Vapor liquid equilibrium: binary mixture

Sepertinya udah tak terhitung lg usaha saya utk mencoba memahami kurva vapour liquid equilibrium selama 10 thn terakhir ini. Setiap kali mengerti, gak sampe setahun kemudian, eeh.. lupa lg gmn cara memahaminya. Tapi kali ini ada baiknya dituliskan aja, krn ini akan berkaitan erat dgn pekerjaan. Pemahaman yg kuat ttg kurva vapour liquid equilibrium ini mjd dasar utk mendesain urutan distillation column utk multicomponent mixture.

Biasanya, kurva kesetimbangan fasa uap cair (vapor liquid equilibrium curve) utk campuran dua komponen (binary mixture), A dan B, ditampilkan sbb:

Komponen A lbh mudah menguap (more volatile and hence, has higher vapour pressure) drpd komponen B. Dan biasanya, kurva2 spt ini ditampilkan dgn menggunakan komponen yg lbh mudah menguap sbg dasarnya. Konsentrasi kedua komponen ini dibuat bervariasi, misalnya komponen A tidak ada alias cm ada komponen B (A = 0), kemudian A = 0.1, …, sampe A = 1 alias tidak ada B di dlm campuran itu. Kemudian dipanaskan dan uap campurannya dikondensasikan dan diukur brp kandungan A dan B di dlmnya. Akhirnya, terciptalah kurva kesetimbangan krg lbh spt di atas, yg melengkung di atas garis lurus x = y.

Sumbu x menunjukkan variasi konsentrasi A dan B di dlm campuran fasa liquid. Klo A = 0, maka B = 1. A = 0.5, maka B jg = 0.5. Nah, utk setiap konsentrasi A dan B ini di fasa liquid, kita bisa melihat kurva kesetimbangannya yg menunjukkan besarnya konsentrasi A dan B di fasa vapour. Sumbu y adalah representasi dr variasi konsentrasi A dan B di fasa vapour. Jika A = 0.2, maka B = 0.8, dst.

Nah, pertanyaan pertama, kenapa kurvanya bisa spt itu atau klo menemukan kurva spt itu drmn kita tau klo komponen A lbh mudah menguap dr komponen B?

Jika komponen A lbh mudah menguap dr komponen B, maka utk setiap variasi konsentrasi A dan B di fasa liquid, konsentrasi komponen A fasa vapornya akan selalu lbh besar drpd konsentrasi A di fasa liquid. Krn A lbh mudah menguap. Ambil contoh misalnya xA = 0.1, maka yA hrs lbh besar dr 0.1 (yA > 0.1). Dgn begitu, maka kurva kesetimbangan ini akan selalu berada di atas dr garis y = x. Tepat spt gbr di atas.

Pertanyaan kedua, lantas bagaimana klo kita gambar kurvanya tidak berdasarkan komponen yg lbh mudah menguap, ttp yg lbh sulit menguap?

Jawabannya pun gampang. Kurvanya tinggal dibalik. Berada di bawah garis y = x. Krn utk setiap variasi konsentrasi A dan B di dlm fasa cairnya, konsentrasi komponen B di fasa vapour selalu lbh rendah drpd konsentrasinya di fasa liquid. Jika xB = 0.4, maka yB < 0.4. Spt gbr di bawah:

Sekarang kita lihat kurva kesetimbangan utk campuran azeotrop (azeotrope mixture). Kata kunci plg pentingnya adalah: di titik azeotrop, konsentrasi suatu komponen di fasa liquid = konsentrasinya di fasa vapour. Atau xA = yA ~ 0.7, spt gbr di bawah yg memiliki satu titik azeotrop ketika xA = 0.7.

 Di gbr ini kita bisa lihat klo dr konsentrasi xA = 0 s/d xA = 0.7, komponen A lbh mudah menguap drpd campuran azeotropnya (xA = 0.7, xB = 0.3).

Setelah titik ini, komponen A akan mjd lbh sulit menguap drpd campuran azeotropnya. Terlihat klo kurva A berada di bawah garis y = x utk xA = 0.7 s/d xA = 1.

Kurva utk campuran azeotrop spt di atas sering jg dinamakan minimum boiling point azeotrop. Kenapa?

Jawabannya sgt sederhana, krn sudah saya jelaskan di dua kalimat sblmnya😀

Komponen B memiliki titik didih lbh tinggi. Krn dia lbh sulit menguap, dan akibatnya tekanan uapnya (vapor pressure) akan naik lbh lambat. Sehingga perlu temperature yg lbh tinggi utk membuatnya menghasilkan vapour pressure yg diperlukan. Jd, titik xA = 0 dan xB = 1 memiliki temperature yg tinggi.

Sementara itu krn A lbh mudah menguap drpd B, maka titik didih A lbh rendah drpd titik didih B. Maka temperature di titik xA = 1 dan xB = 0 lbh rendah.

Sedangkan di titik azeotrop, xA = 0.7 dan xB = 0.3, kita lihat di kurva klo campuran ini lbh mudah menguap drpd komponen B (dr xA = 0 s/d xA = 0.7) dan jg lbh mudah menguap drpd komponen A (dr xA = 0.7 s/d xA = 1). Oleh karena itu, campuran ini mestilah memiliki titik didih terendah. Sehingga azeotrop ini disebut jg minimum boiling point. Kurva di atas bisa diubah menjadi kurva di bawah, utk lebih jelasnya.

MinBoilAz

Lantas, yg namanya maximum boiling point itu gmn kurvanya? Ya tinggal dibalik aja kurva yg di atas, spt gbr di bawah. Di daerah xB = 0 s/d xB = 0.7, campuran azeotrop memiliki titik didih lbh besar drpd komponen A (xB = 0 dan xA = 1). Dr xB = 0.7 s/d xB = 1, komponen B lbh mudah menguap drpd campuran azeotropnya. Sehingga, campuran azeotrop ini memiliki titik didih tertinggi.

MaxBoilAz

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: