SIFAT-SIFAT FISIS MINYAK BUMI
Titik Didih Rerata Fraksi Minyak Bumi • Banyak sifat- sifat fisis senyawa hidrokarbon murni yang dapat di korelasikan dengan berat jenis (specific grafity) dan titik didih normal. • Berat jenis fraksi minyak bumi dengan mudah dapat di tentukan dalam laboratorium, sedangkan titik didih rerata yang segera dapat di peroleh dari data distilasi ASTM adalah titik didih rerata volumetris, TDRV (volumetric average boiling point, VABP) . Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
2
• Watson dan Nelson menunjukan bahwa banyak sifatsifat fisis fraksi minyak bumi yang tidak dapat di kolerasikan dengan titik didih rerata volumetris, tetapi hanya dapat di kolerasikan dengan titik didih rerata fraksi minyak bumi yang lain, seperti titik didih rerata molal, TDRM (molal average boiling point, MABP), titik didih rerata kubis, TDRK (cubic average boiling point, CABP), titik didih rerata berat, TDRB (weight average boiling point, WARP) dan titik didih rerata tengahan, TDRT (mean average boiling point, MeABP). Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
3
• Karena titik didih rerata molal, rerata berat dan rerata kubis sukar untuk ditentukan dalam laboratorium, maka Watson dan Nelson mencari cara untuk memperoleh hubungan antara titik didih–titik didih rerata tersebut dengan titik didih rerata volumetris.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
4
Korelasi antara berbagai titik didih rerata Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
5
Faktor Karakterisasi • Berdasarkan pengamatan-pengamatan fraksionisasi minyak-minyak mentah, Watson, Nalson dan Murphy mendapatkan bahwa berat jenis setiap fraksi kira-kira sebanding dengan akar pangkat tiga titik didihnya dalam skala absolut pada tekanan 1 atmosfir. • Faktor perbandingan tersebut yang merupkan indeks tingkat keparafinan bahan minyak disebut factor karakterisasi U.O.P. atau factor Watson yang di beri simbol K. Sehingga dapat dituliskan bahwa:
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
6
• Dimana S adalah berat jenis pada 60/600 F dan TB adalah titik didih rerata tengahan TDRT. • TB mula-mula oleh Watson didefinisikan sebagai titik didih rerata molal TDRM, namun dalam perkembangnya TB ini kemudian berubah menjadi titik didih rerata kubis TDRK, dan akhirnya menjadi titik didih rerata tengahan TDRT. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
7
• Untuk senyawa hidrokarbon murni, terlihat adanya perbedaan harga K yang menyolok antara senyawa hidrokarbon paraffin, naften dan aromat. • Apabila K1,K2,K3 dan seterusnya adalah factor karakterisasi senyawa hidrokarbon 1,2,3 dan seterusnya, maka factor karakterisasi campuran senyawa hidrokarbon dapat di hitung dengan persamaan berikut: K= K1W1 + K2W2 + K3W3 +…. • Dimana W1, W2, W3 dst adalah fraksi berat senyawa hidrokarbon 1,2,3 dst, ternyata bahwa faktor karakterisasi mempuyai peranan yang sangat penting untuk fraksi minyak bumi langsung (straight run fractions) karena faktor tersebut dapat di korelasikan dengan sifat fisis dan sifat termal fraksi . Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
8
• untuk fraksi minyak bumi yang mengandung hidrokarbon olefin, diolefin dan aromat yaitu yang berasal dari proses rengkahan ataupun proses sintesis yang lain, faktor karakterisasi Watson tidak dapat di korelasikan secara baik dengan sifat-sifat fisis dan termal fraksi.
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
9
Panas Jenis • Panas jenis adalah panas yang di perlukan untuk menaikan suhu satu satuan berat bahan sebesar satu derajat. Satuan panas jenis yang biasa di pergunakan adalah kalori/(gram) (0C) dalam system cgs dan BTU/(Ib) (0 F) dalam system inggris. Harga numerik panas jenis adalah dalam kedua system satuan di atas untuk sesuatu bahan. • Panas jenis pada tekanan tetap harganya lebih tinggi dari pada panas jenis pada volum tetap. • Panas jenis minyak bumi dan fraksi-fraksinya mempunyai korelasi dengan suhu, grafitas API dan faktor karakterisasi K menurut persamaan sebagai berikut: • Persamaan di atas menunjukan bahwa untuk fraksi minyak bumi yang mempunyai harga K dan API gravity tertentu, panas jenis merupakan fungsi Heri Rustamaji Tekniklinier Kimia Uniladari suhu. 10
• Menurut Watson dan Fallon, panas jenis uap minyak bumi mempunyai korelasi dngan suhu dan faktor karakterisasi K menurut persamaan sebagai berikut: Cp = (0,045K-0,233) + (0,44+ 0,017K) 10 -3 t – (0, 153) 10 -6 t 2 • Sehingga uap minyak bumi yang mempunyai faktor karakterisasi tertentu , panas jenisnya merupakan fungsi kuadrat dari suhunya • Panas jenis rerata uap minyak bumi dapat di tentukan dengan di tentukan dengan rumus pendekatan sebagai berikut: Cp rerata = 1/6 (cp1 + 4 cpt rerata +cp2 ) Dimana : cp1 = panas jenis uap minyak pada t1 Cp2= panas jenis uap minyak pada t2 Cpt= panas jenis pada suhu rerata, yaitu pada ½ ( t1 + t2) Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
11
Panas jenis fraksi minyak bumi (Nelson, 1958) Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
12
Panas jenis uap fraksi minyak bumi (Nelson, 1958) Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
13
Panas Laten Penguapan • Panas laten penguapan ialah panas yang diperluakan untuk menguapkan satu satuan berat cairan pada titik didih atmosferis. • Dalam satuan inggris satuan panas laten penguapan adalah Btu/lb dan dalam sistem satuan cgs adalah kalori/g. • Panas laten penguapan molar pada tekanan atmosferis untuk cairan-cairan non-polar seperti cairan hidrokarbon dapat dperkirangan dengan persamaan Kistiakowsky. Mr = Tb [7,58 + 4,57 log Tb] Mr = panas laten penguapan, Btu/lbmol Tb = titik didih normal, R Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
14
Panas Laten Penguapan • Menurut Wason persamaan di atas memberikan harga panas laten penguapan molar yang rendah untuk fraksi minyak bumi berat. Untuk menentukan panas laten penguapan fraksi minyak bumi pada tekanan yang lain dari tekanan atmosferis, watson mengajukan persamaan empiris :
• L = panas laten penguapan absolut T • LB = Panas laten penguapan padatitik didih normal • γ =Faktor koreksi Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
15
Panas penguapan fraksi minyak bumi pada tekanan atmosferis (nelson, 1958) Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
16
Titik kritis • Suhu kritis adalah suhu tertinggi dimana gas masih dapat dicairkan dengan menggunakan tekanan. • Tekanan minimum yang diperlukan untuk mencairkan gas pada suhu kritis disebut tekanan kritis. Volum pada suhu kritis tersebut disebut volum kritis. • Pada titik kritis, yaitu pada suhu dan tekanan kritis tidak dapat dibedakan lagi antara fasa gas dan fasa cair. Tidak terjadi perubahan volume apabila cairan diuapkan pada titik kritis, dan tidak diperlukan panas untuk penguapannya. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
17
Titik kritis • Untuk fraksi minyak bumi yang merupakan campuran dari banyak komponen, digunakan konsep titik kritis semu (pseudo critical point) • Menurut H,B Kay titik kritis semu didefinisikan sebagai suhu dan tekanan kritis rerata molar komponen-komponen suatu campuran. Titik kritis dapat digunakan untuk menentukan suhu dan tekanan tereduksi suatu campuran yaitu perbandingan suhu dan tekanan sebenarnya terhadap suhu dan tekanan kritisnya. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
18
Koefisien Ekspansi • Koefisien ekspansi adalah fraksi pertambahan volume apabila satu satuan volume bahan dipanaskan sebesar satu derajat. • Koefisien ekspansi : Daerah grafitas API
Koefisien ekspansi
0 - 14,9 15 - 4,9 35 – 50,9 51 – 63,9 64 – 78,9 79 – 88,9 89 – 93,9 94 – 100
0,00035 0,00040 0,00050 0,00060 0,00070 0,00080 0.00085 0.00090 Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
19
Vikositas • Uji ditilasi bukanlah merupakan uji rutin untuk fraksi minyak berat di dalam laboratorium • Untuk fraksi minyak berat seperti minyak bakar, residu dan minyak pelumas uji rutin dalam lab adalah viskositas. Sehingga minyak untuk berat, harga faktor karakterisasi seringkali diperoleh dari korelasi antara faktor karakterisasi dengan viskositas • Viskositas kritis kritis uap minyak dapat ditentuan dengan persamaan
• μc : viskositas kritis, M : berat molekul; Tc suhu kritis dalam K, Pc tekanan kritis dalam atmosfer. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
20
Panas pembakaran • Panas pembakaran bahan bakar minyak adalah panas keseluruhan yang diperoleh dari pembakaran sejumlah tertentu bahan bakar minyak yang mempunyai suhu 60oF pada waktu pembakaran mulai terjadi, dan hasil pembakaran didinginkan ke suhu 60o F. • Apabila pada pemakaran hasil pembakaran pembakaran uap air yang ada senuanya mengembun, maka panas pembakaran disebut panas pembakaran kotor (gross heating value) karena di dalamnya termasuk juga panas yang timbul karena pengembunan air. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
21
Panas pembakaran • Apabila uap air tidak mengembun, maka panas pembakarannya disebut panas pembakaran bersih (net heating value) • Panas pembakaran akan naik dengan naiknya gravitas API atau naiknya kandungan hidrogen • Hubungan panas pembakaran kotor dengan gravitas spesisfiknya diperkirakan dengan dengan persamaan: Panas pembakaran kotor,Btu/lb = 22,320-3,78 x S2 Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
22
Panas pembakaran • Untuk mendapatkan panas pembakaran bersih dari panas pembakaran kotor, dapat digunakan hubungan berikut: Panas pembakaran bersih, Btu/lb = panas pembakaran kotor (Btu/lb) – 94% hidrogen • Penentuan kandungan hidrogen dalam fraksi minyak bumi bukan merupakan pekerjaan rutin dalam lab. • Namun demikian korelasi empirik berikut ini dapat digunakan untuk memperkirakan kandungan hidrogen dalam fraksi minyak bumi, Persen berat hidrogen = 14,2 +0,173 (API) -7250/Tb Tb = titik didih rerata tengahan dalam dalam Renkin Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
23
DENSITAS • Densitas didefinisikan sebagai massa yang terdapat dalam satu satuan volum • Densitas sring dinyatakan dengan gravitas API, gravitas spesifik atau berat jenis • Densitas minyak adalah densitas minyak relatif terhadap densitas air pada kondisi tertentu
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
24
• Hubungan antara berat jenis pada 60oF/60oF dengan gravitas API adalah
• Hubungan antara densitas lb/gallon pada suhu 60oF dengan gravitas API
Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
25
TEKANAN UAP • Tekanan uap adalah tekanan di mana fase uap zat berada pada kesetimbangan dengan fasa cair zat tersebut pada suhu tertentu • Istilah tekanan uap pada umumnya dikenakan kepada zat murni, namun kadang-kadang digunakan untuk cairan. • Tekanan uap Reid (Reid vapor Pressure) adalah tekanan mutlak yang diberikan oleh suatu campuran dalam lb/in2, ditentukan pada suhu 100oF dan pada rasio uap terhadap cairan 4:1 • Tekanan uap reid digunakan untuk menentukan volatilitas bensin dan minyak mentah. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
26
TEGANGAN MUKA • Tegangan muka berbagai produk minyak bumi mempunyai daerah harga yang sempit, yaitu sekitar 24 sampai 38 dyne/cm. • Tegangan muka produk minyak bumi akan semakin naik dengan kenaikan berat molekul. • Kenaikan suhu menurunkan tegangan muka, sehingga pada suhu kritis tegangan muka sama dengan nol. Heri Rustamaji Teknik Kimia Unila
27
