH
![Page 67: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/67.jpg)
CONTOH SOAL
Sebuah boiler menggunakan bahan bakar minyak kualitas tinggi (hanya berisi hidrokarbon) yang memiliki panas pembakaran standar – 43.515 J g-1 pada 25C dengan CO2(g) dan H2O(l) sebagai produk. Temperatur bahan bakar dan minyak masuk ke ruang pembakaran pada 25C. Udara dianggap kering. Gas hasil pembakaran keluar dari boiler pada 300C, dan analisis rata-ratanya adalah (basis kering) 11,2% CO2, 0,4% CO, 6,2% O2 dan 82,2% N2. Berapa bagian dari panas pembakaran yang ditransfer sebagai panas ke boiler?
PENYELESAIAN
Basis: 100 mol gas hasil pembakaran kering:
CO2 11,2 molCO 0,4 molO2 6,2 molN2 82,2 mol------------------------Total 100,0 mol
![Page 68: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/68.jpg)
NERACA O
Masuk sebagai O2 (dalam udara) =7921
2,82 = 21,85 mol
Masuk:
Keluar:
Dalam CO2 = 2 11,20 = 22,40 molDalam CO = 0,40 molDalam O2 sisa = 2 6,20 = 12,40 mol--------------------------------------------------------Total O selain H2O = 35,20 mol
Jadi O yang bereaksi membentuk H2O = 43,7 – 35,2 = 8,5 mol
H2O yang terbentuk = 8,50 mol
Total O yang bereaksi = 22,4 + 0,4 + 8,5 = 31,3 mol
Masuk sebagai O (dalam udara) = 2 21,85 mol = 43,7 mol
Kesimpulan:
Total O2 yang bereaksi = ½ 31,3 = 15,65 mol
![Page 69: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/69.jpg)
CnHm + (n + ¼ m) O2 n CO2 + ½ m H2O
![Page 70: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/70.jpg)
NERACA C
Keluar:
Sebagai CO2 = 11,20 molSebagai CO = 0,40 mol---------------------------------------Total = 11,60 mol
Masuk:
Mol C masuk = mol C keluar = 11,60 mol
NERACA H
Keluar:
Sebagai H2O = 2 8,50 = 17,0 mol
Masuk:
Mol H masuk = mol H keluar = 17,0 mol
KESIMPULAN
Rumus molekul bahan bakar = C11,6H17
![Page 71: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/71.jpg)
C dan H semuanya berasal dari bahan bakar, sehingga total berat bahan bakar yang masuk adalah
= (11,60) (12) + (17,0) (1) = 156,2 g
Jika semua bahan bakar terbakar sempurna membentuk CO2(g) dan H2O(l) pada 25C, maka panas pembakarannya adalah:
J040.797.6g2,156gJ515.43H298
Reaksi pembakaran jika bahan bakar terbakar sempurna membentuk CO2(g) dan H2O(l) adalah:
C11,6H17(l) + 15,85 O2(g) 11,6 CO2(g) + 8,5 H2O(l)
H298 = – 43.515 J/g
![Page 72: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/72.jpg)
Analisis hasil pembakaran menunjukkan bahwa pembakaran berlangsung tidak sempurna (karena terbentuknya CO) dan H2O berupa gas bukan cairan.
Reaksi yang terjadi:
C11,6H17(l) + 15,65 O2(g) 11,2 CO2(g) + 0,4 CO(g) + 8,5 H2O(g)
Panas reaksi untuk reaksi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan berbagai panas reaksi yang telah diketahui datanya.
![Page 73: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/73.jpg)
Reaksi di atas merupakan penjumlahan dari reaksi2 sbb.:
C11,6H17(l) + 15,85 O2(g) 11,6 CO2(g) + 8,5 H2O(l)
8,5 H2O(l) 8,5 H2O(g)
0,4 CO2(g) 0,4 CO(g) + 0,2 O2(g)
Panas reaksi standar total pada 25C:
J740.309.64,0984.2825,8012.44040.797.6H298
C11,6H17(l) + 15,65 O2(g) 11,2 CO2(g) + 0,4 CO(g) + 8,5 H2O(g)
Ha
Hb
Hc
(a)
(b)
(c)
![Page 74: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/74.jpg)
Ha = - 6.797.040 J
liquid2gas2 OH
0298,fOH
0298,f
0b HHmol5,8H
Panas laten penguapan = Hvap
![Page 75: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/75.jpg)
Reaktan pada 1 bardan 25C: fuel 152,2 g O2 21,85 mol N2 82,20 mol
Produk pada 1 bardan 300C: CO2 11,2 mol CO 0,4 mol H2O 8,5 mol O2 6,2 mol N2 82,2 mol
H
PH
298HProduk pada 1 bardan 298K: CO2 11,2 mol CO 0,4 mol H2O 8,5 mol O2 6,2 mol N2 82,2 mol
![Page 76: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/76.jpg)
T
T i
Pi
i
T
T
PiP
0
i
0
i dTR
CnRdT
R
CRnH
0iii
30
3iii
20
2iii
0i
ii T1
T1
DnTT3
CnTT
2
BnTTAnR
142,384Ani
ii 3
iii 10134,76Bn
0Cni
ii 5
iii 100617,10Dn
15,29815,573142,384314,8HP
15,2981
T1
10645,015,29815,57310134,76 5223
Jika dimasukkan ke persamaan untuk HP:
= 940.660 J
![Page 77: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/77.jpg)
P298 HHH
= – 6.309.740 + 940.660 = – 5.369.080 J
Proses pembakaran ini merupakan proses alir tunak dengan:• WS = 0• EK = 0• EP = 0
Maka: H = Q
Q = – 5.369.080 J merupakan panas yang ditransfer ke boiler
Jadi fraksi panas pembakaran yang ditransfer ke boiler adalah:
%0,79%100040.797.6080.369.5
![Page 78: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/78.jpg)
4.32
![Page 79: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/79.jpg)
Reaksi (2):CO + H2O CO2 + H2
2,75 2,75 2,75 2,75
Reaksi (1): CH4 + H2O CO + 3H2 20 20 (17,25 + 2,75) 60
Reaktan:CH4 = 20 molH2O = 22,75 mol
![Page 80: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/80.jpg)
4.29Methane gas is burned completely with 30% excess air at approximately atmospheric pressure. Both the methane and the dry air enter the furnace at 303.15 K (30°C), and the flue gases leave the furnace at 1773.15 K (1500°C). The flue gases then pass through a heat exchanger from which they emerge at 323.15 K (50°C).Per mole of methane, how much heat is lost from the furnace, and how much heat is transferred in the heat exchanger?
![Page 81: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/81.jpg)
Reaktan(T K)
Produk(T K)
Reaktan(298 K)
Produk(298 K)
HT
HR HP
H298
H merupakan state function tidak tergantung pada jalannya proses
P298RT HHHH
![Page 82: heat Effect](https://reader038.vdocuments.mx/reader038/viewer/2022102501/5695cfb11a28ab9b028f2049/html5/thumbnails/82.jpg)
P298RT HHHH
Panas sensibel Panas sensibel
Panas reaksi 298 K
Ri
T
298Pi
Ri
298
TPi
Ri
298
TPiR dTCndTCndTCnH
iii
Pi
T
298Pi
Pi
T
298PiP dTCndTCnH
ii
Ri
T
298Pi
Pi
T
298Pi298T dTCndTCnHH
ii
T
298
P298T dT
R
CRHH