TERMODINAMIKA Energi dan Hukum Pertama - Perubahan Temperatur Adiabatik Selama Reaksi Kimia

Menentukan  temperatur  maksimum  hasil  pembakaran  bahan bakar 

Temperatur yang dapat dicapai selama proses polimerisasi, jika tidak ada efek pendinginan

Temperatur nyala adiabatik (adiabatic flame temperature, AFT)

Bahan  bakar  gas  (T  =  298  K)  dibakar  dengan  udara  kering  stoikhiometrik (21% O₂ + 79% N₂) yang juga berada pada T = 298 K. Stoikhiometrik berarti jumlah udaranya pas untuk menyempurnakan pembakaran, tidak kurang dan tidak berlebih. Dalam prakteknya jumlah udara selalu berlebih  (10  -  20%) untuk menjamin pembakaran sempurna.

Komposisi kimia bahan bakar (% volume) : 20% CO, 30% CO₂, dan 50% N₂

Reaksi pembakaran : CO + ½ O₂ → CO₂ 

 

Ambil burner sebagai sistem. Balans Energi : 
Q + W = Σ h_o m_o - Σ h_i m_i  

Tidak ada kerja masuk atau keluar sistem, W = 0.
Proses adiabatik, Q = 0.

Maka balans energi menjadi :
 Σ h_o m_o = Σ h_i m_i

Σ h_o m_o = 0.5 h_CO2,T + 0.88 h_N2,T   Σ h_i m_i = 0.2 h_{CO, 298} + 0.3 h_{CO2, 298} + 0.1 h_{O2, 298} + 0.88 h_{N2, 298 hO2, 298 = 0, hN2, 298 = 0. 
Σ ho mo = {0.5 ΔhfCO2, 298 + 0.5 ∫^T298 Cp, CO2 (g) dT }+ {0.88 ∫^T298 Cp, N2 (g) dT} 
Σ hi mi = 0.2 ΔhfCO, 298 + 0.3 hfCO2, 298  
0.5 ∫^T298 Cp, CO2 (g) dT + 0.88 ∫^T298 Cp, N2 (g) dT = 0.2 (ΔhfCO, 298 - ΔhfCO2, 298)} 


Anggap  C_p  (CO₂)  =  57.3  J/mol-K  (konstan),  dan  C_p  (N₂)  =  34.3  J/mol-K (konstan) 
Δh_{fCO, 298} = -110 500 J/mol, dan Δh_{fCO2, 298} = 393 500 J/mol
Diperoleh temperatur nyala adiabatik, T = 1260 K.

Jika udara yang digunakan basah/lembab, maka T akan lebih rendah.


Temperatur pada waktu reaksi polimerisasi

Reaksi polimerisasi : M (l) = 1/n (P_n)  
M = monomer cair 
Pn = amorf polimer dengan derajat polimerisasi n.

Entalpi polimerisasi : 
Δh_P = (1/n) Δh_f (P_n) - Δh_f (M) 
Δh_P standar untuk metacrylate = -56.1 kJ/mol Kapasitas panas = 200 J/mol-K  
Polimerisasi terjadi mulai T = 298 K.  

 

Referensi: Ardy, Husaini. Diktat Kuliah Termodinamika. ITB. 2012

Share on :

Tweet