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
Vapor-Liquid Equilibria
Kesetimbangan Vapor-Liquid?
Vapor
Liquid
sat ˆ yii P i xi P i
Pada Tekanan Rendah
ˆf V fˆ L i i
ˆi 1
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 , b12, b21
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
Δu12, Δ u21
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 + 2metil-1-butanol, etanol + 2-metil-1butanol, dan etil asetat + 2-metil-1propanol
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
Prediksi Kesetimbangan Uap-Cair
Plot diagram T-x-y dari hasil eksperimen dan hasil korelasi untuk sistem biner
Tes Konsistensi Thermodinamika
Menghitung Deviasi antara hasil eksperimen dengan prediksi
End
EKSPERIMEN V2
V1 P T
U
B CP S C1 C2 V L T F U T V1 V2 P
: Boiler : Cottrel Pump : Tabung Kesetimbangan : Cooler 1 : Cooler 2 : Vapor Fraction Condensate Trap : Liquid Fraction Trap : Thermocouple : Tabung Umpan : Manometer Pipa U : Tangki Udara : Valve ke pompa Vakum : Valve Pengatur Tekanan : Pompa Vakum
Prosedur Percobaan V2
V1 P T
U
B CP S C1 C2 V L T F U T V1 V2 P
: Boiler : Cottrel Pump : Tabung Kesetimbangan : Cooler 1 : Cooler 2 : Vapor Fraction Condensate Trap : Liquid Fraction Trap : Thermocouple : Tabung Umpan : Manometer Pipa U : Tangki Udara : Valve ke pompa Vakum : Valve Pengatur Tekanan : Pompa Vakum
Membuat campuran etanol (1) + etil asetat (2) untuk berbagai komposisi (sistem biner) Mengalirkan air pendingin melalui kondensor (C1 dan C2). 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 ( ) Etil asetat ( )
600 P(mmHg)
Isoamil Alkohol( )
400
RMSD P = 0,856 mmHg 200
40
60
80 T(C)
100
120
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)
Model
Parameter Aij (cal mol-1) Aji(cal mol-1)
RMSD α
T ( oC )
y(1)
P= 101,333 kPa Wilson NRTL UNIQUAC
500,393 -278,2643 -76,9112
570,58 1090,0821 453,9809
0,1
0,8020 0,4266 0,6271
0,0310 0,0335 0,0275
P= 79,999 kPa Wilson NRTL UNIQUAC
849,113 -70,50465 -189,026
-190,637 682,245 635,6959
0,1
0,3057 0,3515 0,2435
0,0149 0,0164 0,0160
P= 26,67 kPa Wilson NRTL UNIQUAC
53,82605 626,05736 -124,954
164,7798 387,248 490,334
0,2
0,2792 0,2775 0,2578
0,0281 0,0280 0,0956
Grafik T-x-y Etanol (1) + Etil Asetat (2)
P=101,33 kPa
Etanol+etil asetat ( ) Y-eksperimen (
T (oC)
P=79,99 kPa
P=26,67 kPa
x(1),y(1)
UNIQUAC (
) )
DATA AZEOTROP ETANOL (1) + ETIL ASETAT (2)
T ( oC )
x (1) 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 P= 101,33 kPa Wilson NRTL UNIQUAC
Aij
380,638 263,770 -39,4478
Parameter Aji
-239,41 -246,162 190,494
P= 79,99 kPa Wilson NRTL UNIQUAC
-64,503 1105,44 126,813 10,678 15,6264 275,1346
P= 26,67 kPa Wilson NRTL UNIQUAC
1972,13 -1181,996 -303,894 486,381 -120,141 268,6974
α
0,1
0,1
0,3
RMSD T (oC) y(1)
1,149 0,0194 1,079 0,0183 1,941 0,0178 0,8860 0,0218 1,102 0,0354 2,049 0,0153
0,892 0,0245 1,138 0,0420 1,589 0,0375
GRAFIK T-x-y ETANOL (1) + ISOAMIL ALKOHOL (2)
130
Etanol+Isoamil Alkohol ( )
120
P=101,3 kPa
y- eksperimen ( )
110
Wilson (
100 P=79,9 kPa o T ( C) 90 80 70
P=26,67 kPa
60 50 40
0
0.2
0.4
0.6 x(1),y(1)
0.8
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
