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

(1)

Disusun Oleh:

Achmad Mubarah

Thermodinamik

Equilibrium?

liquid

gas

(2)

Latar Belakang

Upaya meningkatkan Nilai

Octane Gasoline

Penambahan Oxygenate

(Eter / Alkohol)

MTBE digunakan

sebagai oxygenate

Alkohol

(Ethanol)

sebagai

Oxygenate

1995

2002

(3)

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)

EMISI MENINGKAT

Penambahan

Ethanol

Tekanan Uap Campuran Meningkat

Latar Belakang

(5)

Kajian pustaka

* Bubble points measurement for System Chloroform-Ethanol-Benzene by Inclined Ebulliometer

Li, et al (1995)

• Isobaric vapor–liquid Vapor Pressure Measurement and Prediction for Alkohol-Gasoline

Blends

Pumprhey, et al (2000)

• Investigation of Bubble Point Vapor Pressure for Mixture of an Endothermic Hydrocarbon

Fuel with Ethanol

Fang, et al (2005)

* Phase Equlibria of Ethanol Fuel Blends French, et al (2005)

* Alternative Fuel for Conventional Spark Ignition Engines base on a standart gasoline-ethanol, and other Oxygenates

Golubkov, et al (2005)

* Potential Evaporative Emission Impacts Associated with the Introduction of

Ethanol-Gasoline Blend in California

Lyon, et al (2000)

Alat Pengukuran Tekanan Uap Campuran

(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



sistem terner



Gasoline-Ethanol–2–Propanol



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

(9)

Metode Penelitian

Eksperimen untuk mendapatkan data P-T-x sistem biner

Penentuan Parameter biner persamaan Wilson, NRTL

Prediksi Tekanan uap sistem terner berdasarkan parameter biner persamaan

Wilson, NRTL

Perbandingan error Tekanan Uap untuk perhitungan sistem terner antara prediksi

dengan korelasi

Eksperimen untuk mendapatkan data P-T-x sistem terner

Penentuan Parameter biner persamaan Wilson, NRTL

Korelasi Tekanan uap sistem terner berdasarkan persamaan Wilson, dan NRTL Korelasi Tekanan uap sistem biner

berdasarkan persamaan Wilson, dan NRTL

EKSPERIMEN

(EBULLIOMETER)

PENGOLAHAN

DATA

(10)

Bahan Experimen:

Property

Gasoline

2-Propanol

C

3

H

7

OH

Ethanol

C

2

H

5

OH

(Reformate)

(Petrosol)

CA

CB

CC

Produsen Pertamina (Balongan) Pertamina (Cepu) Pertamina (Cepu) Pertamina

(Cepu) Merck Merck

Molecular weight (g/mol) 120.3 100.1 123.7 141.9 60.096 46.069 Purity (GC) - - - - 99.8 % 99.9 % Density (d 20o_C/20o_C) 0.735 (kg/l) 0.721 ( kg/l) 0.762 (kg/l) 0.781 (kg/l) 0.784 (Kg/l) 0.790 (Kg/l) Boiling range (0_C) - - - - 81 - 83 78 RON 92 - - - 118 129

(11)

(12)

(13)

Validasi

• Membandingkan data experimen dengan literatur

• Hasil perbedaan tekanan uap komponen murni rata-rata sebesar ±0,0007

a. Tekanan Uap 2-Propanol murni

b. Tekanan Uap Ethanol murni

T P (K) (k P a) AAD = 0.7 % Exp. Data Wagner Eq.

Literatur Data (Lide, 2007)

300 305 310 315

10 15

Exp. Data Wagner Eq.

Literatur Data (Lide, 2007)

T P (K) (k Pa ) AAD = 0.4 % 300 305 310 315 10 15 20

(14)

• Validasi Pengukuran Ebulliometer

c. Tekanan Uap Campuran biner Isooctane-Ethanol pada 308.15 K

[4] Golubkov, et al (2005)

(15)



Validasi konsentrasi Camp. Liquid (

D

x

i

)

Li dkk, (1995)

Hasil Korelasi

Perhitungan Dimensi volume vapor _{(asumsi Gas Ideal)}

DIUJI PADA CAMPURAN BINER REFORMATE- 2-PROPANOL 4% PADA TEMPERATUR 318 K.

x

0 = 0,101 

x

1 = 0,100692 (Hasil dgn Persamaan. Li)

(16)

• Pengukuran Tekanan Uap Komponen Murni

T

P

(K)

(k

P

a)

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

300

305

310

315

20

40

60

80

100

(17)

Perubahan tekanan Uap Gasoline

terhadap penambahan Alkohol

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.

x

P(k

P

a)

Fase Liq. (Reformate-Ethanol) Fase Liq. (Reformate-2-Propanol)

1

Ethanol mulai tidak larut

2-Propanol mulai tidak larut

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 22 24 26 28 30 32 x P(k P a)

Fase Liq. (Petrosol CB-Ethanol) Fase Liq. (Petrosol CB-2-Propanol)

1

2-Propanol mulai tidak larut

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

20 25 30

(18)

Perubahan tekanan Uap Gasoline

terhadap penambahan Alkohol

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

P(k

P

a)

Fase Liq. (Petrosol CA-Ethanol) Fase Liq. (Petrosol CA-2-Propanol)

1

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 60 65 70 75 80 x P(k P a)

Fase Liq. (Petrosol CC-Ethanol) Fase Liq. (Petrosol CC-2-Propanol)

1

Ethanol mulai tidak larut 2-Propanol

mulai tidak larut

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 24 26 28 30 32

(19)

• Model Wilson

Dimana:

Perhitungan Korelasi Metode BARKER:

Parameter Model

























N k N j kj j ki k N j ij j i

x

ln

1 ln



Wilson, (1964)

(20)

• Model NRTL

Dimana:

– Parameter model

Modifikasi:





















N j N k k kj N k kj kj k ij N k k kj ij j N k k ki N j j ji ji i

x

G

x

G

x

G

x

G





ln

G

_ij

= exp (-

 

_ij

)

RT b_ij ij 



Parameter Model

PERHITUNGAN KORELASI METODE BARKER:

(21)

• Korelasi Sistem Binary

Penyimpangan terhadap Data Exp:

Campuran Wilson NRTL NRTL (Parameter modifikasi) Reformate(1)-Ethanol(2) a12= 749,54 a21=2053,18 a = 0,3 b12= 1123,894 b21= 1007,457 a = 0,3 b120= 1,068 b121=11,036 b122=-0,010 b210= 1,126 b211=20,034 b212=-0,067 Reformate(1)-2-Propanol(3) a13= 1061,47 a31= 1003,64 a = 0,3 b13= 1260,48 b31= 1142,04 a = 0,3 b130= 1,262 b131=40,429 b132=-0,104 b310= 0,986 b311=-2,241 b312= 0,005 Ethanol(2)-2-Propanol(3) a23= 33,878 a32= 25,975 a = 0,3 b23= 45,482 b32= 45,473 a = 0,3 b230= 1,033 b231= 6,232 b232=-0,028 b320= 1,094 b321=15,687 b322= -0,02 Model AAD (%)* Reformate(1)-Ethanol(2)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) Reformate(1)-2-Propanol(3)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) Ethanol(2)-2-Propanol(3)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) 5,5 6,7 2,7 4,6 4,2 2,4 3,4 3,5 2,6

(22)

VLE (Pxy) Campuran sistem biner

Gasoline-Alkohol pada 310,15 K

• Reformate-Alkohol

x ; y

P

(k

Pa

)

Fase Liq. (Reformate-Ethanol) Fase vap. (Reformate-Ethanol) Fase Liq. (Reformate-2-Propanol) Fase vap. (Reformate-2-Propanol)

1 1 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 20 25 30 35

(23)

• Prediksi Tekanan Uap Sistem Terner

Model AAD (%) Reformate(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) 3,4 5,3 15,1

Parameter dari sistem Biner

Model Wilson, dan NRTL





₁

,



₂

,



₃

  





_i

prediksi

Model AAD (%) Petrosol CA(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) 5,7 10,9 13,6 Model AAD (%) Petrosol CB(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) 4,5 13,5 20,4 Model AAD (%) Petrosol CC(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) 4,3 5,6 13,8

(24)

D

P campuran sistem terner Reformate-Alkohol thd

Reformate (Penambahan 6% Alkohol)

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. 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

(k

Pa

)

C am pu ra n R ef or m at e T(K)

P. -P

.

300 305 310 315 0 5 10 15

(25)

• Korelasi Sistem Terner

Penyimpangan terhadap Data Experimen:

Campuran Wilson NRTL NRTL (Parameter modifikasi) Reformate(1)- Ethanol(2)-2-Propanol(3) a12= 673,72 a21=862,305 a13= 1844,61 a31= 2082,32 a23= 463,19 a32= 170,95 a = 0,3 b12= 906,45 b21= 2827,55 b13= 1388,47 b31= 2135,52 b23= 43,385 b32= 281,820 a = 0,3 b120= 1,109 b121=17,536 b122=-0,048 b210= 1,023 b211=4,026 b212=0,019 b130= 1,045 b131=7,632 b132=0,008 b310= 1,000 b311=0,493 b312=-0,007 b230= 1,024 b231= 4,277 b232=0,002 b320= 1,037 b321=6,263 b322= -0,035 Model AAD (%) Reformate(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3)  Wilson  NRTL  NRTL (Parameter modifikasi) 3,3 4,4 3,1

(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 Ethanol,

Reformate-2-Propanol, Petrosol CA-Ethanol, Petrosol CA-Reformate-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 -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)