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