iii
KESETIMBANGAN UAP-CAIR-CAIR
SISTEM BINER
n-BUTANOL+AIR DAN ISOBUTANOL+AIR
PADA 101.3 kPa
Nama : Rosi Rosmaysari (2308 100 106) Dian Eka Septiyana (2308 100 163) Jurusan : Teknik Kimia ITS
Pembimbing : Dr. Ir. Kuswandi, DEA
ABSTRAK
Tujuan Penelitian ini adalah untuk mendapatkan data VLLE isobarik untuk sistem n-butanol + Air dan isobutanol + Air. Sebuah Ebuliometer digunakan pada penelitian ini untuk mencampur dan memanaskan komposisi campuran dari campuran mol fraksi pada kondisi 101.3 kPa hingga temperatur equilibrium dapat dijangkau. Fase uap dan cair diambil menggunakan syiringe. Ketika fase cair membentuk dua fase (fase organik dan aqueous), pemisahan untuk masing-masing fase menggunakan syiringe dengan batas antara dua fase cair dibuang. Pengukuran untuk dua fase dilakukan berulang hingga komposisi konstan. Komposisi konstan tersebut dinamakan titik LLE. Data VLLE diperoleh dari perpotongan grafik VLE dan LLE, sehingga penelitian LLE diperlukan. Penelitian LEE menggunakan equilibrium cell dan waterbath. Komposisi dari masing-masing sampel dianalisa menggunakan GC (Gas Chromatography). Data penelitian kemudian dikorelasikan menggunakan model koefisien aktivitans NRTL (Non Random Two Liquids) dan Universal Quasi-Chemical (UNIQUAC). VLLE untuk sistem n-butanol +Air secara eksperimen tercapai pada temperatur 366,15 K dengan fraksi mol uap n-butanol sebesar 0,2310 dan komposisi fase organik serta fase aqueous masing-masing sebesar 0,3407
iv
dan 0,0259 dalam fraksi mol n-butanol.VLLE untuk sistem isobutanol +air secara eksperimen tercapai pada temperatur 360,85 K dengan fraksi mol uap isobutanol sebesar 0,3797 dan komposisi fase organik serta fase aqueous masing-masing sebesar 0,5908 dan 0,0398 dalam fraksi mol isobutanol.
Kata Kunci: VLLE, NRTL, UNIQUAC, n-butanol,
Isobutanol, Air,
v
BINARY SISTEMS
VAPOR-LIQUID-LIQUID EQUILIBRIA
OF n-BUTANOL+WATER AND
ISOBUTANOL+WATER AT 101.3 kPa
Name : Rosi Rosmaysari (2308 100 106) Dian Eka Septiyana (2308 100 163) Department : Teknik Kimia ITS
Advisor : Dr. Ir. Kuswandi, DEA
ABSTRACT
The objective of this study is to obtain Isobaric Vapor Liquid Liquid Equilibrium (VLLE) data of n-butanol + water and isobutanol + water binary systems. The equilibrium data are correlated using NRTL and UNIQUAC models. An Ebuliometer was utilized to generate VLLE data by mixing and boiling the binary mixture under atmospheric condition. Vapor and liquid phases were taken by syringe. When the liquid phase formed two phases (organic and aqueous phases), separation for each part by using syringe with the interface of two phases were discarded. The Measurement of two phases are repeated until constant composition. Constant composition named LLE point. The VLLE data is obtained from the intersection of LLE and VLE graphs, so that LLE researches are needed. Research of LLE using equilibrium cell and waterbath. The composition in each samples were analyzed using GC (Gas Chromatography).The VLLE data obtain in this study were then correlated using Non Random Two Liquids (NRTL) and Universal Quasi-Chemical (UNIQUAC) activity coefficient models. VLLE for the system water + n-butanol was achieved at 366.15 K with the mole fraction of vapor 0.2310 and the composition of the organic phase and aqueous phase are 0.3407 and 0.0259. VLLE for the system water +
vi
isobutanol was achieved at 360.85 K with the mole fraction of vapor 0.3797 and isobutanol vapor phase composition of the organic and aqueous phases are respectively of 0.5908 and 0.0398.
Key Word: VLLE, NRTL, UNIQUAC, n-butanol, Isobutanol, Water
vii
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kehadirat Allah SWT atas berkat, rahmat dan hidayah-Nya sehingga kami dapat menyelesaikan SKRIPSI dengan judul :
“KESETIMBANGAN UAP-CAIR-CAIR SISTEM BINER n-BUTANOL+AIR DAN ISOBUTANOL+AIR PADA 101.3
kPa”
SKRIPSI merupakan salah satu persyaratan yang harus dilalui mahasiswa Teknik Kimia ITS guna memperoleh gelar kesarjanaan. SKRIPSI ini kami susun berdasarkan penelitian dan analisa komponen menggunakan GC (Gas Chromatoghrafy) yang telah kami lakukan di Laboratorium Termodinamika Teknik Nimia FTI ITS. Ucapan terima kasih kami haturkan kepada: 1. Bapak Dr. Ir. Kuswandi, Selaku Pembimbing Utama Overall
Konsep dalam Pengerjaan SKRIPSI ini.
2. Bapak Prof. Dr. Ir. Gede Wibawa, yang memberikan bimbingan mengenai pemisahan dua fase dan selaku kepala Laboratorium Termodinamika.
3. Bapak Ir. Ignatius Gunardi, MT dan Ir. Winarsih yang telah memberikan saran saat poster paper dan seminar proposal skripsi.
4. Rama Oktavian ST. Msc yang telah memberikan bimbingan analisa GC (Gas Chromatografy).
5. Kedua orang tua kami yang selalu memberikan dukungan dan do’a.
6. Para sahabat Laboratorium Termodinamika dan K-48 seluruhnya yang selalu memberikan semangat.
Kami menyadari masih banyak hal yang perlu diperbaiki dalam SKRIPSI ini. Saran dan kritik yang membangun sangat kami harapkan.
Surabaya, 27 Juni 2012
viii
ix
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN i
ABSTRAK INDONESIA v
ABSTRAK INGGRIS vii
KATA PENGANTAR ix
DAFTAR ISI xi
DAFTAR GAMBAR xiii
DAFTAR TABEL xiv
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang 1
I.2 Perumusan Masalah 2
I.3 Tujuan 2
I.4 Manfaat 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Penelitian Terkait 3
II.2 n-Butanol 5
II.3 Isobutanol 6
II.4 Konsep Kesetimbangan 6
II.5 Kesetimbangan Uap-Cair-Cair 8
II.6 Persamaan NRTL 10
II.7 Persamaan UNIQUAC 11
II.8 Tes Konsisitensi Termodinamika 13
BAB III METODE PENELITIAN III.1 Peralatan Penelitian 17
III.2 Bahan yang Digunakan 19
III.3 Prosedur Penelitian III.3.1 Prosedur 18
III.3.2 Analisa 21
III.4 Diagram Alir Metodologi Penelitian 22
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil 30
IV.2 Pembahasan 33
IV.2.1 Tekanan Uap 29
x
IV.2.3 Kesetimbangan -Uap-Cair-Cair Isobarik 36
BAB V KESIMPULAN 45
DAFTAR NOTASI 47
DAFTAR PUSTAKA 49
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rumus Struktur n-butanol 5
Gambar 2.2 Rumus Struktur Isobutanol Isobutanol dapat 6
Gambar 2.3 Kesetimbangan Fase 7
Gambar 2.4 Kesetimbangan Tiga Fase VLLE 8
Gambar 2.5 Diagram T-x-y pada temperatur konstan untuk VLLE sistem biner 9
Gambar 2.6 Kurva Luasan Tes Konsistensi 14
Gambar 3.1 Peralatan Penelitian VLE & VLLE 17
Gambar 3.2 Peralatan Eksperimen LLE 19
Gambar 3.3 Diagram Alir Metodologi Penelitian 22
Gambar 3.4 Diagram alir perhitungan parameter interaksi VLE dengan persamaan NRTL 23
Gambar 3.5 Diagram alir perhitungan parameter interaksi LLE dengan persamaan NRTL 24
Gambar 3.6 Diagram alir perhitungan parameter interaksi VLE dengan persamaan UNIQUAC 25
Gambar 3.7 Diagram alir perhitungan parameter interaksi LLE dengan persamaan UNIQUAC 26
Gambar 3.8 Diagram Alir Perhitungan Komposisi Kesetimbangan (VLE) 27
Gambar 3.9 Diagram Alir Perhitungan Komposisi Kesetimbangan (LLE) 28
Gambar 3.10 Diagram Alir Perhitungan y*, P* (VLLE) 29
Gambar 4.1 Grafik T-x-y VLLE sistem n-Butanol+Air 37
Gambar 4.2 Grafik T-x-y VLLE sistem n-Butanol+Air 38
Gambar 4.3 Grafik T-x-y VLLE sistem Isobutanol+Air 40
Gambar 4.4 Grafik T-x-y VLLE sistem Isobutanol+Air 41
Gambar A.1 Kurva Luasan Tes Konsistensi Sistem Biner Isobutanol + Air 52
xii
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Properti n-Butanol 5
Tabel 2.2 Perbandingan berbagai bahan bakar dengan n-butanol 6 Tabel 2.3 Konematika kelekatan n-butanol pada 20oC 6
Tabel 2.4 Properti Isobutanol 7
Tabel 4.1 Hasil penelitian VLE pada 101,3 kPa 29
Tabel 4.2 Hasil penelitian LLE pada 101,3 kPa 30
Tabel 4.3 Data VLLE pada 101,3 kPa 30
Tabel 4.4 Parameter dari model NRTL dan UNIQUAC serta nilai RMSD model terhadap data penelitian VLE 30
Tabel 4.5 Parameter sistem Isobutanol + Air dari model NRTL dan UNIQUAC serta nilai RMSD model terhadap data penelitian VLE 31
Tabel 4.6 Parameter sistem n-Butanol + Air dari model NRTL dan UNIQUAC serta nilai RMSD model terhadap data penelitian LLE pada 101.3 kPa 31
Tabel 4.7 Parameter sistem Isobutanol + Air dari model NRTL dan UNIQUAC serta nilai RMSD model terhadap data penelitian LLE pada 101.3 kPa 31
Tabel 4.8 Konstanta Antoine Etanol 32
Tabel A.1.Hasil Goal Seak untuk Komposisi Isobutanol + Air 49 Tabel A.2 Hasil Kalibrasi untuk n-Butanol + Air 51
Tabel A.3 Hasil uji konsistensi 56
Tabel A.4 Perhitungan RMSD y(1) 70
Tabel A.5 Fitting Parameter UNIQUAC untuk sistem n-Butanol + Air pada 101,3 kPa 71
Tabel A.6 Fitting Parameter UNIQUAC untuk sistem Isobutanol + Air pada 101,3 kPa 72
Tabel A.7 Fitting Parameter NRTL untuk sistem n-Butanol+Air pada 101,3 kPa 73
Tabel A.8 Fitting Parameter NRTL untuk sistem Isobutanol + Air pada 101,3 kPa 74 Tabel A.9 Fitting Parameter UNIQUAC untuk LLE sistem
xiv
pada 101,3 kPa 71 75
Tabel A.10 Fitting Parameter NRTL untuk LLE sistem n-Butanol + Air dan Isobutanol +Air
