Sidang Akhir Tesis. gas. Disusun Oleh: Thermodinamik Equilibrium? Achmad Mubarah. liquid

Transkripsi

1 Sidang Akhir Tesis gas Thermodinamik Equilibrium? Disusun Oleh: Achmad Mubarah liquid

2 Latar Belakang Upaya meningkatkan Nilai Octane Gasoline Penambahan Oxygenate (Eter / Alkohol) 1995 MTBE digunakan sebagai oxygenate 2002 Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate

3 Penambahan Ethanol sebagai oxygenate Kelebihan Kelemahan - Meningkatkan bilangan Octane dari campuran Gasoline-Ethanol - Mengurangi pembentukan CO & NOx dari hasil Pembakaran gasoline - Meningkatkan emisi evaporasi disebabkan kenaikan tekanan uap campuran - Meningkatkan toleransi kelarutan campuran Gasoline- Ethanol terhadap Air

4 Latar Belakang Penambahan Ethanol Tekanan Uap Campuran Meningkat EMISI MENINGKAT Metanol Report, Lyons & Delaney, (2000)

5 Kajian pustaka Alat Pengukuran Tekanan Uap Campuran Li, et al (1995) * Bubble points measurement for System Chloroform-Ethanol-Benzene by Inclined Ebulliometer Pengukuran VLE sistem Gasoline-Ethanol Lyon, et al (2000) * Potential Evaporative Emission Impacts Associated with the Introduction of Ethanol- Gasoline Blend in California Pumprhey, et al (2000) Isobaric vapor liquid Vapor Pressure Measurement and Prediction for Alkohol-Gasoline Blends Fang, et al (2005) Investigation of Bubble Point Vapor Pressure for Mixture of an Endothermic Hydrocarbon Fuel with Ethanol French, et al (2005) * Phase Equlibria of Ethanol Fuel Blends Golubkov, et al (2005) * Alternative Fuel for Conventional Spark Ignition Engines base on a standart gasolineethanol, and other Oxygenates

6 Rumusan masalah Salah satu cara mengurangi kenaikan tekanan uap campuran Gasoline-Ethanol diperlukan adanya penambahan komponen lain yang juga termasuk oksigenat. Salah satu oxigenat yang cukup potensial dikembangkan dalam pencampuran gasoline ethanol adalah 2-propanol. Untuk dapat menemukan komposisi ideal campuran Gasoline-Ethanol dan 2-propanol dibutuhkan data Vapor-Liquid Equilibria (VLE). Data VLE untuk sistem tersebut selama ini belum tersedia. Sehingga perlu dilakukan pengukuran VLE untuk sistem tersebut.

7 TUJUAN & ruang lingkup Mendapatkan data VLE sistem biner Gasoline-Ethanol Gasoline-2-Propanol Ethanol-2-Propanol Gasoline-Ethanol 2 Propanol sistem terner Data yang diperoleh dikorelasikan dengan persamaan Wilson, dan NRTL. Dari korelasi model sistem biner diprediksi tekanan uap sistem terner Gasoline Ethanol 2- Propanol.

8 MANFAAT EksPERIMEN Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi properties campuran sistem terner Gasoline-Ethanol-2-Propanol untuk mengurangi peningkatan emisi penguapan.

9 Metode Penelitian Eksperimen untuk mendapatkan data P-T-x sistem biner Eksperimen untuk mendapatkan data P-T-x sistem terner EKSPERIMEN (EBULLIOMETER) Korelasi Tekanan uap sistem biner berdasarkan persamaan Wilson, dan NRTL Korelasi Tekanan uap sistem terner berdasarkan persamaan Wilson, dan NRTL Penentuan Parameter biner persamaan Wilson, NRTL Penentuan Parameter biner persamaan Wilson, NRTL PENGOLAHAN DATA Prediksi Tekanan uap sistem terner berdasarkan parameter biner persamaan Wilson, NRTL Perbandingan error Tekanan Uap untuk perhitungan sistem terner antara prediksi dengan korelasi

10 Bahan Experimen: Property (Reformate) Gasoline (Petrosol) CA CB CC 2-Propanol C3H7OH Ethanol C 2 H 5 OH Produsen Pertamina (Balongan) Pertamina (Cepu) Pertamina (Cepu) Pertamina (Cepu) Merck Merck Molecular weight (g/mol) Purity (GC) % 99.9 % Density (d 20 o C/20 o C) Boiling range ( 0 C) (kg/l) ( kg/l) (kg/l) (kg/l) (Kg/l) (Kg/l) RON

11 Gambar Alat

12

13 Validasi Membandingkan data experimen dengan literatur Hasil perbedaan tekanan uap komponen murni rata-rata sebesar ±0, Exp. Data Wagner Eq. Literatur Data (Lide, 2007) 20 Exp. Data Wagner Eq. Literatur Data (Lide, 2007) (kpa) P (kpa) P AAD = 0.7 % AAD = 0.4 % T(K) T(K) a. Tekanan Uap 2-Propanol murni b. Tekanan Uap Ethanol murni

14 Validasi Pengukuran Ebulliometer c. Tekanan Uap Campuran biner Isooctane-Ethanol pada K [4] Golubkov, et al (2005) Asean Regional Symposium on Chemical Engineering, Wibawa dkk (2009)

15 Validasi konsentrasi Camp. Liquid (Dxi) Hasil Korelasi Perhitungan Dimensi volume vapor (asumsi Gas Ideal) DIUJI PADA CAMPURAN BINER REFORMATE- 4% PADA TEMPERATUR 318 K. 2-PROPANOL x0 = 0,101 x1 = 0, (Hasil dgn Persamaan. Li) Dx = 3,08 x 10-4 Li dkk, (1995)

16 Pengukuran Tekanan Uap Komponen Murni (kpa) Petrosol CA (Exp. Data).txt Petrosol CA (Wagner Eq.).txt Petrosol CB (Exp. Data).txt Petrosol CB (Wagner Eq.).txt Petrosol CC (Exp. Data).txt Petrosol CC (Wagner Eq.).txt Reformate (Exp. Data).txt Reformate (Wagner Eq.).txt Ethanol (Exp. Data).txt Ethanol (Wagner Eq.).txt 2-Propanol (Exp. Data).txt 2-Propanol (Wagner Eq.).txt P T(K)

17 Perubahan tekanan Uap Gasoline terhadap penambahan Alkohol Ethanol mulai tidak larut 30 Ethanol mulai tidak larut P (kpa) Propanol mulai tidak larut P (kpa) 25 2-Propanol mulai tidak larut Fase Liq. (Reformate-Ethanol) Fase Liq. (Reformate-2-Propanol) 20 Fase Liq. (Petrosol CB-Ethanol) Fase Liq. (Petrosol CB-2-Propanol) x x 1 Eksperimen pada kondisi 310,15 K : Penambahan ethanol hingga 6% dalam Reformate DP = + 9,9 kpa. Penambahan 2-propanol hingga 5% dalam Reformate DP = +7,9 kpa. Penambahan ethanol hingga 6% dalam Petrosol CB DP = +12,9 kpa. Penambahan 2-propanol hingga 5% dalam Petrosol CB DP = + 8,7 kpa.

18 Perubahan tekanan Uap Gasoline terhadap penambahan Alkohol Ethanol mulai tidak larut 30 Ethanol mulai tidak larut P (kpa) 70 P (kpa) 28 2-Propanol mulai tidak larut Fase Liq. (Petrosol CA-Ethanol) Fase Liq. (Petrosol CA-2-Propanol) 24 Fase Liq. (Petrosol CC-Ethanol) Fase Liq. (Petrosol CC-2-Propanol) x 1 Eksperimen pada kondisi 310,15 K : Penambahan ethanol hingga 7% dalam Petrosol CA DP = +18,6 kpa. Penambahan 2-propanol hingga 5% dalam Petrosol CA DP = +13,0 kpa. Penambahan ethanol hingga 6% dalam Petrosol CC DP = + 8,2 kpa. Penambahan 2-propanol hingga 5% dalam Petrosol CC DP = +7,0 kpa x 1

19 Perhitungan Korelasi Metode BARKER: Model Wilson Wilson, (1964) ln i 1 ln N j x j ij N N k j x k x j ki kj Dimana: Parameter Model

20 PERHITUNGAN KORELASI METODE BARKER: Model NRTL Renon & Prausnitz, (1968) ln i N j N G k ji G ki ji x x k j N N j k x j G G kj ij x k ij N k N k x G k G kj kj x k kj Dimana: ij b ij RT G ij = exp (- ij ) Parameter Model Parameter model Modifikasi:

21 Korelasi Sistem Binary Campuran Wilson NRTL NRTL (Parameter modifikasi) Reformate(1)- Ethanol(2) a 12 = 749,54 a 21 =2053,18 a = 0,3 b 12 = 1123,894 b 21 = 1007,457 a = 0,3 b 120 = 1,068 b 121 =11,036 b 122 =-0,010 b 210 = 1,126 b 211 =20,034 b 212 =-0,067 Reformate(1)- 2-Propanol(3) a 13 = 1061,47 a 31 = 1003,64 a = 0,3 b 13 = 1260,48 b 31 = 1142,04 a = 0,3 b 130 = 1,262 b 131 =40,429 b 132 =-0,104 b 310 = 0,986 b 311 =-2,241 b 312 = 0,005 Ethanol(2)- 2-Propanol(3) a = 0,3 a = 0,3 b 230 = 1,033 b 231 = 6,232 a 23 = 33,878 a 32 = 25,975 b 23 = 45,482 b 32 = 45,473 b 232 =-0,028 b 320 = 1,094 b 321 =15,687 b 322 = -0,02 Penyimpangan terhadap Data Exp: Model AAD (%) * Reformate(1)-Ethanol(2) Wilson 5,5 NRTL 6,7 NRTL (Parameter modifikasi) 2,7 Reformate(1)-2-Propanol(3) Wilson 4,6 NRTL 4,2 NRTL (Parameter modifikasi) 2,4 Ethanol(2)-2-Propanol(3) Wilson 3,4 NRTL 3,5 NRTL (Parameter modifikasi) 2,6

22 VLE (Pxy) Campuran sistem biner Gasoline- 35 Alkohol pada 310,15 K 30 P (kpa) 25 Fase Liq. (Reformate-Ethanol) Fase vap. (Reformate-Ethanol) Fase Liq. (Reformate-2-Propanol) Fase vap. (Reformate-2-Propanol) x ; y 1 1 Reformate-Alkohol

23 Prediksi Tekanan Uap Sistem Terner Parameter dari sistem Biner Model Wilson, dan NRTL Model AAD (%) Reformate(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3) Wilson 3,4 NRTL 5,3 NRTL (Parameter modifikasi) 15,1, prediksi 1 2, 3 i Model AAD (%) Petrosol CA(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3) Wilson 5,7 NRTL 10,9 NRTL (Parameter modifikasi) 13,6 Model AAD (%) Petrosol CC(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3) Wilson 4,3 NRTL 5,6 NRTL (Parameter modifikasi) 13,8 Model AAD (%) Petrosol CB(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3) Wilson 4,5 NRTL 13,5 NRTL (Parameter modifikasi) 20,4

24 DP campuran sistem terner Reformate-Alkohol thd Reformate (Penambahan 6% Alkohol) 15 (kpa) Campuran Reformate P. -P Ref.+6%Eth Ref.+5%2-Prop Ref.+5%Eth+1%2-Prop Ref.+4%Eth+2%2-Prop Ref.+3%Eth+3%2-Prop Ref.+2%Eth+4%2-Prop Ref.+1%Eth+5%2-Prop T (K) Eksperimen pada kondisi 300,15-318,15 K : Peningkatan tekanan uap optimum campuran biner Reformate-Alkohol terjadi pada komposisi 6% ethanol. Komposisi penambahan alkohol divariasi hingga total 6% dari campuran terner didapatkan kenaikan tekanan uap minimal pada komposisi 3% Ethanol + 3% 2-Propanol dalam campuran terner Reformate- Alkohol.

25 Korelasi Sistem Terner Campuran Wilson NRTL NRTL (Parameter modifikasi) a = 0,3 b 120 = 1,109 b 121 =17,536 Penyimpangan terhadap Data Experimen: a 12 = 673,72 a = 0,3 b 12 = 906,45 b 122 =-0,048 b 210 = 1,023 b 211 =4,026 Model AAD (%) a 21 =862,305 b 21 = 2827,55 b 212 =0,019 Reformate(1)- Ethanol(2)- 2-Propanol(3) a 13 = 1844,61 a 31 = 2082,32 a 23 = 463,19 a 32 = 170,95 b 13 = 1388,47 b 31 = 2135,52 b 23 = 43,385 b 32 = 281,820 b 130 = 1,045 b 131 =7,632 b 132 =0,008 b 310 = 1,000 b 311 =0,493 b 312 =-0,007 Reformate(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3) Wilson NRTL NRTL (Parameter modifikasi) 3,3 4,4 3,1 b 230 = 1,024 b 231 = 4,277 b 232 =0,002 b 320 = 1,037 b 321 =6,263 b 322 = -0,035

26 KESIMPULAN 1) Hasil validasi pengukuran Tekanan Uap pada Unit Ebulliometer Cell ini memberikan deviasi yang kecil untuk komponen murni Ethanol dan 2-Propanol. AAD yang dihasilkan masing-masing sebesar 0,7 dan 0,4%. Alat ini juga telah divalidasi sebelumnya untuk campuran sistem biner Isooctane-Ethanol oleh Wibawa dkk, 2009 dan membandingkannya dengan data literatur. Deviasi yang dihasilkan dalam validasi sistem biner Isooctane-Ethanol sebesar 1,2%. 2) Pada sistem biner, Penambahan Ethanol kedalam Gasoline (Reformate, Petrosol CA, Petrosol CB, dan Petrosol CC) hingga 6% mengakibatkan kenaikan tekanan uap campuran rata-rata sebesar 12,4 kpa. Dan untuk penambahan 2-Propanol kedalam Gasoline (Reformate, Petrosol CA, Petrosol CB, dan Petrosol CC) mengakibatkan kenaikan tekanan uap campuran rata-rata sebesar 9,2 kpa. 3) Perhitungan tekanan uap campuran sistem biner Reformate-Ethanol, Reformate- 2-Propanol, Petrosol CA-Ethanol, Petrosol CA-2-Propanol, Petrosol CB-Ethanol, Petrosol CB-2-Propanol, Petrosol CC-Ethanol, Petrosol CC-2-Propanol dapat dikorelasikan dengan baik dengan model Pers. NRTL (Parameter independen temperatur). Nilai AAD rata-rata sebesar 2,8%.

27 KESIMPULAN 4) Perubahan tekanan uap (DP) sistem terner pada Sistem Gasoline-alkohol terhadap Gasoline murni pada 300,15 318,15 K juga dianalisa untuk mengetahui komposisi penambahan alkohol yang tepat dalam menurunkan tekanan uap campuran. Perubahan tekanan uap paling rendah pada penambahan Alkohol ke dalam campuran terner Reformate-Ethanol-2-Propanol dan Petrosol CC-Ethanol-2-Propanol yaitu pada komposisi Ethanol dan 2-Propanol yang ditambahkan masing-masing sebesar 3% berat campuran. Perubahan tekanan uap paling rendah pada penambahan Alkohol ke dalam campuran terner Petrosol CA-Ethanol-2-Propanol yaitu pada komposisi Ethanol dan 2-Propanol yang ditambahkan masing-masing sebesar 4% dan 3% berat campuran. Perubahan tekanan uap paling rendah pada penambahan Alkohol ke dalam campuran terner Petrosol CB-Ethanol -2-Propanol yaitu pada komposisi Ethanol dan 2- Propanol yang ditambahkan masing-masing sebesar 5 dan 1% berat campuran. 5) Hasil prediksi Tekanan uap campuran sistem terner Reformate-Etanol-2-Propanol, Petrosol CA-Etanol-2-Propanol, dan Petrosol CB-Etanol-2-Propanol, dan Petrosol CC- Etanol-2-Propanol menggunakan Persamaan NRTL (Parameter independen temperatur) menghasilkan AAD rata-rata sebesar 15,7%. Sedangkan korelasi Tekanan uap campuran sistem terner untuk persamaan tersebut memberikan AAD rata-rata sebesar 3,1%.

28 Sekian,...