KESETIMBANGAN UAP-CAIR SISTEM ETHANOL +2-PROPANOL + ISOOCTANE PADA TEKANAN ATMOSFERIK
Ridho Azwar 2306 100 007, Rachmi Rida Utami 2306 100 020
Dr. Ir. Kuswandi, DEA
Laboratorium Thermodinamika Teknik Kimia FTI -ITS
Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan data keseimbangan uap -cair sistem biner
ethanol (1) + 2-propanol (2) dan ethanol (1) + isooctane (3) dan sistem terner ethanol (1) + 2-
propanol (2) + isooctane (3) pada tekanan atmosferik. Data VLE untuk sistem ethanol-isooctane
pada tekanan atmosferik yang dihasilkan menggunakan Ebulliometer Berro -Rogalsky.
Percobaan dilakukan untuk memperoleh data -data T, x dan y untuk sistem terner ethanol (1) +
2-propanol (2) + isooctane (3). Untuk VLE sistem biner, data hasil eksperimen dikorelasikan
dengan model persamaan NRTL dan Wilson dan parameter yang didapat dikombinasikan
dengan parameter dari literatur kemudian digunakan untuk memprediksi data VLE sistem terner
ethanol (1) + 2-propanol (2) + isooctane (3). Hasil prediksi kemudian dibandingkan dengan data
eksperimen yang didapatkan. Hasil prediksi model persamaan NRTL memberi nilai Root Mean
Square Deviation (RMSD) yang lebih kecil dibanding model Wilson secara berurutan yaitu:
0,04158 dan 0,0782 berdasar fraksi mol uap, serta 3,005 dan 1,5148 berdasar temperatur
kesetimbangan.
PENDAHULUAN
Seiring dengan menipisnya cadangan bahan bakar berbasis energi fosil, menimbulkan
beberapa dampak diantaranya dampak terhadap kebijakan energi. Untuk itu perlu dilakukan
berbagai upaya untuk mengurangi konsumsi energi fosil ini. Di samping itu, penggunaan bahan
bakar minyak yang berasal dari fosil secara terus menerus sebagai sumber energi utama di dunia
menyebabkan meningkatnya konsentrasi CO 2 secara signifikan di atmosfer dan memberikan
efek pemanasan global. Salah satu upaya untuk mengurangi emisi yaitu dengan penambahan zat
aditif pada bahan bakar. Salah satu zat aditif yang digunakan untuk meningkatkan
kesempurnaan pembakaran adalah oxygenated compound . Oxygenated compound dapat
dicampur ke dalam bensin untuk menambah angka oktan dan kandungan oksigennya Selama
pembakaran, oksigen tambahan di dalam bensin dapat mengurangi emisi karbon monoksida dan
material-material pembentuk ozon atmosferik . Untuk mempelajari perilaku campuran gasoline
dan oxygenated compound maka diperlukan eksperimen untuk mendapatkan data Vapor Liquid
Equilibria (VLE) atau kesetimbangan uap –cair. Pada penelitian ini menggunakan dua
oxygenated compound yaitu: ethanol dan 2-propanol. Sedangkan gasoline dimodelkan dengan
isooctane karena gasoline mengandung 80% isooctane. Permodelan thermodinamika untuk VLE
sistem ethanol + 2-propanol + isooctane nantinya dapat digunakan untuk memprediksi properti
dari gasoline.
METODOLOGI
Percobaan dilakukan dalam beberapa tahapan. Tahapan pertama, yaitu melakukan
percobaan untuk memperoleh data kesetimbangan uap -cair pada tekanan atmosferik. Data yang
diperoleh dari percobaan berupa data T, x dan y. Setelah data-data tersebut diperoleh, dilakukan
tes konsistensi termodinamika menggunakan tes luasan Herrington. Data yang telah dites
konsistensinya di korelasikan dengan model NRTL dan Wison untuk mendapatkan parameter
interaksi. Tahap kedua adalah memprediksi kesetimbangan uap-cair untuk sistem terner dari
parameter interaksi yang diperoleh dari percobaan dan literatur , untuk mendapatkan koefisien
aktivitas masing-masing komponen, temperatur (T) dan fraksi uap (y) pada kesetimbangan
dengan perhitungan buble T. Dari data T, x dan y dapat dibuat ta bel kesetimbangan uap-cair T,
x dan y pada tekanan atmosferik.
Prosedur Eksperimen
Percobaan kesetimbangan uap-cair
ini diawali dengan memasukkan larutan
ethanol(1)–2-propanol(2) dengan komposisi
tertentu ke dalam tabung umpan (F) menuju
boiler (B). Sebelum larutan dipanaskan,
kondensor (C) dialiri air pendingin terlebih
dahulu. Setelah sistem siap, larutan
dipanaskan dengan heater, hingga mendidih.
Pemanasan larutan mengakibatkan dorongan
uap terhadap liquid berupa cincin sepanjang
cottrel pump (CP) menuju tabung separator
(S). Gelembung yang terbentuk ketika
liquida mendidih masuk ke dalam cottrel
pump. Dalam tabung separator, fase liquida
dan uap akan terpisah. Bagian liquida akan
jatuh menuju lubuk liquid (L), yang kemudian akan diambil sebagai sampel fase liquid, dan
sisanya kembali menuju boiler (B). Sedangkan, fase uap akan menuju kondensor, mengembun
Gambar 1. Peralatan Ebuliometer
dan jatuh ke dalam lubuk vapor (V). Sebagian kecil kondensat fase uap akan tertahan dalam
lubuk vapor (V), yang kemudian akan diambil sebagai sampel fase uap, dan sebagian akan
kembali menuju boiler untuk didihkan kembali. Proses ini terus berulang, hingga sistem
mencapai kondisi kesetimbangan yang ditandai oleh suhu yang konstan dalam tabung
kesetimbangan. Setelah sistem mencapai kondisi kesetimbangan, sampel fase cair dan uap
diambil, kemudian dianalisa dengan densitas dan gas chromatography untuk mengetahui
komposisinya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Rangkaian data kesetimbangan uap -cair yang diperoleh dari percobaan selanjutnya akan
diuji konsistensinya dengan menggunakan tes luasan Herrington. Berdasarkan hasil uji
konsistensi Herrington terlihat bahwa baik untuk sistem ethanol + 2 -propanol dan ethanol +
isooctane kurang konsisten secara thermodinamika. Dapat dilihat dari nilai konsistensinya yang
bernilai lebih dari 10%. Sehingga untuk selanjutnya metode perhitungan yang digunakan adalah
Metode Barker, karena data yang digunakan hanyalah data T -x1. Data-data percobaan yang telah
diuji konsistensinya tersebut selajutnya dikorelasikan dengan model NRTL dan Wilson,
sehingga diperoleh parameter optimal dari kedua permodelan tersebut dan selanjutnya dapat
dicari harga koefisien aktifitas tiap komponen dan selanjutnya diperoleh data kesetimbangan
uap-cair yang kemudian dibandingkan dengan data percobaan.
Pada kesetimbangan uap-cair untuk sistem ethanol + 2-propanol, persamaan model NRTL dapat
merepresentasikan data percobaan sama baiknya dengan persamaan model Wilson. Persamaan
349
350
351
352
353
354
355
0 0,5 1
T (K)
x1, y1
WilsonNRTLx eksperimeny eksperimen
340
345
350
355
360
365
370
375
0 0,5 1
T (K)
x1 , y1
NRTLWilsonx eksperimeny eksperimen
Gambar 2. Kurva kesetimbangan uap-cairT-x-y sistem ethanol (1) + 2-propanol (2)dengan permodelan NRTL dan Wilson
Gambar 2. Kurva kesetimbangan uap -cairT-x-y sistem ethanol (1) + isooctane (3)dengan permodelan NRTL dan Wilson
NRTL memiliki keunggulan pada dua nilai deviasi yaitu Δy1maksimum (0,05106) dan ΔT rata-
rata ( 0,2685); sementara persamaan Wilson hanya unggul pada Δy 1 rata-rata (0,0207) dan nilai
ΔT maksimum (1,1386) berharga sama. Pada kesetimbangan uap-cair untuk sistem ethanol +
isooctane, persamaan NRTL dapat merepresentasikan data percobaan lebih baik daripada
persamaan model Wilson. Persamaan NRTL memiliki keunggulan pada tiga nilai deviasi yaitu
Δy1 rata-rata (0,3179), ΔT rata-rata (3,1255), dan ΔT maksimum (7,1126); sementara
persamaan Wilson hanya unggul pada Δy 1 maksimum (0,4196).
Dari kedua parameter biner yang telah diperoleh sebelumnya, dapat dibuat prediksi
kesetimbangan uap-cair sistem terner etanol (1) + 2-propanol (2) + isooctane (3) pada tekanan
atmosferik. Data prediksi dites keakuratannya dengan data percobaan sistem terner yang serupa.
Untuk membandingkan keakuratan masing -masing jenis permodelan dengan data eksperimen
dan dengan masing-msing permodelan itu sendiri digunakan perhitungan RMSD. Dari hasil
perhitungan RMSD didapat nilai RMSD y persamaan NRTL (0,04158) yang lebi h baik daripada
persamaan Wilson. Begitu pula dengan nilai RMSD T persamaan NRTL (3,005) yang lebih baik
daripada persamaan Wilson. Sehingga dapat disimpulkan bahwa permodelan NRTL dapat
merepresentasikan dengan baik sistem ethanol + 2 -propanol + isooctane.
Tabel I. Tekanan campuran ethanol (1) + 2 -propanol (2) + isooctane (3)
no x1 x2 x3T
(K)γ1 γ2 γ3 P1
sat P2sat P3
sat P
1 0.2 0 0.8 345 3.922 2.563 1.126 78.464 67.425 41.846 99.252 0.15 0.05 0.8 345 4.034 2.702 1.117 78.464 67.425 41.846 94.003 0.1 0.1 0.8 345 4.124 2.822 1.108 78.464 67.425 41.846 88.514 0.05 0.15 0.8 345 4.193 2.925 1.101 78.464 67.425 41.846 82.89
Pada tabel tersebut dapat dilihat pengaruh penambahan 2 -propanol dalam
berbagai komposisi pada campuran gasohol pada suhu 345 K. Semakin besar komposisi
2-propanol yang ditambahkan pada campuran gasohol, semakin kecil tekanan
campurannya. Sehingga nantinya diharapkan penambahan 2 -propanol pada bahan bakar
dapat mengurangi emisi dari gas buang kendaraan bermotor.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian dan analisis yang telah kami lakukan, dapat ditarik kesimpul an
bahwa permodelan untuk sistem biner ethanol + isooctane lebih sesuai menggunakan model
NRTL dibandingkan menggunakan model Wilson. Harga deviasi Δy1 rata-rata untuk model
NRTL adalah 0.3179 dan untuk ΔT rata-rata adalah 3.1255, lebih kecil daripada model Wilson.
Sedangkan, permodelan untuk sistem biner ethanol + isooctane lebih sesuai menggunakan
model NRTL dibandingkan menggunakan model Wilson. Harga deviasi Δy1 rata-rata untuk
model NRTL adalah 0.0223 dan untuk ΔT rata-rata adalah 0.2685, lebih kecil daripada model
Wilson. Untuk sistem terner ethanol+2-propanol+isooctane dapat diprediksikan dengan baik
oleh persamaan NRTL dibanding persamaan Wilson dari perbandingan hasil deviasi dengan
menggunakan RMSD temperatur (T) dan fraksi uap (y) , dimana RMSD T untuk persamaan
Wilson sebesar 8,6403 dan untuk persamaan NRTL sebesar 3,83 . Untuk RMSD y pada
persamaan Wilson sebesar 0,2217 dan persamaan NRTL sebesar 0,00364. Berdasarkan
perhitungan kesetimbangan uap-cair sistem terner yang telah dilakukan dapat kita prediksi
komposisi yang tepat untuk campuran ethanol, 2 -propanol dan isooctane. Dari perhitungan
diperoleh, seiring bertambahnya komposisi 2 -propanol yang ditambahkan pada campuran
gasohol, maka semakin kecil tekanan campurannya.
DAFTAR PUSTAKA
1. Chen-Ku, Hsu dan Chein-Hsiun Tu. “Vapor–liquid equilibria for binary and ternary
mixtures of diisopropyl ether, ethanol, and 2,2,4 -trimethylpentane at 101.3 kPa”. Fluid
Phase Equilibria vol 248 (2006) 197-205.
2. Chiang Hsu, Chia dan Chein-Hsiun Tu. “Isobaric vapor–liquid equilibria for mixtures
of tetrahydrofuran, 2-propanol, and 2,2,4-trimethylpentane at 101.3 kPa”. Fluid Phase
Equilibria (2008) 265-273.
3. Dominguez, M., Mainar, A. M., Pardo, J. dan Santafe, J., “Experimental data, correlation
and prediction of isobaric VLE for the ternary mixture (2 -butanol + n-hexane + 1-
chlorobutane) at 101.3 kPa”. Fluid Phase Equilibria vol 211 (2003) 179-188.
4. Loras, Sonia. dan Antonio Aucejo. “Isobaric vapor–liquid equilibrium for binary and
ternary mixtures of 2-methyl-2-propanol + methyl 1,1-dimethylpropyl ether + 2,2,4-
trimethylpentane”. Fluid Phase Equilibria vol 175 (2000) 125-138.
5. Perry, R.H., and Green, D. 2008. “Perry’s Engineers’ Hand book 8thed”. New York:
McGraw-Hill Book Company.
6. Poling, B.E, Prausnitz, J.M., and O’conel, J.P.2001. “The Properties of Gases and
Liquids, 5th ed”. Singapore: McGraw-Hill International Editions
7. Sugiarto, Bambang., Setyo Bismo., dan Arinal. “ Analisa kinerja mesin otto berbahan
bakar premium dengan penambahan aditif oksigenat dan aditif pasaran”. Seminar
Nasional Tahunan Teknik Mesin Universitas Syiah Kuala (2007).