laporan labtek kesetimbangan uap cair.docx
DESCRIPTION
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 komponenmurni 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.TRANSCRIPT
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