BAB IV LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA II VAPOR LIQUID EQUILIBRIUM (VLE) I. TUJU TUJUAN AN PERC PERCOB OBAA AAN N
1. Mengetahui Mengetahui suhu kesetimbanga kesetimbangan n etanol-air etanol-air pada berbagai berbagai fraksi fraksi 2. Menget Mengetahu ahuii pengar pengaruh uh fraksi umpan umpan terhad terhadap ap kesetimban kesetimbangan gan uap cair etanol etanol air isobarik. 3. Mengetahui Mengetahui banyak banyaknya nya kompo komposisi sisi etanol etanol saat kondisi kondisi kesetimbanga kesetimbangan. n. 4. Menggambar Menggambar kurva kurva T, T, ! dan membandi membandingkan ngkan dengan dengan literatur literatur..
II. DASAR DASAR TEORI TEORI
"ap berasal dari fase li#uida yang menun$ukan kecenderungan untuk berubah men$adi uap. %ase uap $uga memiliki kecenderungan men$adi fase li#uida dengan cara kondensasi kondensasi.. &ecendrunga &ecendrungan n untuk berubah dapat diukur diukur dengan dengan kuantitas kuantitas yang disebut dengan fugasitas. 'ada keadaan setimbang properti-properti yang teramati tidak berubah terhadap (aktu. )ehingga properti-properti intensif atau potensial termodinamikanya * suhu, tekanan, potensial kimia + sama dalam suatu sistem. sistem. &eserag &eseragama aman n tersebu tersebutt berpen berpengar garuh uh pada pada tidak tidak adany adanyaa transfer transfer panas, panas, transfer massa, dan ker$a dari dalam maupun keluar sistem * )mith, .M., 211 +. &esetim &esetimban bangan gan termod termodinam inamika ika merupa merupakan kan terdist terdistrib ribusi usiny nyaa
kompon komponenen-
komponen dalam semua fase pada suhu, tekanan dan fugasitas tertentu, sehingga akan ada kesamaan tekanan, suhu dan fugasitas masing-masing komponen dalam semua fase yang berada dalam keseimbangan. ika fase uap dan cairan berada dalam keseimbangan maka * agung dan yustia, 21 +
f `i =f `i L
V
L
V
L
V
T =T P dengan
= P
///////.. *1+ ///////..*2+ ///////..*3+
0 untuk fase uap untuk fase li#uid
itin$au sistem kontak uap dan cair campuran dan
5ambar 60.1 )istem kontak uap dan cair campuran dan 7, merupakan fraksi mol difase cair. y, merupakan fraksi mol difase uap. "ntuk fase uap dengan fraksi mol y, hubungan antara fugasitas dengan temperatur, tekanan, dan fraksi mol, koefisien fugasitas dapat dinyatakan dengan persamaan
f `i = y i ∅`i …………………..(4) V
%ugasitas komponen i dalam fase cair terhubung dengan komposisi fase yang bersangkutan melalui koefisien aktivitas persamaan
γ
yang dapat dinyatakan dalam
f `i = x i γ i f i ////////*8+ L
0
0
engan harga
f i sama dengan 0 i=
f
P
sat sat i ∅i
exp
(
V i ( P − Pi
)
sat
R T
)
////..*9+
'ada tekanan rendah, faktor e7ponensial mendekati 1 dan sehingga
f ` i =γ i x i P i L
∅i
dianggap 1
sat
/////////*:+
engan menganggap kondisi tekanan rendah sehingga diasumsikan pada keadaan gas ideal, maka
` =1
∅i
Maka diperoleh persamaan sat y i P = Pi γ i x i … . ( 5 ) )edangkan koefisien aktivitas dinyatakan dengan persamaan
f ` i
L
γ =
0
xi f i
=
y i P
… . ( 6 )
sat
x i Pi
'ada persamaan persamaan 5ibbs uhem dinyatakan bah(a didalam suatu campuran, koefisien aktivitas tiap komponennya tidak bebas terhadap yang lain melainkan terhubung melalui persamaan diferensial. 'ersamaan umum 5ibbs uhem
[ ] ∂ M ∂P
dP + T,x
[ ]
∂ M dT − ∂ T P , x
∑ x d M ´ =0 …. ( 7) i
i
i
'ada ' dan T konstan, maka
∑ x d M ´ =0 i
i
i
ika ln
γ 1
adalah properti parsial, maka persamaan men$adi
∑ x dlnγ =0 i
i
Maka diperoleh hubungan persamaan 5ibbs uhem untuk sistem binner sebagai berikut
x i
[ ] [ ] ∂ ln γ 1 ∂ x1
= x
∂ ln γ 2
2
∂ x2
T, P
E
id
M = M − M
T,P
/////*;+
/////..*<+
'enggunaan persamaan 5ibbs uhem paling baik dilakukan melalui konsep kelebihan energi 5ibbs ( excess energi Gibbs ), yaitu energi 5ibbs teramati ppada suatu campuran yang diatas atau lebih besar untuk larutan ideal pada temperatur, tekanan, dan komposisi yang sama. Total kelebinhan energi 5ibbs 5 = untuk
larutan biner, mengandung
n1
mol komponen 1 dan
n2
mol komponen 2
didefinisikan dengan E G = R T ( n1 ln γ 1−n 2 ln γ 2 ) ///////..*1+ 'ada persamaan 5ibbs uhem kita dapat menghubungkan koefisien aktifitas tiap komponen
γ 1
dan
γ 2
dengan 5= melalui diferensial
[ ] [ ] E
R T ln γ 1=
∂G ∂ n1
T , P , n2
///////.*11+
E
∂G R T ln γ 2= ∂ n2
T ,P,n 1
..........................(12)
'ersamaan untuk mencari konstanta kesetimbangannya adalah
K 1= K 2=
y 1 x 1 y 2 x 2 γ i P K 1= P
sat
//////////*13+
sifat kesetimbangan uap-cair suatu campuran akan menentukan desain seperti $umlah stages, $umlah tray, dan ketinggian kolom distilasi. Model-model termodinamika seperti equation of state *=o)+ atau activity coefficient digunakan untuk mengkorelasi data-data eksperimen tersebut sehingga dapat diperoleh parameter interaksi yang optimal dimana parameter interaksi ini merupakan hasil optimasi atau fitting parameter pada korelasi data kesetimbangan uap-cair dan cair-cair dengan model termodinamika tertentu. )elan$utnya, parameter interaksi tersebut dapat digunakan untuk memprediksi data kesetimbangan uap-cair atau cair-cair yang dibutuhkan sehingga dapat dihasilkan grafik kesetimbangan yang digunakan untuk mendesain kolom distilasi. * honi dan ayu, 214 +.
1. Persamaan NRTL
Nonrandom two!iquid *>?T+ pertama kali diusulkan oleh ?enon dan 'rausnit@ *1<9;+. Model >?T diturunkan dari model )cott two!iquid dan diasumsikan bah(a ketidakrandoman sama dengan model yang digunakan pada Model Ailson. Model >?T memiliki parameter ketidakrandoman *"12+ sehingga memungkinkan untuk digunakan dalam berbagai macam campuran. Melaui set nilai "12 maka model >?T mempunyai keunggulan yaitu dapat merepresentasikan berbagai macam campuran larutan dengan baik saat persamaan komposisi lokal yang lain terbatas. Model >?T ini hanya menggunakan parameter biner untuk menghitung properti kesetimbangan fasa.
(
E τ 21 G21 τ 12 G12 G = x1 x 2 + R T x 1 + x 2 G21 x 2+ x 1 G 12
[[ [[
] ]
)
////..*14+
2
G21 τ 12 G12 + ln γ 1= x τ 21 2 x 1+ x 2 G 21 ( x2 + x 2 G12 ) 2 2
2
G21 τ 21 G21 + ln γ 2= x τ 21 2 x 2+ x1 G 12 ( x1 + x 2 G21 ) 2 1
/////.*19+
////*1:+
ln G21=−α 12 τ 21
////*1;+
τ 21= A 21+
α ,
/////*18+
ln G12=−α 12 τ 12
τ 12= A12 +
dimana
] ]
B12 T
/////*1<+
B 21 T
////...*2+
A 12 , A21 , B12 ,danB 21
merupakan parameters spesifik
untuk ikatan suatu komponen. * honi dan ayu, 214 +. 2. Persamaan !"s#n Ailson *1<94+ yang dikenal dengan persamaan Ailson. 'ersamaan Ailson ini
hanya mengandung parameter biner (alaupun digunakan untuk campuran sistem
multikomponen. 6ni yang menyebabkan persamaan Ailson lebih superior dari persamaan sebelumnya. &eunggulan lainnya adalah dimasukkannya pengaruh suhu pada persamaan tersebut. * agung dan yustia, 21 + E G =− x 1 ln ( x 1+ A 12 x 2) − x 2 ln ( x 2 A 21 x 1 ) ////..*21+ R T ln γ 1=−ln
( x + A 1
x 2 )+ x2
12
ln γ 2=−ln ( x 2+ A 21 x 1 ) + x1
A 12= A 21=
V 2 V 1
V 1 V 2
x 1 + A 12 x 2 )
((
A12
x 1 + A 12 x 2 )
( − (
exp
exp
((
A12
) )
+
A21
( x + A 1
+
x 2 )
21
A 21
( x 1 + A21 x 2 )
)
)
//..*22+
///.*23+
− λ12 − λ 11
RT
λ21− λ 22 R T
////.*24+
////..*28+
'ada &urva T, ! untuk sistem biner etanol *1++ B ir *2+ menun$ukan semakin besar fraksi mol maka temperatur dew #oint dan bubb!e #oint semakin menurun. Cal ini dikarenakan komponen etanol bersifat volatil dengan titik didih ; D dan air bersifat non volatil dengan titik didih 1 D * )ari, 212+.
III.
PROSEDUR KERJA A. A"a$
1. 'iknometer 8 ml 2. =rlenmeyer 28 ml 3. all filler 4. 'ipet ukur 1 ml 8. Termometer 2oD 9. Dorong kaca :. Ethmer still
B. Ba%an
1. =thanol 2. #uades C. Ran&'a!an A"a$
amar *.1. Ran&'a!an A"a$ O$%mer S$!""
D. S'ema Ker+a
a. Pembuatan Ethanol 91% (sebelum titik azeotrop)
Etanol
A uades
Ditimban Etanol + Dimasukkan thmer !till dan di
&ase air
Diamati
&ase 'a
&ase air
Dihitung
&ase 'a
IV. DATA PENAMATAN Tabel 60.1. ata pengamatan percobaan 0apor i#uid =#uilibrium Per"a',an 1. 'erhitungan densitas etanol
Pen&ama$an 'ikno kosong 12,8 gr 'ikno isi 19,4 gr 0olume 8 ml 19,-4 gr 12,-8 gr −
ρ
2. 'erhitungan densitas a#uades
=
8 m!
'ikno kosong 14,<: gr
=
-,:<; gr F m!
'ikno isi 2,; gr 0olume 8 ml
ρ
3. 'embuatan larutan etanol fraksi ,8
2-,-; gr 14,<: gr −
=
mtota!
8 m! =
me tan o!
1,-22 gr F m!
;- gram =
m aquades 1 ml etanol dan 3,2 ml a#uades dicampur dalam erlenmeyer. arutan dimasukkan dalam alat othmer still 4. arutan etanol fraksi ,8 di run 1 dalam alat othmer still 8 menit 18 menit 2 menit 28 menit 3 menit 38 menit -. Menghitung densitas larutan etanol fraksi ,8 pada kondisi setimbang
=
(1-- m! ) 22,4; gram ( 3,-2 m! )
8:,82 gram
=
;1 oD ; oD ; oD ; oD ; oD ; oD ρ !iquid
=
-,;: m!
ρ ua# F va#or
=
-,;2 m!
Tabel 60.2. &esetimbangan suhu saat proses distilasi pada fraksi etanol yang berbeda Aaktu )uhu *D+ *=tanol ,8+ ensitas 0apour ensitas i#uid *menit+ 8 ;1 ,;3 ,;:9 1 ; ,;2; ,;:4 18 ; ,;29 ,;9; 2 ; ,;24 ,;99 28 ; ,;22 ,;94
Tabel 60.3 Tabel densitas fase cair dan fase uap larutan etanol =tanol *,<9+ ensitas %ase cair
ensitas fase uap
,;4 grFml
,;89 grF ml
/ra0k alibrasi Etanol Air
($) * ,.-$ + 1.,1
5ambar 4.1. &urva &alibrasi 0= =tanol- ir
V. SIMPULAN DAN SARAN 1. &=)6M'"> a. )uhu kesetimbangan pada konsentrasi etanol ,<9 yaitu ;D
b. )emakin lama (aktu pemanasan maka densitas dari larutan baik fase uap atau cair semakin menurun. c. &onsentrasi etanol pada fase uap dan fase li#uid di konsentrasi ,<9 berat ; gram yaitu ,8 mol. 2. )?> a. &etelitian dan kecermatan dalam pembacaan skala thermometer lebih diperhatikan lagi agar pembacaan hasil suhu kesetimbangan setiap variabel dapat lebih akurat. b. alam memasang rangkaian alat pada othmer still sebaiknya benar-benar tepat maksimal untuk menghindari adanya gangguangangguan yang dapat menyebabkan faktor eror pada pengukuran suhu kesetimbangan larutan campuran dan konsentrasi masingmasing fase va#or!iquid .
VI.
DATAR PUSTAKA .M.)mith, C.D.0an >ess, M.M.bbott. 1<<9. G $ntroduction to %&emica!
'ngineering &ermodynamicsH fifth edition, Mc5ra(-Cill ook Dompany, )ingapore
Tim osen 'raktikum Eperasi Teknik &imia 2. 219, G etun*u+ ra+ti+um #erasi e+ni+ -imia $$ H, Teknik &imia "niversitas >egeri )emarang, )emarang. rindradita. 2<. G&esetimbangan faseH, Makalah 'enelitian. *httpFFlevenspiel.(ordpress.comF2
