Termodinamika "Gas Ideal"

ini adalah materi dari termodinamika. Apabila ada kekurangan harap dimaklum.

Pengertian Gas Ideal

Pengertian Gas Ideal. Suatu gas hipotetis yang memiliki molekul yang dipantulkan satu sama lain (dalam batas-batas wadah mereka) dengan elastisitas yang sempurna dan memiliki ukuran yang diabaikan, dan di mana gaya antarmolekul yang bekerja antara molekul tidak bersentuhan satu sama lain juga diabaikan. Gas tersebut akan mematuhi hukum gas (seperti hukum Charles dan hukum Boyle) tepat pada semua suhu dan tekanan. Gas yang paling aktual yang bertindak kurang lebih sebagai gas ideal, kecuali pada suhu yang sangat rendah (ketika energi potensial gaya antarmolekul mereka relatif tinggi terhadap energi kinetik dari molekul dan menjadi signifikan), dan di bawah tekanan yang sangat tinggi (ketika molekul yang dikemas begitu berdekatan bahwa kekuatan antarmolekul jarak dekat menjadi signifikan).

Gas ideal didefinisikan sebagai salah satu di mana semua tumbukan antara atom atau molekul bersifat elastis sempurna dan di mana tidak ada kekuatan menarik antarmolekul. Sesuatu dapat memvisualisasikannya sebagai kumpulan bola sempurna keras yang bertabrakan tetapi dinyatakan tidak berinteraksi satu sama lain. Dalam gas seperti itu, semua energi internal dalam bentuk energi kinetik dan perubahan energi internal disertai dengan perubahan suhu.

Gas ideal dapat dicirikan oleh tiga variabel keadaan: tekanan mutlak (P), volume (V), dan suhu mutlak (T). Hubungan antara mereka dapat disimpulkan dari teori kinetik dan disebut

PV = nRT = NkT

n = banyaknya mol
R = Universal gas konstan = 8,3145 J / mol K
N = jumlah molekul
k = konstanta Boltzmann = 1,38066 x 10-23 J / K = 8,617385 x 10-5 eV / K
k = R / NA
NA = Avogadro nomor = 6.0221 x 1023 / mol

Hukum gas ideal dapat dipandang ketika yang muncul dari tekanan kinetik molekul gas bertabrakan dengan dinding wadah sesuai dengan hukum Newton. Tapi ada juga unsur statistik dalam penentuan energi kinetik rata-rata molekul-molekul. Suhu diambil harus proporsional dengan energi kinetik rata-rata ini, ini akan memanggil gagasan tentang temperatur kinetik. Satu mol gas ideal pada STP menempati 22,4 liter.

            Gas dianggap terdiri atas molekul-molekul gas yang disebut partikel. Teori ini tidak mengutamakan kelakuan sebuah partikel tetapi meninjau sifat zat secara keseluruhan sebagai hasil rata-rata kelakuan partikel tersebut. Untuk menyederhanakan permasalahan teori kinetik gas diambil pengertian tentang gas ideal, dalam hal ini gas dianggap sebagai gas ideal.

Sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.

1.      Terdiri atas partikel yang banyak sekali dan bergerak sembarang.

2.      Setiap partikel mempunyai masa yang sama.

3.      Tidak ada gaya tarik menarik antara partikel satu dengan partikel lain.

4.      Jarak antara partikel jauh lebih besar disbanding ukuran sebuah partikel.

5.      Jika partikel menumbuk dinding atau partikel lain, tumbukan dianggap lenting sempurna.

6.      Hukum Newton tentang gerak berlaku.

7.      Gas selalu memenuhi hukum Boyle-Gay Lussac

Pada keadaan standart 1 mol gas menempati volume sebesar 22.400 cm³ sedangkan jumlah atom dalam 1 mol sama dengan : 6,02 x 10²³ yang disebut bilangan avogadro (N_o) Jadi pada keadaan standart jumlah atom dalam tiap-tiap cm³ adalah :

 Banyaknya mol untuk suatu gas tertentu adalah : hasil bagi antara jumlah atom dalam gas itu dengan bilangan Avogadro.

N         = jumlah mol gas

N         = jumlah atom

N_A       = bilangan avogadro   6,02 x 10²³.

Seorang Inggris, Robert Boyle (1627-1691) mendapatkan bahwa jika tekanan gas diubah tanpa mengubah suhu volume yang ditempatinya juga berubah, sedemikian sehingga perkalian antara tekanan dan volume tetap konstan.

Hukum Boyle dirumuskan :

p V      = konstan (asal suhu tidak berubah)

                                    p₁V₂     = p₂V₂

Jika ada n mol gas, persamaan untuk gas ideal menjadi p V = nRT dimana R adalah konstanta umum gas, berlaku sama untuk semua gas, nilainya R = 8,3144 joule/mol.K = 8,3144.10³ Joule/Mol.K atau R = 0,0821 atm liter/mol.K (satuan sehari-hari).

Persamaan diatas menghubungkan tekanan, volume, dam suhu, yang menggambarkan keadaan gas, maka disebut persamaan keadaaan gas atau hukum Boyle-Gay Lussac. Perubahan variable keadaan disebut proses. Proses isotermis adalah proses yang suhu (T) selalu tetap, maka p V = konstan. Proses isobarik adalah  proses yang tekanannya selalu konstan, V/T = konstan. Proses isokhorik/isovolume proses yang volumenya selalu tetap p/T = konstan.

Jika N adalah jumlah molekulgas dan N_A adalah bilangan Avogadro = 6,022.10²³ , maka jumlah mol gas :

                 n =

sehingga          p V =  . R. T

p V =   . R. T

p V = N.   . T

Karena             k =    = 1,3807.10^-23    disebut konstanta Boltzman (mengabadikan Ludwig Boltzman (1844-1906) dari Austria) maka, persamaan gas Ideal menjadi :        p V = N.k.T

Jumlah mol suatu gas adalah  massa gas itu (m)  dibagi dengan massa molekulnya. ( M = M_r )

Jadi :

   atau  

Dan karena massa jenis gas ( ) maka kita dapatkan persamaan dalam bentuk sebagai berikut :

   atau      atau  

Jelas terlihat bahwa rapat gas atau massa jenis gas tergantung dari tekanan, suhu dan massa molekulnya.

Persamaan gas sempurna yang lebih umum, ialah dinyatakan dengan persamaan :

p V = n R T

Jadi gas dengan massa tertentu menjalani proses yang bagaimanapun perbandingan antara hasil kali tekanan dan volume dengan suhu mutlaknya adalah konstan. Jika proses berlangsung dari keadaan I ke keadaaan II maka dapat dinyatakan bahwa :

Persamaan ini sering disebut dengan Hukum Boyle-Gay Lussac.

Hukum-hukum Dasar Termodinamika

Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:

HUKUM AWAL (ZEROTH LAW) TERMODINAMIKA
Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya.


HUKUM PERTAMA TERMODINAMIKA
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.

HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

HUKUM KETIGA TERMODINAMIKA
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

HUKUM HUKUM TERMODINAMIKA

1. Hukum Pertama Termodinamika

Pada dasarnya merupakan hukum konservasi energi, yaitu: energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan; energi hanya dapat diubah dari satubentuk menjadi bentuk yang lain.

Pengertian yang lebih hakiki tentang hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa jika satu sistem mengalami serangkaian perubahan yang tidak terbatas kembali kekeadaan semula, maka total perubahan energi adalah nol.

Hal ini menerangkan pada kita bahwa energi merupakan fungsi keadaan. (Hardjono Sastrohamidjojo kimia dasar gajah mada university press) persamaannya dapat dinyatakan sebagai berikut:

ΔE = q + w

ΔE = perubahan energi internal.
q = panas (kalor)
Jika sistem menyerap panas, maka energi sistem bertambah (q>0)
Jika sistem melepas panas, maka energi sistem berkurang (q<0) style="color: rgb(51, 51, 255);">
w = kerja (usaha).
Jika sistem melakukan kerja, maka energi sistem berkurang (w<0)>0)

Jika E akhir awal sama, maka DE = 0

2. Hukum Kedua

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi.
Hukum ini menyatakan bahwa total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

ΔS=Q/T

Kalor mengalir secara alami dari benda yang panas ke benda yang dingin, kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas.

3. Hukum KeTiga "Hukum Kenol"

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut.
Hukum ini menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum.

Hukum ini juga menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Ada 3 hukum termodinamika  sbb:

1. Hukum kekekalan energi:
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dihancurkan/dihilangkan. Tetapi dapat ditransfer dengan berbagai cara.

Aplikasi: Mesin-mesin pembangkit energi dan pengguna energi. Semuanya hanya mentransfer energi, tidak menciptakan dan menghilangkan.

Catatan: Dengan adanya kesetaraan massa dan energi dari Einstein, energi "seolah-olah" bisa diciptakan dari materi (massa). Sehingga sekarang diamandemen menjadi "Hukum kekekalan massa-energi". Ketiga hukum tetmodinamika untuk energi jadi berlaku juga untuk massa.


2. Hukum keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa mengalir dari material yang dingin ke yang lebih panas secara spontan. Entropi adalah tingkat keacakan energi. Jika satu ujung material panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada konsentrasi energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik.

Aplikasi: Kulkas harus mempunyai pembuang panas di belakangnya, yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar. Karena jika tidak Panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.


3. Hukum suhu 0 Kelvin (-273,15 Celcius): Teori termodinamika menyatakan bahwa panas (dan tekanan gas) terjadi karena gerakan kinetik dalam skala molekular. Jika gerakan ini dihentikan, maka suhu material tsb akan mencapai 0 derajat kelvin.

Aplikasi: Kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah, karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala molekular yang menggangu aliran elektron.


Sistem termodinamika adalah bagian dari jagad raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi memisahkan sistem dengan jagat raya, yang disebut lingkungan. Klasifikasi sistem termodinamika berdasarkan pada sifat batas sistem-lingkungan dan perpindahan materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.

Ada tiga jenis sistem berdasarkan jenis pertukaran yang terjadi antara sistem dan lingkungan:

1. sistem terisolasi: tak terjadi pertukaran panas, benda atau kerja dengan lingkungan. Contoh dari sistem terisolasi adalah wadah terisolasi, seperti tabung gas terisolasi.

2. sistem tertutup: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan lingkungan. Rumah hijau adalah contoh dari sistem tertutup di mana terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran kerja dengan lingkungan. Apakah suatu sistem terjadi pertukaran panas, kerja atau keduanya biasanya dipertimbangkan sebagai sifat pembatasnya:

a.pembatas adiabatik: tidak memperbolehkan pertukaran panas.

b.pembatas rigid: tidak memperbolehkan pertukaran kerja.

3.sistem terbuka: terjadi pertukaran energi (panas dan kerja) dan benda dengan lingkungannya. Sebuah pembatas memperbolehkan pertukaran benda disebut permeabel. Samudra merupakan contoh dari sistem terbuka.

Dalam kenyataan, sebuah sistem tidak dapat terisolasi sepenuhnya dari lingkungan, karena pasti ada terjadi sedikit pencampuran, meskipun hanya penerimaan sedikit penarikan gravitasi. Dalam analisis sistem terisolasi, energi yang masuk ke sistem sama dengan energi yang keluar dari sistem.

Termodinamika

        Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika kamu akan banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.

Usaha Luar

Usaha luar dilakukan oleh sistem, jika kalor ditambahkan (dipanaskan) atau kalor dikurangi (didinginkan) terhadap sistem. Jika kalor diterapkan kepada gas yang menyebabkan perubahan volume gas, usaha luar akan dilakukan oleh gas tersebut. Usaha yang dilakukan oleh gas ketika volume berubah dari volume awal V₁ menjadi volume akhir V₂ pada tekanan p konstan dinyatakan sebagai hasil kali tekanan dengan perubahan volumenya.

W = p∆V= p(V₂ – V₁)

Secara umum, usaha dapat dinyatakan sebagai integral tekanan terhadap perubahan volume yang ditulis sebagai

Tekanan dan volume dapat diplot dalam grafik p – V. jika perubahan tekanan dan volume gas dinyatakan dalam bentuk grafik p – V, usaha yang dilakukan gas merupakan luas daerah di bawah grafik p – V. hal ini sesuai dengan operasi integral yang ekuivalen dengan luas daerah di bawah grafik.

Gas dikatakan melakukan usaha apabila volume gas bertambah besar (atau mengembang) dan V₂ > V₁. sebaliknya, gas dikatakan menerima usaha (atau usaha dilakukan terhadap gas) apabila volume gas mengecil atau V₂ < V₁ dan usaha gas bernilai negatif.

Energi Dalam

Suatu gas yang berada dalam suhu tertentu dikatakan memiliki energi dalam. Energi dalam gas berkaitan dengan suhu gas tersebut dan merupakan sifat mikroskopik gas tersebut. Meskipun gas tidak melakukan atau menerima usaha, gas tersebut dapat memiliki energi yang tidak tampak tetapi terkandung dalam gas tersebut yang hanya dapat ditinjau secara mikroskopik.

Berdasarkan teori kinetik gas, gas terdiri atas partikel-partikel yang berada dalam keadaan gerak yang acak. Gerakan partikel ini disebabkan energi kinetik rata-rata dari seluruh partikel yang bergerak. Energi kinetik ini berkaitan dengan suhu mutlak gas. Jadi, energi dalam dapat ditinjau sebagai jumlah keseluruhan energi kinetik dan potensial yang terkandung dan dimiliki oleh partikel-partikel di dalam gas tersebut dalam skala mikroskopik. Dan, energi dalam gas sebanding dengan suhu mutlak gas. Oleh karena itu, perubahan suhu gas akan menyebabkan perubahan energi dalam gas. Secara matematis, perubahan energi dalam gas dinyatakan sebagai

untuk gas monoatomik

untuk gas diatomik

Dimana ∆U adalah perubahan energi dalam gas, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta umum gas (R = 8,31 J mol⁻¹ K⁻¹, dan ∆T adalah perubahan suhu gas (dalam kelvin).

Hukum I Termodinamika

Jika kalor diberikan kepada sistem, volume dan suhu sistem akan bertambah (sistem akan terlihat mengembang dan bertambah panas). Sebaliknya, jika kalor diambil dari sistem, volume dan suhu sistem akan berkurang (sistem tampak mengerut dan terasa lebih dingin). Prinsip ini merupakan hukum alam yang penting dan salah satu bentuk dari hukum kekekalan energi.

Gambar

Sistem yang mengalami perubahan volume akan melakukan usaha dan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam. Jadi, kalor yang diberikan kepada sistem akan menyebabkan sistem melakukan usaha dan mengalami perubahan energi dalam. Prinsip ini dikenal sebagai hukum kekekalan energi dalam termodinamika atau disebut hukum I termodinamika. Secara matematis, hukum I termodinamika dituliskan sebagai

Q = W + ∆U

Dimana Q adalah kalor, W adalah usaha, dan ∆U adalah perubahan energi dalam. Secara sederhana, hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut.

Jika suatu benda (misalnya krupuk) dipanaskan (atau digoreng) yang berarti diberi kalor Q, benda (krupuk) akan mengembang atau bertambah volumenya yang berarti melakukan usaha W dan benda (krupuk) akan bertambah panas (coba aja dipegang, pasti panas deh!) yang berarti mengalami perubahan energi dalam ∆U.

Proses Isotermik

Suatu sistem dapat mengalami proses termodinamika dimana terjadi perubahan-perubahan di dalam sistem tersebut. Jika proses yang terjadi berlangsung dalam suhu konstan, proses ini dinamakan proses isotermik. Karena berlangsung dalam suhu konstan, tidak terjadi perubahan energi dalam (∆U = 0) dan berdasarkan hukum I termodinamika kalor yang diberikan sama dengan usaha yang dilakukan sistem (Q = W).

Proses isotermik dapat digambarkan dalam grafik p – V di bawah ini. Usaha yang dilakukan sistem dan kalor dapat dinyatakan sebagai

Dimana V₂ dan V₁ adalah volume akhir dan awal gas.

Proses Isokhorik

Jika gas melakukan proses termodinamika dalam volume yang konstan, gas dikatakan melakukan proses isokhorik. Karena gas berada dalam volume konstan (∆V = 0), gas tidak melakukan usaha (W = 0) dan kalor yang diberikan sama dengan perubahan energi dalamnya. Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada volume konstan Q_V.

Q_V = ∆U

Proses Isobarik

Jika gas melakukan proses termodinamika dengan menjaga tekanan tetap konstan, gas dikatakan melakukan proses isobarik. Karena gas berada dalam tekanan konstan, gas melakukan usaha (W = p∆V). Kalor di sini dapat dinyatakan sebagai kalor gas pada tekanan konstan Q_p. Berdasarkan hukum I termodinamika, pada proses isobarik berlaku

Sebelumnya telah dituliskan bahwa perubahan energi dalam sama dengan kalor yang diserap gas pada volume konstan

Q_V =∆U

Dari sini usaha gas dapat dinyatakan sebagai

W = Q_p − Q_V

Jadi, usaha yang dilakukan oleh gas (W) dapat dinyatakan sebagai selisih energi (kalor) yang diserap gas pada tekanan konstan (Q_p) dengan energi (kalor) yang diserap gas pada volume konstan (Q_V).

Proses Adiabatik

Dalam proses adiabatik tidak ada kalor yang masuk (diserap) ataupun keluar (dilepaskan) oleh sistem (Q = 0). Dengan demikian, usaha yang dilakukan gas sama dengan perubahan energi dalamnya (W = ∆U).

Jika suatu sistem berisi gas yang mula-mula mempunyai tekanan dan volume masing-masing p₁ dan V₁ mengalami proses adiabatik sehingga tekanan dan volume gas berubah menjadi p₂ dan V₂, usaha yang dilakukan gas dapat dinyatakan sebagai

Dimana γ adalah konstanta yang diperoleh perbandingan kapasitas kalor molar gas pada tekanan dan volume konstan dan mempunyai nilai yang lebih besar dari 1 (γ > 1).

Proses adiabatik dapat digambarkan dalam grafik p – V dengan bentuk kurva yang mirip dengan grafik p – V pada proses isotermik namun dengan kelengkungan yang lebih curam.

Contoh Soal

1. Diagram PV di bawah ini menunjukkan siklus pada suatu gas. Tentukan usaha total yang dilakukan oleh gas!

     Jawaban:
     Usaha (W) = luas daerah di bawah grafik PV

     W = {(3-1) x 10⁵ } x (5-3) = 4 x 10⁵ J

2. Suatu gas dalam wadah silinder tertutup mengalami proses seperti pada gambar di bawah ini.

Tentukan usaha yang dilakukan oleh gas pada:

    a. proses AB

    b. Proses BC

    c. proses CA

    d. Keseluruhan proses ABCA

Jawaban:

1. Usaha dari A ke B sama dengan luas ABDE dan bertanda positif karena arah proses ke kanan

                (V_B > V_A ). 

                W_AB = luas ABDE = AB x BD

                                    = (100-25) L x (300 kPa)

                                    = (75 x 10^-3 m³) (300 x 10³ Pa)

                                    = 22.500 J

     b. Usaha dari B ke C sama dengan negatif luas BCED karena arah proses ke kiri (V_C < V_B ).

                W_BC  = - luas BCDE = - ½ (CE + BD) ED

                                  = - ½ (100+300) kPa x (100-25) L

                                  = - ½ (400 x 10³ Pa) (75 x 10^-3 m³)

                                  = -15 000 J = -15 kJ

    c. Usaha dari CA sama dengan nol karena CA dengan sumbu V tidak membentuk bidang (luasnya = 0).

    d. Usaha keseluruhan proses (ABCA) sama dengan usaha proses AB + usaha proses BC + usaha CA

                W_ABCA = 22 500 – 15 000 + 0 = 7500 J

3.  Suatu gas ideal berada di dalam wadah bervolume 3 liter pada suhu 27⁰C. Gas itu dipanaskan dengan tekanan tetap 1 atmosfer sampai mencapai suhu 227⁰C. hitung kerja yang dilakukan gas!

Penyelesaian:

Diketahui:

P_A = P_B = 1 atm = 10⁵ Pa

V_A = 3 liter = 3 x 10^-3 m³

T_A = 273 + 27 = 300 K

T_B = 273 + 227 = 500 K

Ditanya: W?

Jawab:

Pada proses isobarik (tekanan tetap) berlaku:

V_A/T_A = V_B/T_B

(3 x 10^-3)/500 = V_B/300

V_B = 5 x 10³ m³

Sehingga,

W = P (V_B – V_A) = (10⁵) {(5x10^-3) - (3x10^-3)} = 202,6 J

4. Tiga mol gas memuai secara isotermal pada suhu 27⁰C, sehingga volumenya berubah dari 20 cm³ menjadi 50 cm³. Hitung besar usaha yang dilakukan gas tersebut!

Penyelesaian:

Diketahui:

n = 3 mol

R = 8,314 J/mol K

T  = 27⁰C + 273 = 300 K

V₁ = 2 x 10^-5 m³

V₂ = 5 x 10^-5 m³

Ditanya: W?

Jawab:

W = n R T ln V₂/V₁ = (3) (8,314) (300) ln 5 x 10^-5/2 x 10^-5 = 6852,94 J

5. Suatu gas memiliki volume awal 2,0 m3 dipanaskan dengan kondisi isobaris hingga volume akhirnya menjadi 4,5 m3. Jika tekanan gas adalah 2 atm, tentukan usaha luar gas tersebut!
(1 atm = 1,01 x 105 Pa)
 Penyelesaian:
Diketahui:

V2 = 4,5 m3
V1 = 2,0 m3
P = 2 atm = 2,02 x 105 Pa
Isobaris → Tekanan Tetap

W = P (ΔV)
W = P(V2 − V1)
W = 2,02 x 105 (4,5 − 2,0) = 5,05 x 105 joule

 6. Sejumlah 1,5 m3 gas helium yang bersuhu 27oC dipanaskan secara isobarik sampai 87oC. Jika tekanan gas helium 2 x 105 N/m2 , gas helium melakukan usaha luar sebesar….
 Penyelesaian:
 Diketahui:
V1 = 1,5 m3
T1 = 27oC = 300 K
T2 = 87oC = 360 K
P = 2 x 105 N/m2
Ditanya: W?
Jawab:
W = PΔV
Mencari V2 :
V2/T2 = V1/T1
V2 = ( V1/T1 ) x T2 = ( 1,5/300 ) x 360 = 1,8 m3
W = PΔV = 2 x 105(1,8 − 1,5) = 0,6 x 105 = 60 x 103 = 60 kJ

 7. 2000/693 mol gas helium pada suhu tetap 27oC mengalami perubahan volume dari 2,5 liter menjadi 5 liter. Jika R = 8,314 J/mol K dan ln 2 = 0,693 tentukan usaha yang dilakukan gas helium!

 
8. Sejumlah udara berekspansi secara adiabatik dari tekanan awal 2 atm dan volume awal 2 liter pada temperatur 20⁰C menjdai dua kali volume awalnya γ = 1,4. Hitunglah:

a. Tekanan akhir

b. Temperatur akhir

c. Usaha yang dilakukan oleh gas

Penyelesaian:

Diketahui:

γ = 1,4

V₁ = 2 liter

V₂ = 4 liter

P₁ = 2 atm

T₁ = 20 + 273 = 293 K

Ditanya:

a. P₂

b. T₂

c. W

Jawab:

Sumber:

http://rossantisabrina.blogspot.com/p/contoh-soal.html

http://sienceengineering.blogspot.com/2012/10/hukum-termodinamika-012-dan3.html

http://fitriasri.com/pengertian-gas-ideal.html

http://data-smaku.blogspot.com/2012/12/mari-belajar-gas-ideal-fisika-kelas-xi.html

http://kimiauntukkita.blogspot.com/2008/08/hukum-pertama-termodinamika.html

The story of sad child

"The story of sad child"

ini adalah cerita mengenai kehidupan seorang anak kecil yang masa lalunya cukup kelam. Aku adalah anak pertama dari dua bersaudara. Namaku adalah liliana dan adikku bernama juwita. Kami berdua sdh hidup bersama kedua orang tua kami, ayahku adalah seorang pegawai swasta dan ibuku hanyalah seorang ibu rumah tangga. Untuk memenuhi kebutuhan , ayahku pergi ke luar kota untuk bekerja. Dan kami ditinggal , aku , ibu dan adikku juwita. Dan masalah itu terjadi dimulai ...
tanpa sepengetahuanku ibu dan adikku, ternyata ayahku sudah berselingkuh dengan orang lain dan memiliki anak, aku sungguh begitu sedih , sangat sedih ..
apa yang harus aku lakukan ? aku tidak tau apa-apa, aku masih kecil pada waktu itu.
Keluarga yang dahulunya bahagia kini sekarang telah hancur , hancur oleh perempuan penggoda ayahku itu, aku membenci mereka.
Entah kenapa ,
Malam itu ayah dan ibuku berantem , itu semua gara-gara perempuan penggoda ayahku. Ibuku sangat sedih dan menangis tapi apa dayaku , aku sangat kecil tidak mampu untuk melawan.
kenapa kejadian seperti ini harus aku yang alami ?
Hari berganti hari, bulan berganti bulan dan tahun berganti tahun
keadaan seperti ini mencekam diriku dan keluarga ku, hingga besar seperti ini masih saja membuat aku trauma terhadap laki-laki, kalaupun aku bisa membalaskan dendamku terhadap mereka yang telah menyakiti aku ibuku dan adikku juwita aku pasti membalaskan perbuatan mereka.
Mengapa kau lakukan ini Tuhan kepada keluarga kecil kami ?
Mengapa kau takdirkan aku seperti ini?
Mengapa Tuhan ?
Setiap malam aku selalu terkenang kejadian itu , ayahku kenapa ayah lakukan kepada kami ? kenapa yah  kenapa ? Apa salahku dan ibuku ? Mengapa harus kami ayah ? Ayah andai kau dengar apa yang aku bicarakan ini
Ayah ap yang harus kami lakukan supaya ayah kembali kepada kami ? Tak kusangka ayah sejahat itu sama kami
Hidup ini memang kejam !
Ayah bertahun-tahun kau tinggalkan aku , adikku dan ibuku
Aku hidup tanpa kasih sayang dari seorang ayah!
walaupun ayahku tiap bulan mengirimkanku uang tapi tidak akan terganti dengan kasih sayangmu ayah, ayah !!! aku butuh kasih sayangmu!
kenapa kau tega yah ? kenapa ?

Ayah seandainya kau baca sekarang tulisan ini , ku harap kau mengerti dengan keadaan aku sekarang?
aku tidak mungkin bersatu dengan keluarga ayah yang disanaa
aku cuman ingin ayah tau , aku butuh kasih sayang ayah ! aku sangat butuh itu !
Ayah ketika aku menulis ini , aku sedang menangis , aku menangis !
Mungkin aku tidak akan pernah menikah setelah ini karena aku takut disakiti ayah
aku takut !!
Tuhan kenapa Engkau tidak membuka hati dan pikiran ayahku ?
Seandainya ayah tau , adikku cuman satu yaitu juwita , hanya juwita hanya dia adik yang aku kenal dan yang aku sayang,
Ingin aku mati karenamu ayah !
kau terlalu jahat dengan ku ayah!
aku membenci mu !
Aku sangat membencimu !
sampai saat ini detik ini, ayah masih komunikasi dengan kami , tetapi mencoba menguasai ayahku keluarga yang disana
AKU TIDAK AKAN PERNAH MENYERAHKAN APA YANG SEBENARNYA TELAH MENJADI MILIKKU!!
aku sudah terlanjur sakit yah !!!
Aku sakit !!!
seandainya kau membaca tulisan ku ini yah ...
Ayah aku rindu ayah yang dulu !!! AYAH ! AKU INGIN KASIH SAYANGMU AYAH !!!

Makhluk Aneh di dunia HARRY POTTER

Wah mendengar judulnya aja udah membuat bulu kuduk kita merinding !!!
gimana gak merinding , bayanginnya aja serem-serem pasti nih hewan . Sebelum masuk macam-macam hewan aneh ini , saya sangat menyukai film harry potter. menurut saya, film harry potter ini mendidik terutama dari persahabatan mereka.
saya mendapatkan info ini dari majalah yg sering saya beli dulu ketika masih kecil dan diterbitkan di tahun 2009.
Baiklah langsung saja...

1.Basilisk

 Basilisk itu adala ular . jadi hanya bisa dikendalikan oleh Parseltongue. Nah, yang bisa berbicara parseltongue hanyalah keturunan Salazar Slytherin atau penyihir hitam seperti Voldemort.Telur ayam yang dieramkan dan diteteskan dibawah katak. Jadilah Basilisk! Penemuan ini dilakukan Herpo The Foul , penyhir hitam dari Yunani. Pengembangbiakkan Basilisk akhirnya dilarang Kementrian Sihir sejak abad pertengahan.
Kekuatan terbesar Basilisk adalah mata kuningnya. Siapapun yang menatapnya akan mati.untuk itu maka diperlukan kacamata khusus. Kalau suatu hari basilisk itu hilang maka perhatikanlah laba-laba karena laba-laba itu takut dengan kehadiran basilisk. Untuk menawarkan racun basilisk adalah airmata Phoenix.

 2. Aragog

 Aragog adalah acromantula atau laba-laba raksasa peliharaan Rubeus hagrid menetas pada tahun 1940-an. Aragog memiliki 8 mata buta dengan kaki ada 8 dan berbulu. Aragog tinggal bersama istrinya yang bernama Mosag dengan hidup berkoloni dn tinggal di Hutan Terlarang. Akhirnya aragog mati pada tahun 1996. Rubeus Hagrid sangat sedih dan ketika pemakaman dihadiri dengan Hagrid, Harry Potter, Professor slughorn, dang Fang.

3. Bowtruckle

 Bowtruckle adalah makhluk yang menyerupai pohon. Tubuhnya keil seperti tongkat tetapi memiliki cabang dan ranting. matanya cokelat dan wajahnya rata. Bowtruckle dapat dijumpai di barat Inggris , selatan Jerman, dan sebagian Scandinavia. ia tinggal di pohonan yang kayunya biasa digunakan sebagai tongkat sihir.

4. Fawkes

 Burung Phoenix ini dimiliki Albus Dumbledore dan menemani Dumbledore di Hogwarts. Fawkes hidup abadi dan Fawkes yang sudah tua akan terbakar habis jadi abu. dari abu itulah, akan muncul burung Phoenix kecil yang baru. Menurut cerita di buku Harry Potter dan Pangeran Berdarah-Campuran , Fawkes menyanyikan lagu perpisahan setelah Dumbledore terbunuh. Suaranya terdengar menyayat hati. setelah itu, Fawkes meninggalkan Hogwarts. Tetapi, Fawkes tak pernah jauh dari Harry Potter dan Voldemort karena inti dari tongkt sihir merka adalah bulu ekor Fawkes yang berwarna keemasan . Fawkes tak pernah memiliki tuan lain setelah Dumbledore. Hidup dan kesetiaannya abadi.

5. Cacing Flobber

 Cacing Flobber adalah cacing besar yang dapat tumbuh sampai 15cm. makanan hewan ini adalah daun selada.

6. Fluffy

 Fluffy adalah anjing dengan kepala tiga. Kelemahan si Fluffy ini adalah ketika mendengarkan musik langsung tertidur

7. Hedwig

 Muggle menjadikan burung hantu sebagi lambang kebijaksanaan . Burung hantu bisa membaca tulisan penyihir , burung hantu bisa menjadi tukang pos . Sahabat Hedwig yaitu Errol tetap bersemangat walaupun sudah tua. Errol itu adalah burung hantu tua keluarga Weasley. Serta burung hantu dapat mengirimkan surat rahasia yaitu surat yang tidak ditulis nama pengirimnya.

8. Norbert si Naga

 Norbert termasuk naga yang langka . Norbert termasuk naga Hongaria. Ekor dan punggung Norbert penuh dengan paku. . Norbert lahir tanpa ibu , karena itu Hagrid menghangatkan telur Norbert di dalam kuali , setelah lahir norbert tidak suka minum susu tapi yang ia suka adalah minum darah ayam dan brandy(minuman beralkohol mirip anggur).

9. Unicorn

10. Thestral

Industri Kriogenik LINDEFRANKL

Ini adalah makalah yang saya buat ketika saya mempresentasikan tentang industri kriogenik LindeFrankl, semoga bermanfaat untuk kedepannya. Apabila ada kesalahan mohon dimaklum.

MAKALAH

PROSES INDUSTRI KIMIA

(PRODUKSI OKSIGEN NITROGEN SIKLUS LINDE FRANKL)

Disusun Oleh  :

                   Nama                             : Febyana

                   NIM                               : 0612 3040 1014

                   Kelas                              : 3 KIA

                   Dosen Pembimbing        : Indah Purnamasari, S.T., M.Eng

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA PALEMBANG

TAHUN  AJARAN 2013/2014

KATA PENGANTAR

            Assalammualaikum Wr. Wb.  Puji syukur penulis panjatkan atas kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan hidayah-Nya yang telah diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah Proses Industri Kimia yang berjudul “PRODUKSI OKSIGEN NITROGEN SIKLUS LINDE FRANKL” dengan baik.

            Dalam kesempatan ini juga penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada dosen pembimbing atas kerjasamanya.

            Penulis menyadari bahwa masih terdapat kekurangan dalam penyusunan makalah ini. Untuk itu, saran dan kritik yang bersifat membangun sangat diharapkan guna perbaikan yang akan datang. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi kita semua.  Aamiin ya rabbalalaamiin. Wassalamualaikum wr. wb.

                                                           

                 Palembang,   Januari 2013

                                                                                     Penulis           

                                            DAFTAR ISI     

                        Halaman 

HALAMAN AWAL   ……………………………………………………………… KATA PENGANTAR ………………………………………………………………. DAFTAR ISI ………………………………………………………………………… PENDAHULUAN 1.1  Pengertian ………………………………………………………………... 1.2  Bahan Baku dan Produk …………………………………………………. 1.3  Pengelolaan Lingkungan ………………………………………………… 1.4  Kegunaan Asam Sulfat …………………………………………………... 1.5  Peralatan Proses Pembuatan ……………………………………………... II.                PEMBAHASAN 2.1 Proses Kontak …………………………………………………………….. 2.2 Reaksi Kimia yangTerjadi ………………………………………………... 2.3 Uraian Proses …………………………………………………………….. 2.4 flowsheet Pembuatan Asam Sulfat dengan Proses Kontak ………………. III.             PENUTUP 3.1 Kesimpulan  ................................................................................................ 3.2 Kritik dan Saran .......................................................................................... DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................... LAMPIRAN ………………………………………………………………………......

i ii iii 1 1 3 4 5 8 9 9 11

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 PENGERTIAN               

Industri kriogenik adalah industri gas oksigen dan nitrogen yang dibuat pada suhu sangat rendah. Batas terendah dari skala kriogenik yaitu  nol absolut K /-273^o C, sedang batas tertingginya  123 K / -150^o C.

Oksigen dan nitrogen adalah komponen dari udara yang amat besar manfaatnya. Oksigen dipergunakan dalam pembakaran bahan bakar dalam industri, tabung oksigen untuk olahraga menyelam, dan masih banyak lagi. Nitrogen sendiri adalah senyawa yang sangat diperlukan oleh tanaman, sehingga nitrogen seringkali dijadikan bahan utama dalam industri pupuk. Kedua senyawa di atas dapat diperoleh dalam keadaan yang mendekati murni dengan cara pemisahan udara kriogenik. Kriogenik diartikan sebagai operasi yang dilangsungkan dalam keadaan temperatur yang sangat rendah. Secara garis besar, udara dengan komponen-komponen penyusunnya dicairkan dan kemudian dilakukan pemisahan dengan metode distilasi yang memanfaatkan konsep kesetimbangan uap cair.

Dua fasa dikatakan berada dalam kesetimbangan jika temperatur, tekanan, dan potensial kimia dari masing-masing komponen yang terlibat di kedua fasa bernilai sama. Dalam keadaan kesetimbangan, fraksi mol suatu komponen dari suatu campuran memiliki nilai yang tertentu. Komponen yang lebih mudah menguap akan memilki nilai fraksi mol yang lebih besar pada fasa uap dan sebaliknya. Sifat ini kemudian dimanfaatkan dalam proses pemisahan dengan metode distilasi. Kemurnian suatu komponen yang mudah menguap akan lebih baik pada fasa uap, fasa uap ini kemudian diambil untuk mendapatkan campuran dengan kadar kemurnian yang lebih baik.

Udara memiliki komposisi 78.08% nitrogen, 20.95% oksigen, 0,93% argon, dan sisanya CO₂ dan uap air. Untuk memisahkan komponen tersebut dengan metode distilasi, diperlukan adanya kesetimbangan antara uap dan cair, sehingga udara tersebut harus dicairkan terlebih dahulu. Karena titik embunnya dari komponen penyusun udara sangat rendah, maka dikatakan sebagai proses kriogenik.

Kriogenik adalah suatu teknik pembekuan dengan menggunakan gas oksigen dan nitrogen yang dilakukan pada suhu rendah, berkisar antara 0 absolut K (-273⁰C). Tetapi tidak hanya gas oksigen dan nitrogen saja yang digunakan masih banyak gas lain seperti, Helium, Argon, CO₂, Neon, Flourine, Metana, Hidrogen dan semuanya dalam bentuk gas cair.

Dalam proses ini menyangkut juga masalah gas cair dan bahan padat.  Sebagai pendahuluan diuraikan:

Udara : campuran gas yang menjadi komposisi atmosfer di sekitar bumi.

Gas terdiri dari : nitrogen, oksigen, argon, sejumlah kecil hidrogen, CO₂, uap air, helium, neon, kripton, xenon, dll.

Atmosfer : dimulai dari  permukaan laut atau lapisan pertama trofosfer (8 s/d 16 km) diatas permukaan bumi.

Di troposfer terdapat udara yang terdiri dari 78% N₂; 21% O₂; 0,09% Argon; 0,03% CO₂; 0,07% adalah campuran Hidrogen, Ozon, He, Kripton, Xenon.

Sistem Linde Frankl dibuat pada tahun 1930-an untuk memenuhi permintaan O₂ dan N₂ yang sangat besar dari industri kimia dan baja. Bagian pencairan dari sistem ini sangat mirip dengan sistem pencairan Ammonia – Precooked Dual Pressure Claude. Sistem Linde Frankl ini dioperasikan dengan konsumsi daya sebesar satu setengah kali daya yang dikonsumsi oleh sistem Linde Double Column.

1.2 SIFAT KIMIA DAN FISIKA PRODUK

1.      Oksigen

                         Oksigen adalah unsur ketiga terbanyak yang ditemukan berlimpah di matahari, dan memainkan peranan dalam siklus karbon-nitrogen, yakni proses yang diduga menjadi sumber energi di matahari dan bintang-bintang. Oksigen dalam kondisi tereksitasi memberikan warna merah terang dan kuning-hijau pada Aurora Borealis. Warna oksigen cair adalah biru seperti warna biru langit. Fenomena ini tidak berkaitan; warna biru langit disebabkan oleh penyebaran Rayleigh.

                         Oksigen lebih larut dalam air daripada nitrogen. Air mengandung sekitar satu molekul O₂ untuk setiap dua molekul N₂, bandingkan dengan rasio atmosferik yang sekitar 1:4. Kelarutan oksigen dalam air bergantung pada suhu. Pada suhu 0 °C, konsentrasi oksigen dalam air adalah 14,6 mg·L⁻¹, manakala pada suhu 20 °C oksigen yang larut adalah sekitar 7,6 mg·L⁻¹. Pada suhu 25 °C dan 1 atm udara, air tawar mengandung 6,04 mililiter (mL) oksigen per liter, manakala dalam air laut mengandung sekitar 4,95 mL per liter. Pada suhu 5 °C, kelarutannya bertambah menjadi 9,0 mL (50% lebih banyak daripada 25 °C) per liter untuk air murni dan 7,2 mL (45% lebih) per liter untuk air laut.

                         Oksigen mendidih pada 90,20 K (−182,95 °C, −297,31 °F), dan membeku pada 54.36 K (−218,79 °C, −361,82 °F). Baik oksigen cair dan oksigen padat berwarna biru langit. Hal ini dikarenakan oleh penyerapan panjang gelombang warna merah. Oksigen cair dengan kadar kemurnian yang tinggi biasanya didapatkan dengan distilasi bertingkat udara cair. Oksigen cair juga dapat dihasilkan dari pengembunan udara, menggunakan nitrogen cair dengan pendingin. Oksigen merupakan zat yang sangat reaktif dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang mudah terbakar. Pada suhu dan tekanan biasa, oksigen didapati sebagai dua atom oksigen dengan formula kimia O₂.

                         Oksigen merupakan gas yang dibebaskan oleh tumbuhan ketika proses fotosintesis, dan diperlukan oleh hewan untuk pernafasan. Perkataan oksigen terdiri daripada dua perkataan Greek, oxus (asid) dan gennan (menghasilkan). Oksigen cair dan pepejal mempunyai warna biru lembut dan mempunyai sifat paramagnet (mudah menjadi magnet). Oksigen cair biasanya dihasilkan dengan proses perbedaan suhu dari udara cair (disejukkan sehingga menjadi cair).

Penggunaan Oksigen

Oksigen dapat dipisahkan dari udara melalui pencairan fraksinasi dan distilasi.

Aplikasi utama oksigen diantaranya adalah:

1) peleburan, pemurnian, dan pembuatan baja, dan logam lainnya,

2) pembuatan bahan kimia dengan oksidasi terkontrol,

3) propulsi roket,

4) penopang hidup medis dan biologi;

5) pertambangan serta produksi kaca.

Pada pesawat terbang, suplai darurat oksigen secara otomatis tersedia untuk penumpang ketika tekanan udara dalam kabin menurun.

Oksigen dalam pesawat tidak disimpan sebagai gas tetapi sebagai senyawa natrium klorat.

Berat molekul                 :    32 g/mol

Titik didih                      :    - 183⁰C

Titik leleh                       :    - 218,8⁰C

Kemurnian tinggi           :  99,5 % O₂,0,5 % Ar

Kemurnian rendah         : 90 – 95 % O₂,4 – 5 % ArH₂ ; CO₂ dan H₂O

2.      Nitrogen

SIFAT FISIS DAN SIFAT KIMIA NITROGEN

Penampilan pada suhu kamar	Gas tidak barwarna
Rumus molekul umum	N2
Titik leleh	-210
Titik didih	-196
Energi pengionan eV/atom	14,5
Jari-jari kovalen	0,75
Jari-jari ion	1,71
Jari-jari ion	0,11
Struktur elektron	2,5
Keelektronegatifan	3,0

Guna Nitrogen  Cair :

a.       Untuk mendinginkan alat elektronik sampai suhu -196^oC.

b.      Membekukan makanan (jangan sampai hilang rasa dan baunya) juga dapat  menghilangkan kutil.

c.       Bahan elektronik atau barang logam sebelum disegel untuk pengirim sebaiknya disiram dengan cairan nitrogen untuk menghilangkan udara pada barang elektronik dan menghilangkan hidrogen yang terserap dari bahan-bahan tersebut yang meleleh dan juga memperbaiki sisa-sisa alumunium.

4. Hubungan dengan kestabilan , Nitrogen cair ditambahkan pada proses manufaktur untuk mencegah kebakaran dan ledakan karena gas nitrogen akan bersifat sebagai gas inert.
5. Cairan nitrogen dipakai untuk memberikan gaya dorong pada pipa peralon untuk naik dari dasar tanah yang terdeposit.
6. Lampu pijar disiram dengan nitrogen cair untuk menghilangkan udara sebelum lampu pijar diisi oleh campuran nitrogen + argon.

Kegunaan O₂ cair :

1.      O₂ dalam bentuk cair atau gas sangat reaktif terhadap hidrokarbon

2.      Tempat penyimpanan O₂ cair, tidak boleh terbungkus dengan plastik harus dengan tabung khusus

3.      Untuk roket, dibawa dalam bentuk cairan, dan akan diubah menjadi gas sebelum bereaksi dengan bahan bakar.

1.5 PERALATAN PROSES

Peralatan yang digunakan dalam proses , yaitu:

}  Kompresor                  = untuk menaikkan tekanan suatu gas dengan cara memampatkan gas atau udara

}  Menara pencuci (scrubber) yang paling sederhana terdiri dari sebuah bejana kosong yang berbentuk silinder, alat ini akan memisahkan partikel-partikel padat I(berupa debu dan bahan inert lainnya) dari gas, sehingga produk yang dihasilkan adalah gas yang bersih, untuk menghilangkan air yang masih terdapat dalam gas

}  Pompa                         = suatu alat yang fungsi untuk memindahkan zat cair dari satu tempat ke tempat yang lain atau dari tempat yang rendah ke tempat yang lebih tinggi.

}  Boiler                          = mengubah liquid menjadi uap

}  Kondensor                  = mengubah gas menjadi cairan (pendingin)

BAB II

PEMBAHASAN

Sistem Linde Frankl dibuat pada tahun 1930-an untuk memenuhi permintaan O₂ dan N₂ yang sangat besar dari industri kimia dan baja. Bagian pencairan dari sistem ini sangat mirip dengan sistem pencairan Ammonia – Precooked Dual Pressure Claude. Sistem Linde Frankl ini dioperasikan dengan konsumsi daya sebesar satu setengah kali daya yang dikonsumsi oleh sistem Linde Double Column.

Udara yang sudah difilter akan ditekan dengan kompresor rotary hingga 0.55 Mpa. Sekitar 96 % dari total aliran udara akan dialirkan melewati 2 pasang regenerator. Di situ udara akan didinginkan dan uap air serta CO₂ akan dibuang. Aliran O₂ dingin dan gas N₂ yang kembali dari kolom distilasi menjadi media pendingin di regenerator. 4% sisa aliran udara akan dialirkan ke scrubber untuk menyingkirkan CO₂. Udara yang sudah akan didinginkan oleh beberapa heat exchanger yang disusun secara seri yang terdiri dari sebuah precooler, ammonia heat exchanger dan 2 heat exchanger untuk gas  N₂ . Udara dingin hasil dari heat exchanger tersebut akan diekspansi oleh expansion valve dan akan dikombinasikan (dicampur) dengan aliran terekspansi dari regenerator. Aliran gabungan ini dialirkan ke reboiler yang berada di kolom bawah dengan kondisi tekanan sebesar 0.5 Mpa.

Pada dasarnya cairan  N₂ murni akan dialirkan dari top kolom bawah dan dikirim ke subcooler dan kemudian diekspansi hingga 0.101 Mpa dan diumpankan ke top kolom atas. Pendinginan di subcooler berfungsi untuk mencegah terjadinya flashing pada cairan yang masuk ke kolom atas. Gas N₂ dengan kemurnian tinggi akan dikeluarkan dari top kolom atasdan digunakan untuk mendinginkan N₂ cair dari kolom bawah. Gas N₂ juga dikeluarkan dari top kolom bawah dan gas ini digunakan untuk mendinginkan lebih lanjut aliran udara (ammonia precooled) dan kemudian diekspansi oleh mesin ekspansi hingga hingga 0.101 Mpa untuk mengurangi suhu gas  N₂. Sebagian dari aliran gas  N₂ terekspansi ini digunakan untuk mendinginkan aliran udara yang lebih kecil, sedangkan sisanya digunakan untuk proses pendinginan di regenerator.

Proses linde-frankl yang menghasilkan oksigen dengan kemurnian rendah.Bahan baku udara dimasukan ke turbo copressor pada tekanan 4-5 atm dan didinginkan pada cooler, dipompakan ke menara C0₂ scrubbe tower. O₂ dan N₂ dipisahkan dengan tekanan tinggi.Setelah didinginkan,jika suhu masi terlalu tinggi maka didinginkan dengan NH₃ dengan cara ditekan dan dikondensasikan. Gas O₂ dan N₂ dialirkan ke regenerator N₂ dan ke regenerator 0₂. Gas N₂ dikondensasi menghasilkan cairan N₂ yang dingin. N₂ ditampung ke switch excanger yang akan menjadi produk N₂

Gas nitrogen dan oksigen adalah bagian dari sesuatu hal yang tidak pernah kita lihat tetapi selalu dapat kita rasakan karena manfaatnya yang begitu besar. Kedua gas ini tersedia melimpah di udara yang memiliki kandungan 78,08% nitrogen, 20,95% oksigen, 0,93% argon, dan sisanya merupakan CO₂ dan uap air. Dalam setiap hela nafas yang kita lakukan tanpa sadar, seluruh gas-gas ini terlibat di dalamnya. Selanjutnya, di bagian alveoli pada paru-paru, hanya gas oksigen lah yang diambil. Sementara itu gas-gas lainnya seperti nitrogen, CO_2, dan lainnya dibuang melalui hembusan nafas. Walaupun tetap ada nitrogen yang terlarut di dalam darah, zat ini tidak akan bereaksi karena sifat dari gas inert adalah sulit untuk bereaksi.

Dengan semakin berkembangnya teknologi di bidang industri, aplikasi kedua gas oksigen dan nitrogen untuk kebutuhan industri pun semakin luas. Oksigen dipergunakan dalam pembakaran bahan bakar, tabung oksigen untuk olahraga menyelam, tabung oksigen kesehatan, dan masih banyak lagi. Sementara nitrogen yang merupakan gas inert merupakan salah satu dari sistem utilitas untuk menunjang operasi setiap pabrik, baik itu pabrik minyak dan gas maupun pabrik manufaktur lainnya. Nitrogen tersebut biasa digunakan untuk packaging di industri makanan sebagai pengisi udara di dalam bungkus makanan agar makanan terhindar dari pertumbuhan mikroorganisme, melakukan pengosongan di pipa atau vessel di industri kimia, petrochemical, refinery atau minyak dan gas, menghindari terjadinya api atau kebakaran, serta untuk breathing di tanki agar tidak terjadi vakum ataupun overpressure. Nitrogen sendiri adalah senyawa yang dibutuhkan oleh tanaman, sehingga nitrogen seringkali dijadikan bahan utama dalam industri pupuk.

Pemisahan udara untuk memperoleh kedua senyawa nitrogen dan oksigen dalam keadaan mendekati murni dapat dilakukan secara kriogenik dan non-kriogenik. Dalam hal ini, kita akan membahas terlebih dahulu proses pemisahan secara kriogenik. Kriogenik diartikan sebagai operasi yang dilangsungkan dalam keadaan temperatur yang sangat rendah. Secara garis besar, udara dengan komponen-komponen penyusunnya dicairkan kemudian dilakukan pemisahan dengan metode distilasi yang memanfaatkan konsep kesetimbangan uap-cair antara nitrogen dan oksigen. Ada berbagai macam variasi dalam proses pemisahan udara pada industri gas. Variasi tersebut bergantung pada berbagai hal diantaranya jumlah produk yang hendak dihasilkan, kemurnian produk, tekanan gas berkaitan dengan transportasi fluida, dan lain-lain. Namun secara umum, semua proses pemisahan udara secara kriogenik memiliki tahap-tahap yang sama.

Pemisahan udara secara kriogenik menggunakan perbedaan titik didih antara nitrogen, oksigen, dan argon untuk memisahkan dan memurnikan produk-produk tersebut. Tahap pertama adalah filtering dan kompresi udara. Kompresi umumnya dilakukan hingga tekanan 90 psig atau 6 bar. Udara terkompresi kemudian didinginkan hingga mendekati temperatur ruangan menggunakan alat penukar kalor atau alat dengan sistem refrigerasi. Tahap kedua adalah proses penyingkiran uap air dan karbon dioksida yang masih tertinggal pada udara. Keduanya harus dihilangkan karena pada temperatur yang sangat rendah dapat membeku dan terdeposit pada permukaan alat pemroses. Efisiensi proses penyingkiran ini ditambah dari proses pendinginan sebelumnya yang membuat uap air mengembun saat udara dilewatkan pada kompresor dan terpisah dari udara itu sendiri.

Ada dua metode yang umum digunakan untuk menyingkirkan uap air dan karbon dioksida, yaitu reversing exchangers dan molecular sieve units. Pada reversing exchangers, udara umpan masuk ke dalam alat penukar panas dan didinginkan hingga air dan karbon dioksida membeku pada permukaan dinding alat penukar kalor. Setelah udara lewat, fungsi alat penukar kalor dibalikkan dengan dialirkannya waste gas yang bersifat sangat kering, sehingga menguapkan air dan menyublimkan karbon dioksida. Sementara untuk menyingkirkan hidrokarbon diperlukan pengadsorb tambahan. Pada molecular sieve units, molecular sieve akan mengadsorb uap air serta pengotor lainnya seperti hidrokarbon (untuk desain tertentu) yang terkandung di dalam udara yang dilewatkan. Molecular sieve umumnya terdiri dari dua bagian yang bekerja secara bergantian. Jika salah satu sedang bekerja, maka satu yang lain akan melakukan regenerasi.

Pada tahap berikutnya, udara yang telah bebas pengotor memasuki alat penukar kalor yang akan membawa udara pada temperatur kriogenik (± -185^oC). Proses pendinginan ini menghasilkan produk dingin dan waste gas. Waste gas ini kemudian dinaikkan lagi temperaturnya agar kering dan dapat digunakan untuk proses penyingkiran pengotor. Untuk mencapai temperatur kriogenik sehingga proses distilasi dapat dilakukan, pendinginan dilakukan dengan proses refrigerasi yang mencakup proses ekspansi.

Tahap selanjutnya adalah proses distilasi. Banyak pabrik proses pemisahan udara mendasarkan kepada linde’s double distillation collumn process yang memiliki dua unit pemisahan. Unit pertama digunakan untuk mendapatkan produk-produk ringan seperti oksigen dan nitrogen. Unit ini memiliki dua kolom distilasi. Udara yang telah berada pada temperatur kriogenik memasuki kolom pertama yang bertekanan rendah. Temperatur kriogenik udara (-185^oC) berada pada rentang titik didih nitrogen (-195,9^oC) dan oksigen (-183,0^oC) sehingga terjadilah kesetimbangan uap-cair pada sistem nitrogen-oksigen. Nitrogen yang lebih mudah menguap akan lebih mendominasi fasa uap dibandingkan oksigen. Fasa uap yang merupakan produk atas akan diumpankan ke bagian atas kolom kedua, sedangkan produk bawah diumpankan di tengah kolom. Di kolom kedua ini, umpan dari recycle unit dua untuk kolom bagian atas juga masuk. Akhirnya pada kolom kedua inilah produk akhir dihasilkan berupa gas nitrogen dengan kemurnian sekurang-kurangnya 99-99,5% dan oksigen dengan kemurnian 95-99,5%. Cairan yang kaya akan oksigen selanjutnya dilewatkan pada penukar panas tidak langsung dengan udara umpan sehingga dihasilkanlah produk gas oksigen.

Pada unit kedua, terdapat tiga kolom distilasi disertai adanya reaktor pembakar. Nitrogen yang terbawa ke unit kedua ini akan memasuki kolom pertama yang memisahkan nitrogen tersebut untuk direcylce ke unit pertama. Produk yang dikirim ke unit pertama adalah produk atas sementara produk bawah akan dikirim ke kolom kedua. Pada kolom kedua, produk atas akan dikirim ke reaktor sementara produk bawah akan dikirim kembali ke unit pertama. Produk atas kolom kedua ini akan dicampur dengan hidrogen dan dikirim ke reaktor pembakar. Reaktor ini berfungsi untuk menghilangkan hidrogen dengan reaksi pembakaran hidrogen yang menghasilkan air. Air yang dihasilkan selanjutnya dipisahkan di kolom reflux yang kemudian dibuang ke waste water treatment. Sementara gas yang komponen utamanya adalah nitrogen dan argon akan menjadi umpan kolom ketiga. Di kolom terakhir ini argon dan gas ringan yang masih bercampur akan dipisahkan. Produk utamanya berupa gas argon dan trace gas yang dibuang ke udara. Argon akan dihasilkan sebagai produk bawah sedangkan trace gas lainnya akan dihasilkan sebagai produk atas kolom distilasi.

Di negara-negara maju, studi mengenai aplikasi teknologi kriogenik untuk pembekuan produk pangan telah dimulai sejak dekade 1990-an. Beberapa kelebihan teknologi kriogenik untuk pembekuan produk pangan dibandingkan teknologi pembekuan konvensional telah ditemukan, di antaranya yaitu :

a)      teknologi kriogenik mempunyai kemampuan mencegah rusaknya adenosintrifosfat (ATP) pada produk pangan laut segar selama periode penyimpanan.

b)      mampu mempercepat pembekuan produk pangan seperti daging dan telur.

c)      menghambat pertumbuhan mikroorganisme perusak produk pangan lebih baik

d)     mencegah rusaknya nutrisi produk pangan lebih baik.

2.2 REAKSI KIMIA YANG TERJADI

Reaksi kimia yang terjadi yaitu:

Pada menara pemisahan CO₂ pada scrubbing tower

2NaOH +CO₂              Na₂CO₃     +H₂O                  +                H₂O

Flowsheet

 

BAB III

PENUTUP

3.1 KESIMPULAN

• Selain bahan kimia yang sangat aktif, asam sulfat juga merupakan bahan kimia yang paling banyak dipakai dan merupakan produk teknik yang amat penting.
• Asam sulfat digunakan dalam industri besi dan baja, industri pembuatan pupuk, deterjen, aluminium sulfat dan industri kimia.
• Bahan baku yang digunakan dalam pembuatan asam sulfat adalah belerang, oksigen, Vanadium pentaoksida dan air.
• Proses pembuatan asam sulfat diklasifikasikan menjadi 2 yaitu dengan proses kontak dan kamar timbal.
• Proses produksi asam sulfat menggunakan proses kontak melalui 3 tahapan, yaitu: pembakaran belerang, oksidasi dengan bantuan katalis dan absorbsi gas SO₃.
• Pengelolaan lingkungan yang dilakukan, diterapkan untuk 4 jenis limbah yaitu : pengolahan limbah cair, padat, gas, debu dan kebisingan.

3.2 Kritik dan Saran

Demikianlah makalah ini, Akhirnya kepada Allah jua-lah kita berharap, mudah-mudahan Makalah ini berguna bagi kita semua sehingga dapat meningkatkan ilmu pengetahuan. Kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar didalam kesempatan lain, kami dapat memperbaiki makalah saya ini.

DAFTAR PUSTAKA

http://teknologi.kompasiana.com/terapan/2013/09/01/pemisahan-nitrogen-dan-oksigen-secara-kriogenik-588858.html

http://www.kamusilmiah.com/teknologi/aplikasi-cryogenic-untuk-pembekuan-produk-pangan/

Perry, R.H., Perry’s Chemical Engineering’s Hand Book, 6^th edition, McGraw Hill Book Company.