Dhoni Hartanto 2307100014 Agung Ari Wibowo 2307100015 Pembimbing Dr. Ir. Kuswandi, DEA Ir. Winarsih PENGUKURAN KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM BINER ETANOL+ETIL ASETAT DAN ETANOL+ ISOAMIL ALKOHOL PADA TEKANAN 101,33 kpa, 79,99 kpa dan 26,67 kpa LABORATORIUM THERMODINAMIKA I JURUSAN TEKNIK KIMIA I FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA I 2011
LATAR BELAKANG Kegiatan Industri Proses Pemisahan (ex. Distilasi) Data kesetimbangan (VLE)
TUJUAN PENELITIAN Mendapatkan data kesetimbangan uap-cair sistem etanol+etil asetat dan etanol+isoamil alkohol pada tekanan 101,33 kpa, 79,99 kpa dan 26,67 kpa Mengkorelasikan data eksperimen dengan permodelan Wilson, NRTL, dan UNIQUAC
TINJAUAN PUSTAKA Thermodynamic Laboratory
Kesetimbangan Vapor-Liquid? Vapor-Liquid Equilibria Vapor y ˆ P i i x i i P Pada Tekanan Rendah Liquid sat i ˆ 1 i fˆ V i fˆ L i
PERMODELAN Wilson NRTL UNIQUAC
PERMODELAN Wilson 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. 12 21
PERMODELAN NRTL NRTL Tidak seperti persamaan Wilson, NRTL dapat diterapkan dengan baik pada kesetimbangan uap cair maupun caircair. 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 α, b 12, b 21
PERMODELAN UNIQUAC UNIQUAC Mempunyai dua parameter yang dapat disesuaikan Mempunyai ketergantungan yang lebih kecil terhadap suhu Dapat diterapkan pada larutan dengan molekul-molekul yang besar atau kecil Δu 12, Δ u 21
PENELITIAN SEBELUMNYA Kuswandi, et.al. (2009) Gmehling dan Sanz (2008) Kesetimbangan uap-cair untuk sistem air-trietilen glikol pada tekanan vakum 200, 400 dan 600 mmhg dengan permodelan menggunakan NRTL dan UNIQUAC. Vapor-Liquid Equilibrium lima sistem biner yang terdapat dalam distilasi etanol pada keadaan isotermal. etil asetat + 3-metil-1-butanol, etanol + 3-metil-1-butanol, etil asetat + 2- metil-1-butanol, etanol + 2-metil-1- butanol, dan etil asetat + 2-metil-1- propanol
PENELITIAN SEBELUMNYA Dejoz et al (1999) Isobaric (vapour + liquid) equilibria untuk sistem biner trikloroetilen dengan 1-pentanol, 2-metil-1-butanol serta 3-metil-1-butanol pada 100 kpa Hasil percobaan dibandingan dengan menggunakan permodelan Van Laar, Margules, Wilson, NRTL dan UNIQUAC
Thermodynamic Laboratory METODOLOGI PENELITIAN DAN EKSPERIMEN
METODOLOGI PENELITIAN Start Eksperimen Hitung Koefisien aktifitas dari data Eksperimen Hitung Parameter dengan persamaan Wilson, NRTL, dan UNIQUAC Tes Konsistensi Thermodinamika Prediksi Kesetimbangan Uap-Cair Plot diagram T-x-y dari hasil eksperimen dan hasil korelasi untuk sistem biner Menghitung Deviasi antara hasil eksperimen dengan prediksi End
EKSPERIMEN V 2 P V 1 T U B : Boiler CP : Cottrel Pump S : Tabung Kesetimbangan C1 : Cooler 1 C2 : Cooler 2 V : Vapor Fraction Condensate Trap L : Liquid Fraction Trap T : Thermocouple F : Tabung Umpan U : Manometer Pipa U T : Tangki Udara V1 : Valve ke pompa Vakum V2 : Valve Pengatur Tekanan P : Pompa Vakum
Prosedur Percobaan P V 2 V 1 T U B : Boiler CP : Cottrel Pump S : Tabung Kesetimbangan C1 : Cooler 1 C2 : Cooler 2 V : Vapor Fraction Condensate Trap L : Liquid Fraction Trap T : Thermocouple F : Tabung Umpan U : Manometer Pipa U T : Tangki Udara V1 : Valve ke pompa Vakum V2 : Valve Pengatur Tekanan P : Pompa Vakum Membuat campuran etanol (1) + etil asetat (2) untuk berbagai komposisi (sistem biner) Mengalirkan air pendingin melalui kondensor (C 1 dan C 2 ). Memasukkan sampel larutan ke dalam tabung umpan (F) sampai tabung boiler (B) penuh ditandai dengan terendamnya ujung pipa dalam tabung (B) dan mengatur tekanan sesuai yang diinginkan dengan menggunakan pompa vakum lalu menjalankan pemanas pada (B). Mengamati kesetimbangan yang ditandai dengan stabilnya suhu (tidak kurang dari 30 menit) yang dibaca pada termokopel Mengambil sampel fase cair (pada valve L) dan fase uap (pada valve V). Membuat campuran etanol (1) + isoamil alkohol (2) untuk berbagai komposisi (sistem biner) dan mengulangi langkah 2-7.
BAHAN DAN VARIABEL Bahan : Etanol p.a Etil Asetat p.a Isoamil Alkohol p.a Variabel Tekanan: 101,33 kpa 79,99 kpa 26,67 kpa
FITTING PARAMETER Wilson
FITTING PARAMETER NRTL
FITTING PARAMETER UNIQUAC
PREDIKSI KURVA T,x,y BUBBLE T Wilson NRTL UNIQUAC
HASIL DAN PEMBAHASAN *Validasi Perbandingan Tekanan Uap secara eksperimen dan perhitungan dengan persamaan Antoine 800 Etanol ( ) P(mmHg) 600 400 Etil asetat ( ) Isoamil Alkohol( ) RMSD P = 0,856 mmhg 200 40 60 80 100 120 T(C)
HASIL UJI KONSISTENSI THERMODINAMIKA DENGAN METODE LUASAN Uji Konsistensi Sistem : D J Abs (D-J) Konsistensi Etanol (1) + EtilAsetat (2) P 101,33 kpa 2,2006 0,5617 1,6389 ( + ) 79,99 kpa 0,0000 0,9679 0,9679 ( + ) 26,67 kpa 0,0000 2,577 2,577 ( + ) Etanol (1) + IsoamilAlkohol (2) P 101,33 kpa 3,5437 13,193 9,6497 ( + ) 79,99 kpa 3,5679 13,433 9,8656 ( + ) 26,67 kpa 17,9767 17,328 0,6483 ( + )
PARAMETER SISTEM BINER ETANOL (1) + ETIL ASETAT (2) Parameter RMSD Model A ij (cal mol -1 ) A ji (cal mol -1 ) α T ( o C ) y(1) P= 101,333 kpa Wilson 500,393 570,58-0,8020 0,0310 NRTL -278,2643 1090,0821 0,1 0,4266 0,0335 UNIQUAC -76,9112 453,9809 0,6271 0,0275 P= 79,999 kpa Wilson 849,113-190,637-0,3057 0,0149 NRTL -70,50465 682,245 0,1 0,3515 0,0164 UNIQUAC -189,026 635,6959 0,2435 0,0160 P= 26,67 kpa Wilson 53,82605 164,7798-0,2792 0,0281 NRTL 626,05736 387,248 0,2 0,2775 0,0280 UNIQUAC -124,954 490,334 0,2578 0,0956
Grafik T-x-y Etanol (1) + Etil Asetat (2) P=101,33 kpa Etanol+etil asetat ( ) o T ( C) P=79,99 kpa Y-eksperimen ( ) UNIQUAC ( ) P=26,67 kpa x(1),y(1)
DATA AZEOTROP ETANOL (1) + ETIL ASETAT (2) x (1) T ( o C ) P (kpa) Wilson NRTL UNIQUAC Wilson NRTL UNIQUAC 101,33 0,490 0,413 0,503 70,484 70,558 70,551 79,99 0,386 0,394 0,401 65,724 65,672 65,643 26,67 0,320 0,325 0,339 39,470 39,277 39,301
PARAMETER SISTEM BINER ETANOL (1) + ISOAMIL ALKOHOL (2) Model Parameter RMSD A ij A ji α T ( o C) y(1) P= 101,33 kpa Wilson 380,638-239,41-1,149 0,0194 NRTL 263,770-246,162 0,1 1,079 0,0183 UNIQUAC -39,4478 190,494 1,941 0,0178 P= 79,99 kpa Wilson -64,503 1105,44 0,8860 0,0218 NRTL 126,813 10,678 0,1 1,102 0,0354 UNIQUAC 15,6264 275,1346 2,049 0,0153 P= 26,67 kpa Wilson 1972,13-1181,996-0,892 0,0245 NRTL -303,894 486,381 0,3 1,138 0,0420 UNIQUAC -120,141 268,6974 1,589 0,0375
GRAFIK T-x-y ETANOL (1) + ISOAMIL ALKOHOL (2) 130 120 110 100 T ( o C) 90 P=101,3 kpa P=79,9 kpa Etanol+Isoamil Alkohol ( ) y- eksperimen ( ) Wilson ( ) 80 70 P=26,67 kpa 60 50 40 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 x(1),y(1)
KESIMPULAN Minimum boiling point azeotrop tampak pada sistem etanol + etil asetat Tes konsitensi thermodinamika dengan metode tes untuk semua sistem konsisten karena bernilai indeks konsistensi kurang dari 10 % Model koefisien aktivitas Wilson, NRTL dan UNIQUAC memberikan hasil prediksi yang baik terhadap hasil percobaan
SEKIAN Dan... TERIMA KASIH