ABSTRAK

Percobaan ini bertujuan untuk memperoleh data kesertimbangan uap-cair dalam

system biner (2 senyawa yang ingin dipisahkan). Hasil data yang diperoleh dikorelasikan

dalam bentuk model-model termodinamika. Nilai parameter-parameter model matematika

didapatkan dengan meregresikanya secara tidak linear berdasarkan kriteria jumlah kuadrat

terkecil.

Pada percobaan ini digunakan piknometer untuk mengukur densitas komponen

murni A dan komponen murni B yang nantinya akan menjadi campuran mengalami

kesetimbangan. Selanjutnya digunakan refraktometer untuk mengukur indeks bias sebagai

kalibrasi antara indeks bias dan komposisi dari larutan campuran. Terakhir, digunakan

ebuliometer untuk mendapatkan hasil fasa cair dan fasa uap keseimbangan untuk diketahui

indeks bias dan komposisi masing-masing produk fasa.

Dari percobaan ini, didapatkan bahwa komposisi etanol kesetimbangan uap cair

pada suhu … adalah sebesar …. Hal ini dapat dibandingkan dengan hasil pemodelan yang

juga sudah mendekati nilai literatur.

Kata Kunci : Kesetimbangan, komposisi, indeks bias

Halaman 1 dari 28

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kesetimbangan uap cair merupakan data termodinamika yang sangat

diperlukan dalam merancang dan mengoperasikan kolom-kolom distilasi. Data

kesetimbangan uap cair dapat diperoleh melalui eksperimen dan pengukuran.

Percobaan lengkap memerlukan waktu yang lama dan biaya yang besar karena

dibutuhkan serangkaian metoda pengukuran untuk mendapatkannya, sehingga cara

yang umum ditempuh adalah dengan pengukuran data pada beberapa kondisi tertentu

kemudian meringkasnya dalam bentuk model-model matematika yang relatif mudah

diterapkan dalam persamaan yang dapat diselesaikan dengan perhitungan-perhitungan

komputer. Pemakaian model matematika termodinamika harus berdasarkan landasan

teoritik yang tepat sehingga penerapan di luar batas pengembangan modelnya dapat

dipertanggung jawabkan.

Data kesetimbangan uap-cair biner, terutama campuran etanol-air sudah

banyak terdapat dalam literatur. Oleh karena itu, untuk mengetahui hasil percobaan

dan hasil pemakaian model matematika untuk kesetimbangan uap cair yang akurat,

dibandingkan hasilnya dengan literatur.

1.2 Tujuan

Setelah melakukan praktikum kesetimbangan uap cair diharapkan:

1. Memperoleh beberapa data komposisi saat kesetimbangan uap cair campuran

biner pada suhu tertentu

2. Membandingkan hasil data yang telah diambil dengan salah satu model

matematik yaitu Wilson dan dengan literatur.

Halaman 2 dari 28

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kesetimbangan dan Kesetimbangan Uap Cair

Sebuah sistem dikatakan berada dalam kesetimbangan termodinamika jika,

ketika diisolasi dari lingkungannya, tidak akan terjadi perubahan yang dapat terlihat

secara makroskopik (Moran, 2004). Syarat utama keadaan kesetimbangan adalah

terdapat temperatur yang seragam pada system. Jika kondisi termal ini tidak dipenuhi,

perpidahan kalor yang terjadi harus diisolasi. Lalu, tidak boleh terjadi

kettidaksetimbangan gaya pada system. Kondisi-kondisi ini menjamin sitem berada

dalam kesetimbangan termal dan mekanik, namum masih mungkin terjadi

kesetimbangan yang tidak menyeluruh Kriteria kondisi kesetimbangan dikembangkan

dengan menggunakan prinsip konservasi energi dan hukum kedua termodinamika.

Pada kesetimbangan uap cair biner, dua fasa berada dalam kesetimbangan

termodinamika apabila temperatur dan tekanan kedua fasa serta potensial kimia pada

keadaan terisolasi masing-masing komponen yang terlibat bernilai sama. Potensial

kimia adalah ukuran stabilitas kimia yang dapat digunakan untuk mempredikasi dan

menafsirkan perubahan fasa dan reaksi kimia. Potensial kimia adalah besaran yang

tidak mudah dipahami dan juga sukar dihubungkan dengan variabel-variabel yang

mudah diukur seperti tekanan, temperatur, dan komposisi. Untuk mengatasi hal

tersebut, Lewis mengemukakan sebuah konsep yang dikenal sebagai konsep fugasitas.

Berdasarkan konsep fugasitas, kesamaan potensial kimia dapat diartikan pula sebagai

kesamaan fugasitas tanpa mengurangi arti yang terkandung di dalamnya.

2.2 Indeks Bias dan Refraktometer

Indeks bias menurut pengertian fisis adalah kemampuan cahaya merambat

dalam suatu zat berdasarkan molekul-molekul penyusun zat tersebut. Sedangkan

berdasarkan persamaan matematis, indeks bias adalah perbandingan cepat rambat di

udara dengan cepat rambat cahaya ketika melalui suatu zat. Apabila seberkas cahaya

Halaman 3 dari 28

jatuh pada permukaan air, sebagian dipantulkan (reflaksi) oleh permukaan, sebagian

lagi dibiaskan (refraksi) masuk kedalam air. Pengukuran indeks bias berguna untuk

sebagai berikut.

a. Menilai sifat dan kemurnian suatu medium salah satunya berupa cairan.

b. Mengetahui konsentrasi larutan-larutan.

c. Mengetahui nilai perbandingan komponen dalam campuran dua zat.

d. Mengetahui kadar zat yang diekstraksikan dalam pelarut.

Refraktometer adalah alat untuk mengukur indeks bias cairan, padatan atau

serbuk dalam cairan. Ciri khas refraktometer yaitu dapat dipakai untuk mengukur

secara tepat dan sederhana karena hanya memerlukan zat yang sedikit yaitu 0,1 mL

dan ketelitiannya cukup tinggi. Faktor-faktor yang mempengaruhi harga indeks bias

cairan yaitu:

a. Berbanding terbalik dengan suhu

b. Berbanding terbalik dengan panjang gelombang sinar yang digunakan

c. Berbanding lurus dengan tekanan udara dipermukaan udara

d. Berbanding lurus dengan kadar atau konsentrasi larutan

2.3 Hukum Rault Termodifikasi

Pada sistem bertekanan rendah, persamaan perhitungan hasil kesetimbangan

uap cair akan lebih akurat menggunakan hukum Rault termodifikasi dibandingkan

hukum Rault dasar (anggapan kedua fasa gas ideal). Deviasi-deviasi dari keidealan

lautan pada fasa cair diperhitungkan dengan menyisipkan faktor koefisien aktivitas (

γ1). Persamaannya adalah sebagai berikut.

y1 P=x i γi P isat (i=1,2, …, N ) (2.1 )

Persamaan di atas dapat digunakan dengan asumsi fasa gas ideal dan fasa cair

dianggap tidak ideal.

Halaman 4 dari 28

2.4 Parameter-Parameter Model Matematika

Parameter model ini digunakan untuk menyesuaikan hasil perkiraan model

dengan data yang diperoleh dari percobaan. Jumlah parameter bergantung pada model

yang digunakan dan pemilihan model biasanya disesuaikan dengan kondisi dan

sistem yang ditangani. Pada tekanan rendah model termodinamika sederhana yang

digunakan adalah persamaan Hukum Raoult Termodifikasi (Persamaan 1). Koefisien

aktivitas dihitung dengan menggunakan Persamaan Wilson. Parameter Wilson terdiri

dari 2 parameter yaitu (λ12−λ11) dan (λ12−λ22).

Parameter-parameter yang paling sesuai adalah parameter yang menjadikan

hasil perkiraan model sesuai dengan hasil percobaan. Hal ini dapat dilakukan dengan

cara meminimumkan suatu fungsi objektif tertentu. Fungsi objektif yang

diminimumkan bergantung pada data percobaan yang tersedia seperti data T,x-y; T,x;

P,x-y; atau lainnya.(Silverman dan Tassios, 1977).

Pemodelan Wilson memiliki kelebihan sebagai berikut.

1. Dapat digunakan untuk sistem biner dan multikomponen, penyelesaiannya tidak

terlalu rumit

2. Sangat cocok digunakan untuk campuran biner yang sangat non-ideal seperti

larutan alkohol dengan hidrokarbon

3. Dapat digunakan untuk campuran larut sebagian (partial miscible) dengan syarat

terbatas hanya pada wilayah yang memiliki satu fase.

4. Hanya memiliki 2 parameter sehingga secara matematik lebih simpel.

Halaman 5 dari 28

2.5 Data Kesetimbangan Uap Cair Literatur

Tabel 2.1 Data kesetimbangan untuk system Etanol - Air pada tekanan 101.325 kPa (1 atm)

(Geankoplis, 1997)

TemperaturxA yA

TemperaturxA yAOC OF OC OF

10098.195.291.887.384.783.282.0

212208.5203.4197.2189.2184.5181.7179.6

00.0200.0500.1000.2000.3000.4000.500

00.1920.3770.5270.6560.7130.7460.771

81.080.179.178.378.278.178.278.3

177.8176.2174.3173.0172.8172.7172.8173.0

0.6000.7000.8000.9000.9400.9600.9801.000

0.7940.8220.8580.9120.9420.9590.9781.000

Halaman 6 dari 28

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan dalam percobaan adalah SOLTEQ Vapor Liquid

Equilibrium yang terdiri dari kondensor, evaporator, penampung produk bawah,

pressure relief valve, control panel, top sample collector, rotameter, dan heater;

Termometer Gelas; Gelas Ukur; Gelas Kimia; Refraktometer; dan Selang Air.

Bahan yang digunakan dalam percobaan adalah Campuran biner etanol-air, untuk

setiap percobaan dibutuhkan 5 L campuran.

3.2 Skema Alat

a. Ebuliometer

Gambar 3.1 Skema Alat Ebuliometer

Halaman 7 dari 28

b. Refraktometer

3.3 Prosedur Kerja

Pada percobaan ini terdapat tiga bagian prosedur kerja yaitu pengukuran

densitas komponen etanol dan air, kalibrasi refraktometer untuk campuran etanol air

agar diketahui indeks biasnya, dan pengoperasian ebuliometer untuk mendapatkan

indeks bias dari produk atas dan produk bawah yang selanjutnya dignakan untuk

menghitung komposisi kesetimbangan uap cair.

3.3.1 Pengukuran Densitas

Pengukuran densitas air dan etanol dilakukan dengan piknometer. Gunakan

aqua dm sebagai larutan standar yang diketahui densitas pada setiap temperatur.

Sebelum menggunakan piknometer, cek apakah piknometer sudah bersih dan benar-

benar kosong. Timbang saat piknometer berada pada keadaan kosong, catat hasil

pengukuran. Masukkan aqua dm hingga penuh, tutup piknometer. Sebelum mengukur

berat piknometer, pastikan tidak ada air yang menempel pada dinding luar

piknometer dan praktikan tidak memegang piknometer dengan tangan kosong (bisa

menggunakan tissue) agar keringat yang ada di kulit tidak ikut terukur saat

penimbangan. Kemudian timbang piknometer yang berisi aqua dm, catat hasil

pengukuran. Keluarkan aqua dm, bersihkan piknometer dengan aseton, tunggu hingga

kering. Masukkan air keran ke dalam piknomerter hingga penuh lalu tutup. Timbang

piknometer yang berisi air keran, catat hasil pengukuran.

3.3.2 Kalibrasi Refraktometer

Digunakan refraktometer untuk mengukur indeks bias. Pengukuran

dilakukan dengan meneteskan sampel yang akan dianalisis pada prisma refraktometer

yang telah dibersihkan sebelumnya dengan aseton. Pada percobaan ini larutan etanol-

air dengan fraksi volume etanol sebesar 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9;

dan 1. Kemudian dilakukan pengamatan pada bacaan refraktometer, dan ditentukan

indeks bias hasil pengukuran tersebut.

Halaman 8 dari 28

3.3.3 Pengoperasian Ebuliometer

Campuran yang digunakan sebagai feed adalah air dan etanol dengan fraksi

volume etanol sebesar 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; dan 0,9. Untuk itu dilakukan 6 kali run

(masing-masing kelompok 3 kali run). Saat akan menggunakan ebuliometer, yang

pertama dilakukan adalah start-up dengan mengecek semua bagian alat dan

menyalakannya. Lalu buka penutup umpan dan masukkan umpan, cek level umpan

hingga ¾ level maksimum. Pastikan sistem dalam kondisi tekanan atmosferik.

Nyalakan keran air pendingin dan kondensor, tunggu hingga air pendingin konstan.

Set temperatur awal sebesar 100oC dan nyalakan heater. Tunggu selama beberapa

menit hingga temperatur konstan, catat temperatur dan keluarkan sampel kondensat

dari gas dan sampel liquid. Lakukan pengukuran indeks bias untuk kedua hasil

sampel tersebut. Tentukan fraksi mol dari kedua sampel dengan menggunakan kurva

kalibrasi refraktometer yang sudah dialurkan. Lakukan prosedur ini untuk run

selanjutnya dengan umpan yang memiliki fraksi volume yang berbeda. Dengan

menambahkan nilai-nilai parameter yang diketahui dari hasil percobaan dibuat ke

dalam kurva T,x-y dengan bantuan model matemaika Wilson menggunakan software

Hysys dan dibandingkan dengan nilai fraksi dari data yang diperoleh.

3.4 Variabel Percobaan

Variabel yang digunakan dalam percobaan terbagi menjadi tiga yaitu variabel

bebas, variabel tetap, dan variabel terikat.

3.4.1 Variabel Bebas

Variabel bebas yang digunakan dalam percobaan ini yaitu fraksi mol umpan

yang akan dimasukkan ke ebuliometer.

3.4.2 Variabel Tetap

Variabel tetap pada percobaan ini adalah tekanan dalam ebuliometer.

Halaman 9 dari 28

3.4.3 Variabel Terikat

Variabel terikat dalam percobaan ini adalah temperatur dan fraksi mol

etanol dari fasa uap dan fasa cair.

Halaman 10 dari 28

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengukuran Densitas Larutan

Densitas larutan murni air dan etanol diukur dengan menggunakan piknometer.

Densitas air atau aqua dm, didapatkan dari literatur pada temperatur ruangan.

Berdasarkan tabel A.1 pada lampiran A diperoleh nilai densitas air sebesar 996,688

kg/m3. Perhitungan densitas etanol dapat dilakukan menggunakan persamaan sebagai

berikut.

ρetanol=ρaqua dm(massa piknometerkosong+etanol−massapiknometer kosong)(massapiknometer kosong+aqua dm−massapiknometer kosong)

(4.1)

Berdasarkan data percobaan yang telah dilakukan perhitungannya, didapatkan

densitas etanol sebesar 793,461 kg/m3.

4.2 Kalibrasi Refraktometer

Kalibrasi refraktometer digunakan untuk mengalurkan grafik hubungan antara

indeks bias dengan fraksi mol larutan. Pada percobaan ini dilakukan dalam 11 variasi

komposisi campuran air-etanol. Berikut adalah kurva hasil kalibrasi refraktometer.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.01.30

1.32

1.34

1.36

1.38

f(x) = − 0.0841712796915175 x² + 0.0988839529301851 x + 1.3359807413188R² = 0.946781908261854

Kurva Kalibrasi Refraktometer

Fraksi Mol Etanol

Inde

ks B

ias

Gambar 4.1 Kurva Kalibrasi Refraktometer

Halaman 11 dari 28

Dari grafik di atas didapatkan korelasi antara indeks bias dengan fraksi mol

etanol adalah y=−0,0842 x2+0,0989 x+1,336. Hubungan antara indeks bias dan

komposisinya merupakan korelasi polinomial orde 2. Menurut teori, semakin besar

nilai indeks bias maka semakin tinggi pula fraksi mol komponen tersebut dalam

larutan (hubungannya berbanding lurus). Namun teori tersebut tidak dipenuhi pada

hasil percobaan ini, karena refraktometer yang digunakan memiliki batasan dalam

mengukur indeks bias. Pada komposisi atau fraksi mol yang sudah tergolong tinggi,

tidak dapat lagi terukur dengan akurat nilai indeks biasnya. Sehingga pada range

fraksi mol etanol sebesar 0,508 sampai 0,882 nilai fraksi mol etanol terhadap indeks

bias memiliki hubungan berbanding terbalik.

4.3 Pengoperasian Ebuliometer untuk Mendapatkan Nilai Temperatur dan Komposisi

Kesetimbangan

Penentuan temperatur dan komposisi kesetimbangan uap cair campuran etanol-

air dilakukan dengan 6 variasi umpan dengan fraksi volume etanol yaitu 0,1; 0,2; 0,4;

0,6; 0,8; dan 0,9. Pada awalnya didapatkan larutan campuran umpan milik praktikan

sebelumnya yang digunakan kembali. Untuk mengetahui komposisi umpan tersebut,

larutan tersebut diukur indeks biasnya dan kemudian ditentukan faksi mol nya dengan

persamaan yang didapatkan dari kalibrasi refaktometer sebelumnya. Setelah diketahui

fraksi mol etanol umpan tersebut, ditambahkan larutan murni etanol agar dicapai

fraksi mol etanol umpan yang dibutuhkan.

Secara teoritis, semakin besar konsentrasi (fraksi mol) etanol dalam umpan

akan menyebabkan penurunan temperatur kesetimbangan. Hal ini dikarenakan titik

didih etanol lebih rendah daripada titik didih air sehingga temperatur kesetimbangan

semakin rendah (cepat tercapai). Selain itu, konsentrasi kondensat menurun seiring

dengan bertambahnya komposisi umpan, sedangkan konsentrasi cairan meningkat

seiring dengan bertambahnya komposisi umpan.

Dari keenam variasi fraksi volume tersebut didapatkan temperatur

kesetimbangan sebesar 87,8oC; 83,1oC; 79,3oC; 78,1oC; 76,4oC; 75,5oC. Pada run

pertama didapatkan nilai indeks bias pada produk atas (produk kondensat fasa uap)

Halaman 12 dari 28

sebesar 1,36 dan pada produk bawah (produk fasa cair) sebesar 1,34. Data run kedua

sampai keenam terdapat pada tabel C.3 dalam lampiran C. Dari hasil tersebut,

diketahui nilai fraksi mol dari keenam variasi ini adalah 0,02; 0,06; 0,21; 0,28; 0,36;

0,2 untuk fasa cair (produk bawah) dan 0,32; 0,35; 0,35; 0,36; 0,36; 0,36 untuk fasa

uap (produk atas).

Menurut teori akan terlihat adanya hubungan berbanding terbalik antara

komposisi (fraksi mol) umpan dengan temperatur kesetimbangan. Namun dalam

percobaan ini, fraksi mol produk atas memilki nilai yang sama untuk beberapa run,

hal ini dapat terjadi karena saat pengukuran indeks bias, komposisi komponen sudah

mendekati titik azeotropnya dan pada refraktometer terdapat keterbatasan alat untuk

membaca komponen pada konsentrasi tinggi.

4.4 Perbandingan Data Hasil Pemodelan Wilson dan Data Teoritis

Dalam membandingkan antara data hasil Pemodelan Wilson dengan data

teoritis, terlebi dahulu dibentuk grafik T,x-y sebagai berikut.

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.075

80

85

90

95

100

Kurva Kesetimbangan T,x-y etanol-air pada P = 1 atm (Model Matematika Wilson)

x-y

T (o

C)

Gambar 4.2 Kurva Kesetimbangan T,x-y etanol-air pada tekanan 1 atm hasil

Pemodelan Matematika Wilson

Halaman 13 dari 28

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.075

80

85

90

95

100

Kurva Kesetimbangan T,x-y etanol-air pada P = 1 atm (Data Teoritis)

x-y

T (o

C)

Gambar 4.3 Kurva Kesetimbangan T,x-y etanol-air pada tekanan 1 atm hasil data

literatur Geankoplis 1997

Campuran etanol-air memiliki titik didih yang berdekatan (78.1oC dan 100oC)

dan biasa disebut campuran azeotrop. Campuran azeotrop merupakan campuran dua

atau lebih komponen pada komposisi tertentu dan komposisi tersebut tidak dapat

berubah lagi hanya melalui pemisahan sederhana. Dari kedua grafik di atas dapat

diketahui pada komposisi tertentu terdapat titik azeotrop komposisi etanol diantara

0.8-1.

Dibawah ini telah dialurkan perbandingan kurva kesetimbangan T,x-y hasil

model matematika Wilson dengan data literatur untuk mempermudah pembandingan

keduanya.

Halaman 14 dari 28

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 175

80

85

90

95

100

Kurva Kesetimbangan T,x-y

Bubble line Data LiteraturDew line data literaturBubble Line Data WilsonDew Line Data Wilson

x-y

T (o

C)

Gambar 4.4 Perbandingan Kurva Kesetimbangan T,x-y etanol-air pada tekanan 1 atm

hasil Model Matematika Wilson dengan data literatur Geankoplis 1997

Perbedaan yang sangat terlihat dari kedua kurva yang dibandingkan adalah

pada dew line dan bubble line, dari literatur nilai dew line dan bubble line lebih besar

dari nilai pemodelan pada fraksi yang sama. Pada bubble line, bila dilihat dari bentuk

geometri garis, keduanya memiliki kemiripan. Sementara pada dew line bentuk

geometri garis keduanya tidak memiliki kemiripan. Hal yang dapat terlihat dengan

jelas adalah pada dew line pemodelan Wilson garisnya pada rentang komposisi 0-0.8

mendekati lurus sementara pada data literatur terlihat cembung. Hal ini terjadi karena

pada pemodelan Wilson diambil pendekatan pada fasa uap dianggap ideal dan pada

pemodelan Wilson hanya digunakan dua parameter sebagai penentu utama pengaluran

diagram T-xy pada percobaan ini sehingga grafik yang didapatkan tidak sesuai

dengan data literatur. Untuk memperoleh pendekatan yang lebih akurat harus

digunakan pemodelan yang menggunakan parameter penentu lebih dari dua.

4.5 Perbandingan Hasil Percobaan dengan Data Hasil Pemodelan Wilson

Dalam membandingkan antara data hasil percobaan dengan data literatur,

dibentuk dahulu grafik T,x-y sebagai berikut.

Halaman 15 dari 28

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.075

80

85

90

95

100

Kurva Kesetimbangan T,x-y etanol -air pada P = 0,9133 atm (Model Matematika Wilson)

x-y

T (o

C)

Gambar 4.5 Kurva Kesetimbangan T,x-y pada tekanan 0,9133 atm hasil Pemodelan

Matematika Wilson

Kurva tersebut dibentuk dengan bantuan software Hysys. Hal yang harus

diketahui untuk membentuk kurva di atas adalah komponen apa yang ada dalam

campuran, lalu asumsi seperti apa yang digunakan (dalam kasus ini fasa uap

diasumsikan ideal dan fasa cairnya tidak ideal), serta nilai tekanan gauche sistem.

Tekanan sistem yang digunakan dalam percobaan ini adalah tekanan udara dalam

ruang laboratorium tempat dilakukan percobaan. Tekanan ruang yang terukur dalam

laboratorium sebesar 0,9133 atm.

Di bawah ini dibuat grafik yang berisi titik-titik kesetimbangan T,x-y etanol-

air yang didapatkan dari percobaan. Untuk mempermudah pembandingan dialurkan

pula kurva Kesetimbangan T,x-y Pemodelan Wilson pada tekanan yang sama seperti

percobaan yaitu 0,9133 atm.

Halaman 16 dari 28

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0075.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

Titik-Titik Kesetimbangan T,x-y Etanol-Air yang Didapatkan dari Percobaan

Bubble line

Dew Line

bubble point hasil percobaan

dew point hasil percobaan

x-y

T (o

C)

Gambar 4.6 Titik-titik Kesetimbangan T,x-y Etanol-Air yang Didapatkan dari Percobaan

Dari 6 titik-titik segitiga hijau (titik bubble hasil percobaan) pada grafik di atas,

terdapat 5 titik yang bila dialurkan garis diantaranya akan membentuk garis dengan

bentuk geometri yang sama dengan garis bubble hasil pemodelan Wilson. Sementara

satu titik terakhir memiliki nilai yang menyimpang karena saat dilakukan run tersebut

produk sudah diambil ketika temperaturnya belum pada kesetimbangannya. Sehingga

nilai temperatur dan fraksi molnya menyimpang.

Enam titik-titik kotak ungu (titik dew hasil percobaan) pada grafik di atas jika

dialurkan garis diantaranya akan membentuk garis vertical dengan bentuk geometri

yang berbeda jauh dengan garis dew hasil pemodelan Wilson. Kemungkinan mengapa

titik hasil percobaan sangat berbeda dengan data pemodelan adalah karena ….

Hanya ada lima data temperatur yang dapat dihitung erornya dengan data hasil

pemodelan Wilson karena satu data terakhir memiliki nilai temperatur di bawah

temperatur kesetimbangan uap cair campuran etanol-air hasil pemodelan Wilson pada

tekanan 0,9133 atm. Oleh karena itu data kesetimbangan yang dapat mewakili hasil

percobaan dengan baik untuk produk atas (fasa uap) yaitu pada temperatur 87,8oC

Halaman 17 dari 28

dengan fraksi mol etanol sebesar 0,321, memiliki eror sebesar 4,3% dengan data

pemodelan dan pada temperatur 83,1oC dengan fraksi mol etanol sebesar 0,352,

memiliki eror sebesar 25,5% dengan data pemodelan. data kesetimbangan yang dapat

mewakili hasil percobaan dengan baik untuk produk bawah (fasa cair) yaitu pada

temperatur 79,3oC dengan fraksi mol etanol sebesar 0,207, memiliki eror sebesar 31%

dengan data pemodelan dan pada temperatur 78,1oC dengan fraksi mol etanol sebesar

0,278, memiliki eror sebesar 32% dengan data pemodelan. Hasil ini dapat dilihat

lebih jelas pada kurva dibawah ini.

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0075.00

80.00

85.00

90.00

95.00

100.00

Titik-Titik Kesetimbangan T,x-y Etanol-Air yang Didapatkan dari Percobaan

Bubble lineDew Linebubble point hasil percobaandew point hasil percobaan

x-y

T (o

C)

Gambar 4.7 Titik-titik Kesetimbangan T,x-y Etanol-Air yang Didapatkan dari Percobaan

dan dapat Mewakili Hasil Percobaan

Halaman 18 dari 28

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kurva Kesetimbangan T,x-y etanol-air hasil data pemodelan Wilson dapat

mewakili nilai kesetimbangan uap cair campuran etanol 96% dan air dengan asumsi

fasa cair (produk bawah) bersifat tidak ideal dan fasa uap (produk atas) bersifat ideal.

Data kesetimbangan yang dapat mewakili hasil percobaan dengan baik untuk

produk atas (fasa uap) yaitu pada temperatur 87,8oC dengan fraksi mol etanol sebesar

0,321, memiliki eror sebesar 4,3% dengan data pemodelan dan pada temperatur

83,1oC dengan fraksi mol etanol sebesar 0,352, memiliki eror sebesar 25,5% dengan

data pemodelan Wilson. data kesetimbangan yang dapat mewakili hasil percobaan

dengan baik untuk produk bawah (fasa cair) yaitu pada temperatur 79,3oC dengan

fraksi mol etanol sebesar 0,207, memiliki eror sebesar 31% dengan data pemodelan

dan pada temperatur 78,1oC dengan fraksi mol etanol sebesar 0,278, memiliki eror

sebesar 32% dengan data pemodelan Wilson.

5.2 Saran

Waktu pengerjaan untuk praktikum Kesetimbangan Uap Cair ini seharusnya

ditambahkan agar pengambilan data dapat dilakukan lebih akurat dan lebih banyak.

Halaman 19 dari 28

BAB VI

DAFTAR PUSTAKA

Geankoplis, CJ. 1997. Transport Processes and Unit Operations 3rd edition. Eastern

Economy Edition. Prentice-Hall of India Private Ltd. New Delhi, India.

Heri Rustamaji. Perhitungan Kestimbangan Uap-Cair. Teknik Kimia Unila. Halaman

11

Moran, Michael J. dan Horward N. Shapiro. 2004. Termodinamika Teknik Jilid 2 Edisi

4 (diterjemahkan oleh Yulianto Sulistyo). Jakarta: Erlangga. Halaman 391

Parmitasari, Putrid an Eko Hidayanto. 2013. Analisis Korelasi Indeks Bias dengan

Konsentrasi Sukrosa Beberapa Jenis Madu Menggunakan Portable Brix Meter.

Youngster Physics Journal Vol. 1. Halaman 191-198

Smith V., Van Ness. 1987. Introduction to Chemical Engineering Thermodynnamics 4th

edition. Singapore: Mc. Graw Hill. Chapter 10, 11, and 12

http://id.superglossary.com/Glosarium/Ilmu/Kimia/Potensi_Kimia.html diakses pada

tanggal 1 Oktober 2014, pukul 07.46.

Halaman 20 dari 28

LAMPIRAN A

DATA LITERATUR

A.1 Data Densitas Air pada Berbagai Temperatur

Tabel A.1 Data Densitas Air pada Berbagai Temperatur

A.2 Sifak Fisik dan Kimia Bahan Komponen yang Digunakan dalam Percobaan

Tabel A.2 Data Densitas Air pada Berbagai Temperatur

Sifat Fisik Bahan

Etanol Air

Rumus Kimia C2H5OH H2O

Tampilan Cairan tak berwarnaTidak bewarna, Tidak

berbau, Tidak berasa

Kondisi Fisik Cair pada temperatur ruang Cair pada temperatur ruang

Titik Didih (pada 1 atm) 78.4oC 100oC

Titik Beku (pada 1 atm) -114.3oC 0oC

Bilangan Molekul (Mr) 46.07 g/mol 18.016 g/mol

Halaman 21 dari 28

LAMPIRAN B

CONTOH PERHITUNGAN

B.1 Penentuan Densitas Etanol

ρaqua dm=996,688 kgm3 =0,997 g /mL

ρetanol=ρaqua dm(massa piknometer kosong+etanol−massapiknometer kosong)(massapiknometerkosong+aqua dm−massapiknome ter kosong)

ρetanol=996,688 kg /m3 (38−30,2)(40−30,2)

ρetanol=793,461 kgm3 =0,793 g /mL

B.2 Penentuan Fraksi Mol Etanol

% komponen A (etanol) = 96%

Mr komponen A (etanol) = 46,07 g/mol

Mr komponen B (air) = 18,016 g/mol

Fraksi mol digunakan pada kurva kalibrasi indeks bias terhadap fraksi mol. Saat VA =

0 mL dan VB = 10 mL nilai fraksi mol dihitung dengan cara sebagai berikut.

X A=

% A V A ρA

Mr A

¿¿

X A=

0,96 x 0 x0,79346,07

(( 0,96 x0 x 0,79346,07 )+ (1−0,96 ) x0 x 0,997

18,016 )+ 10 x 0,99718,016

X A=0

Halaman 22 dari 28

B.3 Penentuan Fraksi Mol dengan Kalibrasi Refraktometer

Persamaan Kalibrasi Refraktometer yang didapatkan yaitu sebagai berikut.

y=−0,0842 x2+0,0989 x+1,336 dengan y adalah nilai indeks bias dan x adalah nilai

fraksi mol etanol.

Contoh:

Saat nilai indeks bias bernilai 1,338 dengan solver pada kalkulator atau goal seek

pada Ms. Excel didapatkan nilai fraksi mol etanol bernilai 0,02.

Halaman 23 dari 28

LAMPIRAN C

DATA ANTARA

C.1 Kalibrasi Refraktometer

Komponen A = etanol (C2H6O) komponen B = air

densitas A = 0.793461 g/mL Densitas B = 0.996688 g/mL

Mr A = 46.07 g/mol Mr B = 18.016 g/molKemurnian A dalam B = 0.96

Tabel C.1 Data Kalibrasi Refraktometer

No Volume A (mL)

Volume B (mL)

fraksi mol A

indeks bias

1 0 10 0.00000 1.33202 1 9 0.03200 1.33803 2 8 0.06888 1.34304 3 7 0.11184 1.34805 4 6 0.16253 1.35306 5 5 0.22322 1.35607 6 4 0.29722 1.35908 7 3 0.38943 1.36109 8 2 0.50753 1.3620

10 9 1 0.66418 1.361511 10 0 0.88196 1.3600

C.2 Data Percobaan Utama

Tabel C.2 Data Percobaan Utama

No

Fraksi Volume

Feed

Temperatur (oC) Indeks Bias fraksi mol A

Fraksi mol literatur

Komponen AEror

Liq Vap Liq Vap Liq Vap Liq Vap Liq Vap

1 0,1 87.8 87.8 1.3380

1.3600

0.020

0.321

0.055 0.335 0.628 0.04

3

2 0,2 83.1 83.1 1.3420

1.3605

0.061

0.352

0.128 0.472 0.521 0.25

5

Halaman 24 dari 28

3 0,4 79.3 79.3 1.3530

1.3605

0.207

0.352

0.300 0.585 0.310 0.39

9

4 0,6 78.1 78.1 1.3575

1.3610

0.278

0.364

0.409 0.629 0.320 0.42

2

5 0,8 76.4 76.4 1.3610

1.3610

0.364

0.364

0.640 0.728 0.432 0.50

1

C.3 Data Kesetimbangan Uap Cair Pemodelan Wilson (didapatkan dar Hysys)

Tabel C.3 Data Data Kesetimbangan Uap Cair Pemodelan Wilson (P = 0,9133 atm)

NoFraksi etanol

T Bubble (oC)

T Dew (oC) No

Fraksi Etanol

T Bubble (oC)

T Dew (oC)

1 0.00 97.51 97.51 27 0.52 77.17 81.402 0.02 92.62 97.00 28 0.54 77.03 80.723 0.04 89.44 96.48 29 0.56 76.89 80.074 0.06 87.22 95.96 30 0.58 76.76 79.445 0.08 85.60 95.42 31 0.60 76.63 78.866 0.10 84.37 94.88 32 0.62 76.51 78.327 0.12 83.40 94.33 33 0.64 76.40 77.858 0.14 82.62 93.77 34 0.66 76.29 77.439 0.16 81.98 93.20 35 0.68 76.19 77.06

10 0.18 81.44 92.63 36 0.70 76.10 76.7611 0.20 80.97 92.04 37 0.72 76.01 76.4912 0.22 80.56 91.44 38 0.74 75.94 76.2713 0.24 80.19 90.83 39 0.76 75.87 76.0914 0.26 79.87 90.22 40 0.78 75.81 75.9515 0.28 79.57 89.59 41 0.80 75.76 75.8416 0.30 79.30 88.95 42 0.82 75.72 75.7617 0.32 79.04 88.31 43 0.84 75.69 75.7018 0.34 78.81 87.65 44 0.86 75.67 75.6819 0.36 78.59 86.98 45 0.88 75.66 75.6620 0.38 78.38 86.30 46 0.90 75.67 75.6721 0.40 78.18 85.62 47 0.92 75.68 75.6922 0.42 77.99 84.92 48 0.94 75.72 75.7323 0.44 77.81 84.22 49 0.96 75.77 75.7924 0.46 77.64 83.51 50 0.98 75.84 75.8525 0.48 77.48 82.81 51 1.00 75.93 75.9326 0.50 77.32 82.10

Halaman 25 dari 28

Tabel C.4 Data Data Kesetimbangan Uap Cair Pemodelan Wilson (P = 1 atm)

NoFraksi etanol

T Bubble (oC)

T Dew (oC) No

Fraksi Etanol

T Bubble (oC)

T Dew (oC)

1 0.00 100.00 100.00 27 0.52 79.46 83.702 0.02 95.10 99.48 28 0.54 79.31 83.013 0.04 91.89 98.96 29 0.56 79.17 82.354 0.06 89.66 98.42 30 0.58 79.04 81.725 0.08 88.03 97.88 31 0.60 78.91 81.146 0.10 86.78 97.33 32 0.62 78.79 80.617 0.12 85.81 96.77 33 0.64 78.67 80.138 0.14 85.01 96.21 34 0.66 78.56 79.719 0.16 84.36 95.63 35 0.68 78.46 79.35

10 0.18 83.81 95.04 36 0.70 78.37 79.0311 0.20 83.33 94.45 37 0.72 78.28 78.7612 0.22 82.91 93.85 38 0.74 78.20 78.5413 0.24 82.55 93.23 39 0.76 78.13 78.3614 0.26 82.21 92.61 40 0.78 78.07 78.2115 0.28 81.91 91.97 41 0.80 78.02 78.1016 0.30 81.63 91.33 42 0.82 77.97 78.0217 0.32 81.37 90.67 43 0.84 77.94 77.9618 0.34 81.13 90.00 44 0.86 77.92 77.9319 0.36 80.91 89.33 45 0.88 77.91 77.9220 0.38 80.70 88.64 46 0.90 77.92 77.9221 0.40 80.49 87.95 47 0.92 77.94 77.9422 0.42 80.30 87.25 48 0.94 77.97 77.9823 0.44 80.12 86.54 49 0.96 78.02 78.0324 0.46 79.94 85.83 50 0.98 78.09 78.1025 0.48 79.78 85.11 51 1.00 78.17 78.1726 0.50 79.62 84.40

Halaman 26 dari 28

LAMPIRAN D

DATA MENTAH

D.1 Pengukuran Densitas

Tabel D.1 Data Pengukuran Densitas

Temperatur aqua dm (oC) 26,4

Temperatur komponen (oC) 25,6

massa piknometer kosong (g) 30,2

massa piknometer + aqua dm (g) 40

massa piknometer + komponen (g) 38

D.2 Kalibrasi Refraktometer

Komponen A = etanol Komponen B = air (H2O)Mr A = 46.07 g/mol Mr B = 18.016 g/mol

Tabel D.2 Data Kalibrasi Refraktometer

No Volume A (mL) Volume B (mL) indeks bias1 0 10 1.33202 1 9 1.33803 2 8 1.34304 3 7 1.34805 4 6 1.35306 5 5 1.35607 6 4 1.35908 7 3 1.36109 8 2 1.362010 9 1 1.3615

Halaman 27 dari 28

11 10 0 1.360012 Feed sisa praktikum sebelumnya 1.3560

D.3 Hasil Percobaan Utama

Tabel D.3 Data Hasil Percobaan Utama

No P (atm g) fraksi volume feed

Temperatur (oC) Indeks BiasLiq Vap Liq Vap

1 0 0.1 87.8 87.8 1.3380 1.36002 0 0.2 83.1 83.1 1.3420 1.36053 0 0.4 79.3 79.3 1.3530 1.36054 0 0.6 78.1 78.1 1.3575 1.36105 0 0.8 76.4 76.4 1.3610 1.36106 0 0.9 75.5 75.5 1.3525 1.3610

Halaman 28 dari 28