kesetimbangan uap-cair isobarik sistem terner...

KESETIMBANGAN UAP-CAIR ISOBARIK

SISTEM TERNER ETHANOL + ISOBUTANOL +

ISOOCTANE PADA 101,3 kPa

Dipresentasikan Oleh:

Sabila Silmi Rozanah 2308.100.030

Felicia Wijayanti 2308.100.034

Pembimbing: Dr. Ir. Kuswandi, DEA

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2012

Penggunaan Bahan Bakar

Kenapa ini menjadi sangat PENTING?

1

2

Cadangan Bahan Bakar Fosil yang menipis

CO2

NOx

CO

3

Perpres

(B20 / B10) Penetrasi fosil pasar bahan bakar dalam

bentuk aneka campuran

Tahun 2006 No. 5 tahun 2025) (Energi campuran 5% >

Biofuel sebagai Senyawa Oksigenat

Mendapatkan data

kesetimbangan uap-cair sistem

biner etanol(1) + isobutanol(2),

ethanol(1) + isooctane(3), dan

isobutanol(2) + isooctane(3)

serta sistem terner ethanol(1) +

isobutanol(2) + isooctane(3)

pada tekanan 101,33 kPa.

Mengkorelasikan data

eksperimen dengan

menggunakan persamaan

NRTL dan Wilson.

KESETIMBANGAN UAP-CAIR ISOBARIK SISTEM TERNER ETHANOL +

ISOBUTANOL + ISOOCTANE PADA 101,3 kPa

06

Ju

li 2

01

2

Tinjauan Pustaka

Kesetimbangan Vapor-Liquid?

L

i

V

i ff ˆˆ

sat

iiiii PxPy ˆ

1ˆ iPada Tekanan Rendah

Vapor Liquid

Wilson

Dapat digunakan untuk sistem biner dan multikomponen, penyelesaiannya tidak terlalu rumit

Sangat cocok digunakan untuk campuran biner yang sangat non-ideal seperti larutan alkohol dengan hidrokarbon

Dapat digunakan untuk campuran larut sebagian (partial miscible) dengan syarat terbatas hanya pada wilayah yang memiliki satu fase

Hanya memiliki 2 parameter sehingga secara matematik lebih simpel.

λji,λij

NRTL dapat diterapkan dengan baik pada kesetimbangan uap – cair maupun cair-cair.

α , bij, bji

NRTL

Dapat diterapkan untuk sistem larutan partial miscible.

Cocok untuk tekanan rendah

Dapat menangani keadaan-keadaan yang sangat tidak ideal, dengan tiga parameter yang dapat disesuaikan

Penelitian Sebelumnya

Ku dan (2005) : Tu Pengukuran Vapor-Liquid Equilibrium pada 101,3 kPa campuran

dan

isobarik pada acetone, ethanol

2,2,4-trimethylpentane dengan menggunakan

tabung kesetimbangan kaca ebulliometer dan Swietolawski termodifikasi.

Korelasi: Wilson, dan UNIQUAC NRTL,

Kuswandi, dkk (2011) : Perhitungan kesetimbangan untuk etanol + etil asetat isoamil alkohol

uap-cair sistem biner

ebulliometer menggunakan

Berro-Rogalsky-Peneloux

dan

Korelasi: UNIQUAC NRTL dan

Kwanchaeron, dkk (2007) : Kelarutan campuran diesel-biodiesel-ethanol dan serta

dari mesin

propertinya

Diesel.

Nilai mengandung 10% yang ethanol

kalor campuran tidak jauh berbeda dengan diesel murni.

karakteristik emisi

Pencampuran 15% diesel, diesel, 5% ethanol

80% cocok untuk produksi diesel.

dan

KESETIMBANGAN UAP-CAIR ISOBARIK SISTEM TERNER ETHANOL +

ISOBUTANOL + ISOOCTANE PADA 101,3 kPa

06

Ju

li 2

01

2

Metodologi Penelitian

dan Eksperimen

Bahan

Dan Variabel

Etanol p.a. 99,9% (MERCK)

Isooctane p.a. 99,9 % (MERCK)

Isobunol p.a. 99-100% (MERCK)

BAHAN

VARIABEL

Bahan

Dan Variabel

Biner dan Terner

Komposisi campuran

Prosedur Percobaan

Sampel Liquid

Sampel Uap

Feed

Keterangan: - F = Feed inlet - B = Boiler - CP = Cottrel Pump - T = Temperatur Well - S = Separator - L = Liquid Condensate Trap - V = Vapor Condensate Trap - C1 = Kondensor 1 - C2 = Kondensor 2

Ebulliometer Berro-Rogalsky-Peneloux

• Tipe GC → Gas Chromatography Techcomp series D7900

• Jenis kolom → HP Plot-Q

• Carrier gas → Helium dengan laju alir gas 7 mL/s

• Suhu oven → 250oC

• Detector → TCD (Thermal Conductivity Detector)

Analisis Hasil Penelitian

Metodologi Penelitian

Start

Eksperimen

Metodologi Penelitian

Analisa hasil eksperimen

Metodologi Penelitian

Tes konsistensi termodinamika

Metodologi Penelitian

Hitung parameter dengan korelasi Wilson dan NRTL

Metodologi Penelitian

Plot diagram T-x-y dari hasil eksperimen untuk sistem biner dan tabulasi T-x-y

untuk sistem terner

Metodologi Penelitian

Menghitung deviasi antara hasil eksperimen dengan

prediksi

Metodologi Penelitian

End

Metodologi Penelitian

KESETIMBANGAN UAP-CAIR ISOBARIK SISTEM TERNER ETHANOL +

ISOBUTANOL + ISOOCTANE PADA 101,3 kPa

06

Ju

li 2

01

2

Hasil dan Pembahasan

Konstanta ETHANOL ISOBUTANOL ISOOCTANE A 5,3368 4,3450 3,9360 B 1648,2200 1190,3800 1257,8500 C 230,9180 166,6700 220,7670

Tekanan Uap

𝑃𝑖𝑠𝑎𝑡(𝑏𝑎𝑟) = 10𝐴𝑖−

𝐵𝑖𝑇(°𝐶𝑒𝑙𝑐𝑖𝑢𝑠)+𝐶𝑖

Perhitungan tekanan uap murni dengan Pers. Antoine :

Nilai konstanta Antoine masing-masing zat :

Relative Error = 2,443 → Metode Valid

90

92

94

96

98

100

102

75 75,5 76 76,5 77 77,5 78 78,5

P (k

Pa)

T (°C)

Tekanan Uap Zat Murni Eksperimen Terhadap Temperatur Untuk Etanol : (•) Eksperimen; (-) Persamaan Antoine.

Tekanan Uap

Tes Konsistensi Termodinamika

Menggunakan tes luasan Herrington dengan indeks konsistensi harus kurang dari 10 %.

*( - ) tidak konsisten, ( + ) Konsisten

Sistem Uji Konsistensi

D J | D-J | Konsistensi

Etanol (1) + Isobutanol (2) 48,98 56,35 7,36 +

Etanol (1) + Isooctane (3) 26,53 52,11 25,06 -

Isobutanol (2) +

Isooctane (3) 34,89 28,24 6,65 +

Tabel Hasil Eksperimen Kesetimbangan dan Prediksi Uap Cair Sistem Biner Etanol (1) + Isobutanol (2) Pada Tekanan 101,3 kPa

x1 eksp

y1 eksp

T(oC) eksp

y1 NRTL

T(oC) NRTL

y1 Wilson

T(oC) Wilson

0,0000 1,0000 106,50 0,0000 107,65 0,0000 107,65 0,2966 0,6831 88,30 0,6539 88,27 0,6457 88,03 0,4139 0,5861 86,70 0,7210 85,20 0,7048 86,30 0,5301 0,4699 84,20 0,7742 83,30 0,7710 83,44 0,6461 0,3539 83,00 0,8219 81,78 0,8203 81,88 0,7550 0,2450 81,40 0,8677 80,55 0,8675 80,61 0,8096 0,1904 79,90 0,8926 79,98 0,8928 80,03 0,8728 0,1272 79,50 0,9240 79,37 0,9245 79,39 1,0000 0,0000 77,20 1,0000 78,25 1,0000 78,25

Kesetimbangan Uap-Cair

Sistem Etanol (1) + Isobutanol(2)

75,00

80,00

85,00

90,00

95,00

100,00

105,00

110,00

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Tem

pera

tur

(°C

)

x1, y1

NRTL wilson x eksperimen y eksperimen

Kesetimbangan Uap-Cair

Sistem Etanol (1) + Isobutanol(2)

RMSD y RMSD T NRTL Wilson NRTL Wilson 0,0564 0,0572 0,767 0,7547

Tabel Hasil Eksperimen Kesetimbangan dan Prediksi Uap Cair Sistem Biner Etanol (1) + Isooctane(3) Pada Tekanan 101,3 kPa

x1 eksp

y1 eksp

T(oC) eksp

y1 NRTL

T(oC) NRTL

y1 Wilson

T(oC) Wilson

0,0000 1,0000 98,40 0,0000 99,26 0,0000 99,23 0,1321 0,8679 82,30 0,5163 78,88 0,4922 80,43 0,3281 0,6719 75,80 0,6241 74,03 0,6229 74,88 0,5381 0,4619 74,00 0,6491 73,36 0,6737 73,47 0,7025 0,2975 73,20 0,6743 73,28 0,7048 73,21 0,7157 0,2843 73,30 0,6779 73,29 0,7077 73,21 0,7529 0,2471 73,40 0,6903 73,37 0,7169 73,24 0,7700 0,2300 73,50 0,6974 73,43 0,7217 73,26 0,7813 0,2187 73,60 0,7434 73,48 0,7171 74,09 0,9138 0,0862 76,20 0,8188 76,82 0,8297 75,49 1,0000 0,0000 77,20 1,0000 78,25 1,0000 78,25

Kesetimbangan Uap-Cair

Sistem Etanol (1) + Isooctane(3)

72

77

82

87

92

97

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Tem

pera

tur

(o C)

x1, y1

Wilson NRTL y eksperimen x eksperimen

Kesetimbangan Uap-Cair

Sistem Etanol (1) + Isooctane(3)

RMSD y RMSD T NRTL Wilson NRTL Wilson 0,0444 0,048 1,2604 0,8117

Tabel Hasil Eksperimen Kesetimbangan dan Prediksi Uap Cair Sistem Biner Isobutanol (2) + Isooctane(3) Pada Tekanan 101,3 kPa

x2 eksp

y2 eksp

T(oC) eksp

y2 NRTL

T(oC) NRTL

y2 Wilson

T(oC) Wilson

0,0000 1,0000 98,40 0,0000 99,26 0,0000 99,23 0,0614 0,9386 94,00 0,1940 93,65 0,1822 93,97 0,1110 0,8890 92,30 0,2612 91,86 0,2385 92,53 0,1550 0,8450 91,55 0,2956 91,10 0,2677 91,92 0,2110 0,7890 91,09 0,3224 90,69 0,2927 91,52 0,2550 0,7450 90,95 0,3364 90,59 0,3075 91,37 0,3231 0,6769 90,90 0,3520 90,65 0,5439 91,29 0,4470 0,5530 91,20 0,3753 91,09 0,5440 91,47 0,5238 0,4762 91,80 0,3928 91,56 0,5442 91,79 0,6866 0,3134 93,70 0,4564 93,47 0,5452 93,35 0,6875 0,3125 94,00 0,4569 93,48 0,5452 93,36 0,8069 0,1931 96,50 0,5533 96,40 0,5421 95,96 0,9130 0,0870 100,80 0,7227 101,12 0,7069 100,55 1,0000 0,0000 106,70 1,0000 97,21 1,0000 107,65

Kesetimbangan Uap-Cair

Sistem Isobutanol (2) + Isooctane(3)

90

92

94

96

98

100

102

104

106

108

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Tem

pera

tur

(o C)

x1, y1

Wilson NRTL x eksperimen y eksperimen

Kesetimbangan Uap-Cair

Sistem Isobutanol (2) + Isooctane(3)

RMSD y RMSD T NRTL Wilson NRTL Wilson 0,0463 0,0635 0,4651 0,4827

Sistem Model

Parameter RMSD

Λij / bij

(cal mol-1) Λji / bji

(cal mol-1) α T ( oC ) y(1)

Ethanol (1) + Isobutanol (2)

Wilson 1102,7905 9,3266 - 0,7547 0,0572 NRTL 103,1785 518,9564 0,1 0,7670 0,0564

Ethanol (1) + Isooctane (3)

Wilson 1082,3375 665,83 - 0,8117 0,048 NRTL 613,8205 634,6760 0,011 1,2604 0,0444

Isobutanol (2) + Isooctane (3)

Wilson 1211,3635 400,42 - 0,4827 0,0635 NRTL 417,1899 1113,4384 0,3 0,4651 0,0463

* Parameter Λ = untuk Wilson

b = untuk NRTL

Parameter Sistem Biner

Kesetimbangan Uap Cair Sistem Terner Etanol (1) +

Isobutanol (2) + Isooctane (3) dengan Korelasi NRTL

Variabel x Eksperimen Prediksi x1 x2 y1 y2 y3 T (oC) y1 y2 y3 T (°C)

0,317 0,188 0,464 0,104 0,432 77,8 0,5072 0,0798 0,4130 76,89 0,209 0,265 0,353 0,149 0,497 79,7 0,4074 0,1346 0,4580 79,48 0,408 0,161 0,512 0,120 0,368 75,2 0,5521 0,0587 0,3892 75,82 0,465 0,151 0,539 0,109 0,352 75,0 0,5735 0,0504 0,3761 75,41 0,054 0,294 0,178 0,242 0,581 82,5 0,1750 0,2521 0,5729 85,76 0,309 0,258 0,518 0,134 0,348 78,1 0,4759 0,1035 0,4206 77,75 0,332 0,266 0,524 0,129 0,348 77,5 0,4849 0,1020 0,4132 77,57

Variabel x Eksperimen Prediksi

x1 x2 y1 y2 y3 T (oC) y1 y2 y3 T (°C)

0,317 0,188 0,464 0,104 0,432 77,8 0,5258 0,1024 0,3719 77,19

0,209 0,265 0,353 0,149 0,497 79,7 0,4347 0,1499 0,4154 79,77

0,408 0,161 0,512 0,120 0,368 75,2 0,5736 0,0821 0,3443 76,03

0,465 0,151 0,539 0,109 0,352 75,0 0,5974 0,0736 0,3290 75,55

0,054 0,294 0,178 0,242 0,581 82,5 0,1964 0,2423 0,5612 86,31

0,309 0,258 0,518 0,134 0,348 78,1 0,5070 0,1257 0,3673 77,96

0,332 0,266 0,524 0,129 0,348 77,5 0,5187 0,1247 0,3566 77,77

Kesetimbangan Uap Cair Sistem Terner Etanol (1) +

Isobutanol (2) + Isooctane (3) dengan Korelasi Wilson

RMSD y RMSD T NRTL Wilson NRTL Wilson 0,0867 0,276 1,3203 1,508

RMSD Sistem Terner Etanol (1) + Isobutanol (2) +

Isooctane (3) dengan NRTL dan Wilson

Dari hasil penelitian dan perhitungan yang telah dilakukan, didapatkan hasil pengukuran kesetimbangan uap-cair sistem biner ethanol + isooctane, ethanol + isobutanol, dan isobutanol + isooctane serta sistem terner ethanol + isobutanol + isooctane pada tekanan 101,3 kPa.

Minimum boiling point azeotrop tampak pada sistem biner etanol + isooctane dan isobutanol + isooctane.

Sistem biner ethanol + isooctane dan ethanol + isobutanol diprediksi dengan sangat baik menggunakan korelasi Wilson. Sedangkan sistem isobutanol + isooctane diprediksi dengan sangat baik dengan korelasi NRTL.

Sistem terner ethanol + isobutanol + isooctane dapat diprediksi dengan baik oleh korelasi NRTL

1

3 2

4

TERIMA KASIH.

Oleh Sabila & Felicia