2023, Vol. 1, No. 1
Application of NRTL Models with Binary Parameters for Vapor Liquid Equilibrium Data of Ternary System
Widhy Rafi Imani* (1),Vera Yuniarti(2), Salsabila Yunendar Putri (3) Saidah Altway, S.T, M.T, M.Sc.
Departemen Teknik Kimia Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember
15 April 2023 Abstrak
Vapor Liquid Equilibrium (VLE) merupakan kondisi dimana liquid dan gas berada pada kesetimbangan satu sama lain. Dasar data dari kesetimbangan uap-cair berbeda, karena konsentrasi uap dan cairan bernilai rendah secara bersamaan dan rasio konsentrasinya relevan bagi bidang industri pada proses pemisahan seperti distilasi terutama yang menghasilkan produk ultramurni. Tujuan Percobaan ini adalah untuk mengetahui nilai parameter, mengetahui data hasil perhitungan model, mengetahui nilai gamma setiap komponen di setiap fase, mengetahui grafik dari sistem, dan mengetahui nilai RMSD. Prosedur Percobaan diawali membuka aplikasi aspen plus, lalu membuat new project dan menambahkan komponen baru yaitu methane, ethane dan carbon dioxide, kemudian melengkapi folder methods dengan mengisi method filter dengan common lalu base method pilih model termodinamika NRTL kemudian next step, pada binary interaction pilih enter experimental data lalu mengisi folder data dan mixture, selanjutnya melengkapi data eksperimen dengan data type PXY dan temperature 250,5 K, basis komposisi mole fraction, dan mengisi data eksperimen berdasarkan jurnal untuk komponen methane,ethane dan carbon dioxide lalu regression. Setelah itu, melengkapi input dan pada report pilih gamma, lalu run data regression cases. Setelah data hasil perhitungan model didapatkan maka dapat menghitung RMSD.
Berdasarkan hasil percobaan simulasi didapatkan nilai parameter dari komponen methane, ethane, dan carbon dioxide. Pada parameter pertama komponen I metha-01 dan j ethane-01 sebesar -521968 dengan standard deviasi 281692, kedua i ethanol. Dari data hasil simulasi, didapatkan nilai RMSD sebesar 50,73465456 %. Nilai tersebut lebih dari 1% yang artinya sistem ini tidak valid. Sehingga metode NRTL kurang cocok digunakan dalam sistem ini.
Kata kunci : Aspen Plus, RMSD, VLE 1.0 Pendahuluan
Vapor Liquid Equilibrium atau kesetimbangan uap-cair adalah kondisi dimana liquid dan gas berada pada keesetimbangan satu sama lain, Kondisi dimana kecepatan evaporasi sama dengan kecepatan kondensasi pada level molecular. Substansi yang berada pada kesetimbangan uap-cair pada umumnya disebut fluida jenuh. Untuk spesies kimia murni, hal ini sama dengan kondisi dimana spesies berada pada titik didihnya [1] .
Penggunaan sejumlah besar senyawa dalam simulasi proses membawa beberapa kesulitan.
Pertama, model termodinamika untuk perhitungan VLE akan memiliki peningkatan penting dalam jumlah parameter interaksi yang diperlukan, bahkan jika pendekatan kontribusi kelompok digunakan.
Selain itu, konsentrasi rendah membuat perhitungan kesetimbangan kurang kuat. Akhirnya, semakin banyak senyawa dalam simulasi, semakin besar ukuran model tanaman, sekali lagi menghukum kekokohan metode numerik. Vapor liquid equilibrium di setiap tahap distilasi mungkin sensitif terhadap keberadaan komponen minor, dan keberhasilan desain dan pengoperasian kolom distilasi untuk sistem yang kompleks sangat bergantung pada model termodinamika. Pekerjaan menganalisis sistem biner dan terner dan menyimpulkan bahwa hasil yang lebih baik diperoleh dengan menggunakan hukum Raoult yang dimodifikasi daripada persamaan keadaan. Model NRTL lebih akurat untuk sistem dengan data eksperimen yang tersedia untuk estimasi parameter. Model UNIFAC diindikasikan untuk kasus tanpa data eksperimen [2].
Dalam melakukan percobaan ini menggunakan aplikasi aspen plus, Aspen plus adalah sejenis perangkat lunak berbantuan komputer yang menggunakan hubungan fisik yang mendasarinya (misalnya, keseimbangan material dan energi kesetimbangan termodinamika, persamaan laju) untuk memprediksi kinerja proses. Analisa proses mungkin melibatkan penggunaan sarana eksperimental untuk memprediksi dan memvalidasi kinerja [3]
Model termodinamika harus dapat menggambarkan kondisi Kesetimbangan Uap-Cair (VLE) dan Kesetimbangan Cair-Cair (LLE) dengan baik. Data kesetimbangan uap-cair yang dibutuhkan dalam simulasi ini diestimasi menggunakan modified aturan Roult dengan koreksi ketidakidealan dalam fase
2023, Vol. 1, No. 1
cair menggunakan koefisien aktivitas. Koefisien aktivitas fase cair untuk solusi campuran non-ideal harus diprediksi bahkan ketika data kesetimbangan fase eksperimental tidak tersedia, dan asumsi solusi reguler tidak valid karena komponen polar [13]. Model termodinamika seperti NRTL (Non Random Two Liquid), Wilson, UNIQUAC (Universal Quasi Chemical) dan UNIFAC (Universal Functional Activity Coefficient) sering digunakan untuk korelasi VLE campuran non-ideal seperti alkohol-hidrokarbon.
Model termodinamika ini membutuhkan parameter interaksi biner tiap pasangan antar molekulnya. Ini digunakan untuk campuran multikomponen [4]
Aplikasi simulasi VLE pada industri dapat ditemukan di industri minyak sitronela. Minyak sitronela (citronella oil) dikenal juga sebagai minyak sereh,termasuk dalam kategori minyak atsiri.
Penyulingan sitronela dengan metode konvensional, yakni destilasi uap air, menghasilkan efesiensi rasio 8,27 kg sitronela dari setiap ton tanaman sereh wangi. Penyulingan lanjutan dengan teknik yang lebih komplek untuk mendapatkan hasil kemurnian tinggi, terutama untuk komponen sitronelal dan geranial dilakukan melalui proses penyulingan berdasarkan keseimbangan uap-cair (vapor-liquid equilibrium, VLE) dari sitronelal, sitronelol dan geranial pada tekanan mutlak, 3.31 kPa yang diukur dengan metode loop tunggal reaktor VLE. Metode VLE mempermudah pemisahan sitronelal dari minyak sereh menjadi lebih mudah, namun pemisahan sitronelal dan geranial sedikit lebih sulit [5]
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah untuk mengetahui nilai parameter, mengetahui data hasil perhitungan model, mengetahui nilai gamma setiap komponen di setiap fase, mengetahui grafik dari sistem, dan untuk mengetahui nilai RMSD.
2.0 Tinjauan Pustaka
2.1 Kesetimbangan Gas-Cair/Vapor Liquid Equilibrium
Vapor – Liquid Equilibrium atau kesetimbangan uap cair merupakan keadaan dimana dua fasa yaitu fasa uap dan fasa cair berada dalam keadaan yang setimbang. Kesetimbangan dapat diartikan sebagai suatu keadaan yang statis dimana tidak terjadi perubahan sifat makroskopik dari sebuah sistem dengan waktu [2]. Perhitungan kesetimbangan uap – cair terdiri dari penentuan variabel yaitu suhu (T) , tekanan (P), konsentrasi fase cair (x), dan konsentrasi fase uap (y) [5].
Pada kesetimbangan uap cair terdapat campuran ideal dan campuran tidak ideal. Persamaan untuk campuran ideal dapat dituliskan:
……….(1) Keterangan :
Xi = Konsentrasi Fase cair PiVap = Tekanan Vap P = Tekanan
Yi = Konsentrasi fase uap
Dimana persamaan (1) tersebut dikenal dengan Hukum Raoult yang menunjukan bahwa tekanan parsial suatu komponen dalam suatu larutan ideal dentaria oleh fraksi mol zat terlarut dan tekanan uap murninya. Campuran tidak ideal dapat diakibatkan oleh ketergantungan komposisi (non linier) dari aktivitas spesies koefisien. Campuran tidak ideal menunjukan terjadinya penyimpangan dari Hukum Raoult yang disebut sebagai Hukum Raoult modifikasi ditandai dengan adanya gamma.
2.2 Sistem Terner
Sistem terner merupakan sistem tiga komponen yang membentuk sepasang zat cair yang bercampur sebagian. Maksudnya larutan 1 dan larutan 2 membentuk dua fasa tetapi ketiga ditambahkan larutan 3 maka larutan 3 ini akan terdistribusi sebagian dilarutan 1 dan sebagian lagi dilarutan 2 sehingga terbentuklah 1 fasa. Sistem Terner (Sistem Tiga Komponen) memiliki bentuk prisma segitiga dengan segitiga sama sisi sebagai dasar yang juga dikenal sebagai segitiga komposisi. Setiap ujung segitiga menunjukkan satu dari tiga komponen murni, yaitu A, B, atau C. Titik yang terletak di tepi segitiga yang berlawanan dengan simpul melambangkan sistem dua komponen atau sistem biner, sedangkan titik yang terletak di dalam area segitiga melambangkan sistem tiga komponen atau sistem terner. Dalam sistem terner, jumlah dua komponen harus dibatasi, sehingga memerlukan dua sumbu.
Ukuran ketiga dapat dihitung dengan mengurangi jumlah dua komponen dari 100, yang berarti ketiga komponen A, B, dan C mewakili 100% atau jumlah tiga adalah 100. Seluruh ruang dibagi menjadi satu
𝑥𝑖𝑃𝑖𝑉𝑎𝑝= 𝑦𝑖𝑃
2023, Vol. 1, No. 1
set segitiga sama sisi kecil, yang dapat dibagi lagi. Pembagian yang lebih kecil memberikan lokasi komposisi yang akurat tepat [6]
2.3 Model Termodinamika
Model termodinamika ini digunakan untuk memprediksi sifat VLE pada suhu dan tekanan tertentu. Equation-of-state (EOS) dan activity coefficient (γ) model adalah model termodinamika yang digunakan dalam perhitungan VLE [7] .
macam-macam model termodinamika yang ada [8]. Sebagai berikut : 1. UNIQUAC
Model ini tetap menggunakan dua parameter per biner walaupun terjadi penambahan sistem.
multikomponen. Pada umumnya, UNIQUAC memberikan prediksi yang bagus untuk kesetimbangan uap-cair maupun kesetimbangan cair-cair.
2. UNIFAC
Model UNIFUAC Functional-Group Activity Coefficients (UNIFAC) merupakan model yang berbasis persamaan UNIQUAC dengan menggunakan gugus fungsi suatu molekul yang terdapat dalam campuran untuk menghitung koefisien aktivitas.
3. Antoine Type Equation
Model ini digunakan untuk mengkorelasi data eksperimen tekanan uap baik dalam sistem biner maupun terner yang mengandung ionic liquids.
4. Wilson
Pada sistem biner model termodinamika yang sering digunakan yaitu Wilson. Model Wilson dikenal sebagai persamaan Wilson. Persamaan Wilson hanya mengandung parameter biner.
Keunggulan persamaan Wilson yaitu pengaruh suhu pada persamaan tersebut. Persamaan Wilson merupakan persamaan yang kompleks, dimana parameter hanya bisa dicari secara numerik jika koefisien aktifitas secara percobaan diketahui [9] .
2.4 Model Non Random Two Liquid (NRTL)
Model koefisien aktivitas dan model persamaan keadaan (EOS) adalah dua jenis model yang paling banyak digunakan untuk mengevaluasi data VLE. Beberapa model yang termasuk dalam kategori tersebut adalah Peng Robinson (PR) , Soave-Redlich-Kwong (SRK), dan bentuk modifikasinya yaitu model Non Random Tow Liquid (NRTL), UNIQUAC, dan UNIFAC. Penerapan dari model- model tersebut adalah pada Fischer-Tropsch Synthesis (FTS) [4].
macam-macam model termodinamika diantaranya, sebagai berikut: [8]
1. NRTL
Non random two-liquid (NRTL) merupakan modifikasi dari model Scott Two Liquid. Model NRTL memiliki parameter ketidakrandoman (α12) sehingga memungkinkan untuk digunakan dalam berbagai macam campuran. NRTL mempunyai keunggulan yaitu dapat merepresentasikan berbagai macam campuran larutan dengan baik saat persamaan komposisi lokal yang lain terbatas
2. E-NRTL
Perbedaan model ini dengan model NRTL yaitu terdapat penambahan fraksi mol kation (xc) dan anion (xa) dengan asumsi disosiasi total pada komponen elektrolit.
2.5 Root Mean Square Deviation (RMSD)
Root Mean Square Deviation (RMSD) adalah perhitungan yang umum digunakan dalam menghitung nilai keakuratan data antara nilai sampel yang diprediksi oleh model dan nilai yang diamati.
RMSD biasanya berupa akar kuadrat dari data sampel kedua dari perbedaan antara nilai yang diprediksi dan nilai yang diamati atau rata-rata kuadrat dari perbedaan ini. Penyimpangan ini disebut residu ketika perhitungan dilakukan atas sampel data yang digunakan untuk estimasi dan disebut kesalahan prediksi Ketika dihitung di luar sampel. RMSD memiliki fungsi yaitu untuk menggabungkan dan menghitung besarnya kesalahan data dalam beberapa titik prediksi data menjadi satu data keakuratan prediktif [8].
RMSD juga menjadi tolak ukur keakuratan data, untuk membandingkan kesalahan peramalan model data yang berbeda untuk dataset tertentu dan bukan antara dataset, karena tergantung pada skala.
Nilai RMSD selalu bernilai positif, dan nilai 0 akan menunjukkan kecocokan sempurna dengan data walaupun nilai ini hampir tidak pernah dicapai dalam praktik, semakin kecil nilai RMSD yang didapat maka semakin baik hasil penelitian. Namun, perbandingan di berbagai jenis data akan tidak valid karena ukuran tergantung pada skala angka yang digunakan [10]. Dalam Praktikum ini rumus RMSD yang digunakan adalah sebagai berikut:
Commented [wr1]: Sitasi model IEEE tidak boleh menurut…..
2023, Vol. 1, No. 1
………(2)
Keterangan :
𝑿𝟏𝒆𝒙𝒑= Fraksi massa data eksperimen dari komponeni di fase α dalam tie-line k 𝑿𝟏𝒄𝒂𝒍= Fraksi massa perhitungan dari komponen i di fase α dalam tie-line k 𝐍 = Banyaknya tie-line
2.6 Aspen Plus
Aspen Plus adalah aplikasi yang digunakan untuk pemodelan dan simulasi yang biasa digunakan di Industri. Aspen plus menggunakan bantuan komputer untuk proses rekayasanya. Aspen plus memiliki keunggulan diantaranya dapat menangani proses yang sangat kompleks, seperti sstem pemisahan multi-kolom, reaktor, penukar panas, dan pengubah tekanan [11].
Aspen Plus juga dapat didefinisikan sebagai sebuah perangkat lunak yang digunakan untuk suatu simulasi yang berhubungan dengan besaran fisika, seperti neraca massa, neraca panas, kesetimbangan termodinamika dan persamaan kecepatan yang dapat digunakan untuk memprediksi performa suatu proses, seperti sifat aliran dan kondisi operasi dari suatu alat ukur [12].
Pada aspen plus VLE dapat dihitung menggunakan model koefisien aktivitas dengan parameter di bank data Aspen Plus atau prediksi lengkap dibuat menggunakan model UNIFAC. Perhitungan tersebut dapat digunakan untuk menentukan apakah campuran memiliki azeotrope atau tidak. Secara singkat prinsip dari Aspen plus untuk mensimulasi sebuah proses yaitu mengatur spesifikasi tekanan, suhu, fraksi uap, dan heat duty yang akan keluar, selanjutnya - melakukan Analisa property, lalu melakukan metode simulasi dan yang terakhir meregresi data VLE dengan menggunakan aktivitas model koefisien ataupun menggunakan persamaan keadaan [13].
3.0 Metodelogi
Pada percobaan Application of NRTL Models with Binary Parameters for Vapor Liquid Equilibrium Data of Ternary System terdapat beberapa prosedur yang dilakukan. Pertama-tama mebuka aplikasi aspen plus (Versi 11). Langkah selanjutnya membuka case baru yang ada dibagian file (File
→ New Project → Blank Simulation → Create). Setelah memilih new project kemudian muncul jendela simulation basis manager. Jika ada tanda merah berarti komponen belum siap untuk digunakan atau belum diisi atau data belum lengkap. Untuk menambahkan komponen bisa melakukan klik add pada components lalu klik find. Setelah muncul jendela find components, cari komponen dengan tulis nama komponen (Water dan Ethanol), setelah itu klik find now dan pilih komponen yang sesuai. Selanjutnya klik “add selected compounds” dan muncul di component ID. Setelah menambahkan komponen semuanya dan siap digunakan, klik next untuk melanjutkan percobaan aspen ini. Langkah selanjutnya melengkapi folder methods, mengisi method filter lalu pilih common, dilanjutkan mengisi base method dengan NRTL. Setelah tanda merah berubah menjadi briu, dapat di next.
Kemudian masuk ke Folder Binary Interaction, isi data data yang disediakan hingga pada data NRTL sudah berubah menjadi warna biru. Selanjutnya klik next lalu klik experimental data dan klik ok. Setelah itu mengisi folder data dengan klik “new” lalu pilih select type dan klik mixture kemudian klik next. Langkah selanjutnya melengkapi data eksperimen dengan klik “>>” untuk menambahkan data, pilih data type dan klik TXY isi pressure dengan nilai 721881 units N/sqm, setelah itu pilih basis component, pilih mole fraction. Langkah selanjutnya melengkapi data eksperimen berdasarkan data yang telah diberikan, copy dan paste data suhu, X water dan Y ethanol, maka akan terisi otomatis oleh aspen. Memasukkan data temperature yang telah diberikan. Jika data telah terisi semua dan pada folder data telah bertanda warna biru klik “Regression” lalu next.
Langkah selanjutnya melengkapi folder regression dengan klik new lalu enter ID:DR-1 dan klik ok. Langkah selanjutnya melengkapi input dengan mengisi set up, pilih data set,masukkan D-1 dalam tabel lalu klik consistency. Dilanjut dengan mengisi parameters dengan cara isi element dengan 2 element dan 2 kolom, pilih type binary parameter, pilih nama NRTL, isi element kembali, pilih
𝑹𝑴𝑺𝑫 = √𝜮(𝑿𝟏𝒆𝒙𝒑− 𝑿𝟏𝒄𝒂𝒍)𝟐 𝑵
Commented [wr2]: Diganti karena masih menggunakan rumus RMSD LLE
2023, Vol. 1, No. 1
component or water dan kolom sampingnya pilih ethanol, pilih group dengan komponen yang berbeda dengan yang yang ada di component o. Selanjutnya masuk ke bagian report pilih gamma dan klik “>”.
Jika set up, parameters dan report telah bertanda biru,langsung saja klik “next” pilih run data regression cases dan klik OK. Akan muncul jendela data regression run selection, lalu klik OK dan klik yes to all.
Setelah data selesai di run, memperoleh data dan hasil yang diinginkan sesuai tujuan. Setelah data hasil perhitungan model didapatkan maka langkah terakhir yaitu menghitung RMSD. Berikut Rumus Perhitungan RMSD
……….(3)
𝑿𝟏𝒆𝒙𝒑= Fraksi massa data eksperimen dari komponeni di fase α dalam tie-line k 𝑿𝟏𝒄𝒂𝒍= Fraksi massa perhitungan dari komponen i di fase α dalam tie-line k 𝐍 = Banyaknya tie-line
4.0 Hasil Percobaan dan Pembahasan 4.1 Hasil Simulasi
Tabel 4.1 Nilai Parameter Komponen methane,ethane dan carbon dioxide adalah 250,5 K Parameter Component i Component j Value
(SI units) NRTL/2
NRTL/2 NRTL/2 NRTL/2 NRTL/2 NRTL/2
Methane Ethane Methane Carbon Dioxide
Ethane Carbon Dioxide
Ethane Methane Carbon Dioxide
Methane Carbon Dioxide
Ethane
-521.967596 1515.26937 -497.432903 1082.70194 89.5233352 195.200298
Tabel 4.2 Korelasi Data Hasil Perhitungan Model NRTL
Tabel 4.3 Korelasi Data Hasil Perhitungan Model NRTL Exp Val
Molefrac X Methane
Exp Val Molefrac X
Ethane
Exp Val Molefrac X
Carbon Dioxide
Exp Val Molefrac Y Methane -01
Exp Val Molefrac Y
Ethane
Exp Val Molefrac Y
Carbon Dioxide 0.174
0.14 0.11 0.078 0.062 0.058 0.054 0.054
0.826 0.746 0.646 0.434 0.268 0.2 0.12
0
0 0.114 0.244 0.488 0.67 0.742 0.826 0.946
0.5146 0.41 0.3303 0.2603 0.249 0.2581 0.2764 0.3646
0.4854 0.4424 0.3946 0.2988 0.2185 0.1814 0.1281
0
0 0.1476 0.2751 0.4409 0.5325 0.5605 0.5955 0.6354
Est Val Molefrac X
Methane
Est Val Molefrac X
Ethane
Est Val Molefrac X
Carbon Dioxide
Est Val Molefrac Y Methane -01
Est Val Molefrac Y
Ethane-01
Est Val Molefrac Y
Carbo-01 0.173993
0.139995 0.110007 0.07802
0.826049 0.745919 0.646122 0.434312
4.26E-01 0.114085 0.243871 0.487668
0.514625 0.410899 0.330036 0.260079
0.485367 0.443705 0.394154 0.298499
8.82E-01 0.145396 0.275811 0.441421 𝑹𝑴𝑺𝑫 = √𝜮(𝑿𝟏𝒆𝒙𝒑− 𝑿𝟏𝒄𝒂𝒍)𝟐
𝑵
Commented [wr3]: Diganti sesuai RMSD
2023, Vol. 1, No. 1
Tabel 4.4 Nilai Gamma Komponen Water dan Etanol Exp Val
PRESSURE (Bar)
Exp Val GAMMA
Methane
Exp Val GAMMA
Ethane
Exp Val GAMMA
Ethane
30.11 1.27582 6.39559
30.41 1.27594 6.51843 12.6294
30.85 1.32718 6.8113 11.1569
31.5 1.50608 7.83884 9.12887
30.18 1.73654 8.89377 7.69397
30.41 1.93881 9.96951 7.36842
30.7 2.25134 11.8456 7.09948
31.35 3.03263 6.75429
Tabel 4.5 Perhitungan RMSD Exp Val Pres
(Mpa)
Est Val Pres
(Mpa) Absolute Deviation
3,07 2.16526 0.818554468
3,135 2.23172 0.815914758
3,041 2.94951 0.00837042
3,018 3.25324 0.055337858
3,15 3.18852 0.00148379
3,085 2.97704 0.011655362
3,041 2.89304 0.021892162
3,011 2.44004 0.325995322
SUM of Absolute Deviation 2.059204139
Tie Line (N) 8
RMSD 0,507346546
%RMSD 50,73465456
4.2 Pembahasan
Simulasi Vapor-Liquid Equilibrium dengan korelasi model NRTL (Non-Random Two Liquid) bertujuan untuk mengetahui nilai parameter, data hasil perhitungan model, nilai gamma setiap komponen di setiap fase, dan untuk mengetahui nilai RMSD dari sistem methane,ethane,dan carbon dioxide pada temperature atau suhu konstan yaitu 250,5K.
Permodelan ini dilakukan dengan software Aspen Plus, dimana langkah awal yang harus dilakukan adalah membuka software tersebut kemudian membuat dokumen baru. Setelah itu, input komponen yang akan digunakan dan dimasukkan kedalam data, pada percobaan kali ini komponen yang digunakan adalah methane,ethane dan carbon dioxide. Langkah selanjutnya adalah memilih thermodynamics method yang digunakan. Pada simulasi kali ini menggunakan metode NRTL. Simulasi ini dijalankan untuk mengkorelasikan data eksperimen dengan model NRTL kemudian memilih basis yang digunakan berdasarkan data eksperimen yang tersedia, misalnya mole fraction. Selanjutnya, menginput mole fraction pada setiap komponen pada organic phase dan aqueous phase, serta menginput data suhu yang telah diberikan. Setelah itu, data diregresi oleh Aspen untuk mengetahui nilai parameter dan data korelasi model. Permodelan kemudian di Run dan dihasilkan data korelasi pada Tabel 4.1 hingga Tabel 4.5
Parameter interaksi biner ini dilakukan dengan cara mengurangi perbedaan antara data eksperimen dan nilai kalkulasi model. Proses pengurangan perbedaan tersebut dilakukan dengan menghitung fraksi massa untuk satu set parameter tertentu yang akan menghasilkan satu set parameter
0.0619468 0.0580724 0.0539593 0.0540087
0.267699 0.200089 0.120013
0
0.670354 0.741838 0.826028 9.46E-01
0.249701 0.257156 0.276988 0.364427
0.219017 0.181085 0.128158
0
0.531282 0.56176 0.594854 6.36E-01
2023, Vol. 1, No. 1
baru dengan menggunakan objective function. Objective function yang tepat digunakan tergantung pada jenis data yang tersedia. Nilai parameter juga dapat dihitung dengan melakukan fitting model pada data eksperimental yang mencakup berbagai jenis data, seperti tekanan uap, koefisien osmotik, kesetimbangan fase, kelarutan, dan data entalpi berlebih. Binary Interaction Parameters menggambarkan seberapa besar molekul yang berbeda saling berinteraksi di dalam campuran.
Parameter ini berguna untuk menghitung koefisien aktivitas. Data tersebut kemudian disimulasikan menggunakan model termodinamika NRTL, yang menghasilkan nilai parameter yang tercantum dalam Tabel 4.1. Pada Tabel 4.2 menunjukkan nilai parameter pada methane,ethane dan carbon dioxide pada temperature konstan yakni 250,5 K. Ternary Interaction Parameters diperoleh dengan menggunakan regresi data komponen methanol (i) dan komponen ethanol (j) menghasilkan nilai parameter sebesar - 521,968 dan standar deviasi 28,1692. komponen ethane (i) dan komponen methane (j) dengan nilai parameter sebesar 1515, 27 dan standar deviasi 178,8. Komponen methane (i) dan komponen carbon dioxide (j) dengan nilai parameter sebesar -497,433 dan standar deviasi 31,7125. Komponen carbon dioxide (i) dan komponen methane (j) nilai parameter sebesar 1082,7 dan standar deviasi 199,468.
komponen ethane (i) dan komponen carbon dioxide (j) dengan nilai parameter sebesar 89,5233 dan standar deviasi 89,315. Terakhir, komponen carbon dioxide (i) dan komponen ethane (j) dengan nilai parameter sebesar 195,2 dan standar deviasi 121,384. Berdasarkan hasil simulasi, nilai yang positif menandakan bahwa interaksi antara zat terlarut dan molekul pelarut tidak begitu baik. Diketahui bahwa interaksi antara zat terlarut dan molekul pelarut tidak begitu baik. Nilai BIP yang tinggi dan positif menunjukkan bahwa interaksi antara molekul solut dan pelarut tidak menguntungkan atau tidak diinginkan, seperti contohnya interaksi antara gugus hidrofilik dan hidrofobik . Sedangkan untuk komponen methanol (i) dan komponen ethanol (j) dengan nilai parameter sebesar -521,968 dan standar deviasi 28,1692. Angka negatif mengindikasikan adanya interaksi yang cukup baik antara zat terlarut dan molekul pelarut. Nilai BIP yang negatif menunjukkan adanya interaksi menguntungkan, seperti interaksi antara gugus hidrofilik dan polar [14]
Pada Tabel 4.3 menunjukkan data estimasi untuk ekstraksi uap-cair sistem methane,ethane dan carbon dioxide pada suhu konstan. Est Val Molefract adalah fraksi mol estimasi dari data perhitungan menggunakan metode NRTL. Sedangkan pada Tabel 4.2 terdapat Exp Val Molefract adalah fraksi mol data eksperimental. Berdasarkan simulasi yang telah dilakukan, korelasi antara data eksperimen dengan data hasil perhitungan model menghasilkan data yang nilainya hampir sama.
Tabel 4.4 menunjukkan nilai gamma. Nilai gamma merupakan koefisien aktivitas yang menggambarkan keidealisasian sebuah campuran. Nilai gamma diperlukan untuk menghitung korelasi tekanan uap. Koefisien aktivitas digunakan dalam termodinamika untuk menentukan perilaku non-ideal dari campuran atau perbedaan dari ketidakidealan yang diprediksi oleh hukum Raoult secara fisik[1]. Keadaan ini menunjukkan kecenderungan molekul konstituen untuk lepas dari campuran. Berdasarkan Tabel 4.4 nilai koefisien aktivitas methane,ethane dan carbon dioxide lebih dari satu, sehingga campuran tersebut dapat dipisahkan. Nilai koefisien aktivitas kurang dari 1 menunjukkan adanya gaya tarik yang kuat antara molekul-molekul, sehingga diperlukan energi yang tinggi untuk mengisolasi mereka. Sebaliknya, nilai koefisien aktivitas lebih besar dari 1 menunjukkan adanya gaya tolak yang kuat antara molekul- molekul-molekul [6].
Pada Tabel 4.5 menunjukkan data hasil perhitungan RMSD dari ekstraksi uap-cair sistem terner komponen methane,ethane dan carbon dioxide pada suhu konstan. Korelasi dengan model NRTL menghasilkan nilai RMSD sebesar 0,507346546. Data eksperimen dikatakan valid apabila nilai RMSD kurang dari 1%. Pada hasil RMSD VLE sistem terner komponen methane,ethane dan carbon dioxide pada suhu konstan memperoleh persentase nilai sebesar 50,73465456 % yang berarti nilai RMSD >1%
sehingga dapat dikatakan metode NRTL kurang akurat untuk memprediksi data kesetimbangan sistem ini dengan baik.
2023, Vol. 1, No. 1
\
Grafik 4.1 Diagram Terner VLE Sistem Biner Carbon dioxide (1)/Ethanol (2)/Methanol (3) dengan Metode NRTL
Pada Grafik 4.1 menunjukkan Grafik diagram terner Vapor Liquid Phase for Ternary System, dengan komponen carbon dioxide (1), ethanol (2) dan methanol (3) pada suhu konstant 250,5 K. dari hasil simulasi. Diagram terner ini digunakan untuk mendapatkan kisaran konsentrasi terbaik dan juga diagram terner juga dapat memvisualkan ketiga komponen yang dicampurkan dalam plot segitiga dan faktor faktor tertentu dapat dikorelasikan menggunakan diagram tener [15] Pada Grafik 4.1 didalam diagram terdapat beberapa titik yang menjelaskan komponen dari masing masing tie line. Dalam diagram diatas juga terdapat 2 garis dengan warna yang berbeda yaitu merah dan hitam. Garis warna hitam ini mmenunjukkan untuk experimental val molefraction X yang merupakan fraksi mol dari komponen liquid, Sedangkan pada garis berwarna merah menunjukkan experimental val mole fracation Y yang merupakan fraksi mol dari komponen gas [16].
5.0 Kesimpulan
Berdasarkan simulasi yang dilakukan diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Diperoleh nilai parameter NRTL pada komponen i Pada parameter pertama komponen I metha-01 dan j ethane-01 sebesar -521968 dengan standard deviasi 281692, kedua i ethanol. Angka negatif mengindikasikan adanya interaksi yang cukup baik antara zat terlarut dan molekul pelarut.
2. Metode NRTL yang digunakan tidak cocok untuk dikorelasikan pada pemisahan system ternary VLE pada komponen methane,ethane dan carbon dioxide dengan suhu 250,5 K, karena RMSD yang diperoleh cukup besar.
3. Pada percobaan ini komponen methane,ethane dan carbon dioxide memiliki nilai diatas satu yang menandakan bahwa campuran yang ada diantara kedua komponen pada ternary system berada dalam keadaan non-ideal sistem.
4. Diperoleh nilai Root Mean Square Deviation (RMSD) pada keadaan isobarik adalah 0,507346546 dengan % RMSD 50,73465456. Nilai tersebut melebihi dari batas nilai RMSD akurat yaitu sebesar 1%, maka hasil kolerasi pada percobaan kali ini tidak akurat.
Commented [wr4]: Ditambahin alasan nilai parameter negatif
2023, Vol. 1, No. 1 Daftar Pustaka
[1] Y. A. Cengel dan M. A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach 3rd, Higher Education, 1998.
[2] J. M. Smith, Introduction To Chemical Engineering Thermodynamics Eighth Edition, McGraw-Hill Education, 2018.
[3] S. E. Peranginangin dan S. Hutauruk, “Perbandingan Performansi Sistem ORC Dengan Varian R-216CA,R- 112a,R-141b dan n-Pentane Menggunakan Aspen HYSYS,” Journal SJoME, vol. 2, no. 2, 2021.
[4] P. C. Eze dan C. M. Masuku, “Vapour–Liquid Equilibrium Prediction for Synthesis Gas Conversion Using Artificial Neural Networks,” South African Journal of Chemical Engineering, pp. 20-25, 2018.
[5] C. A. Faundez, “Vapor-Liquid Equilibrium in Low Pressure Water+Congener Mixtures,” Korean Journal of Chemical Engineering, p. 1373–1378, 2009.
[6] K. Gefandy, E. Aubrey N dan H. Agung , “Kompresi File Menggunakan Konversi Biner Hexadecimal Algoritma Huffman Encoding,” Journal Ilmiah Teknologi Informasi Terapan, vol. 5, no. 3, 2019.
[7] H. Prasetiawan, R. D. Kusumaningtyas, B. Triwibowo, D. Hartanto, M. F. Al Ghifari dan S. Karimah,
“Rekayasa Proses Distilasi Ekstraktif Pada Pembuatan Pelarut Berbasis Hidrokarbon Dengan Menggunakan Entrainer Sulfolana,” Journal Inovasi Teknik Kimia, vol. 7, no. 1, pp. 18-23, 2022.
[8] D. Hartanto dan B. Triwibowo, “Review Model dan Parameter Interaksi pada Korelasi Kesetimbangan Uap- Cair dan Cair-Cair Sistem Etanol (1) + Air (2) + Ionic Liquids (3) dalam Pemurnian Bioetanol,” Jurnal Rekayasa Proses, pp. 1-11, 2014.
[9] A. Rasmito dan Y. Wulandari, “The Use of Wilson Equation, Nrtl and Uniquac in Predicting Vle of Ternary Systems,” Jurnal Teknik Kimia,, pp. 304-308, 2010.
[10] A. Mustain, A. Takwanto dan D. Hartato, “arameter Interaksi Biner Kesetimbangan Uap- Cair Campuran Alkohol Untuk Optimasi Proses Pemurnian Bioetanol,” Jurnal Bahan Alam Terbarukan, p. 37–44, 2016.
[11] A. Murali dan K. Ramesh, “Fluidized Bedreactor Modeling and Simulation With Aspen Plus for Alumina (Al2O3) Production Systems,” European Journal of Molecular & Clinical Medicine, p. 2627–2639, 2021.
[12] Amrul dan D. Triyadi, “Simulasi Proses Torefaksi Sampah Sistem Kontinu Menggunakan Software Aspen Plus,” Mechanical, p. 19, 2019.
[13] S. I. Sandler, Using Aspen Plus, AIChE, 2015.
[14] Rollando, “endekatan Struktur Aktivitas dan Penambatan Molekul Senyawa 2-iminoethyl 2-(2-(1- hydroxypentan-2-yl) phenyl)acetate Hasil Isolasi Fungi Endofit Genus Fusarium sp pada Enzim β-ketoasil- ACP KasA Sintase dan Enzim Asam Mikolat Siklopropana Sintase,” Pharmaceutical Journal Of Journal, vol. 3, no. 2, p. 45–51, 2018.
[15] S. Duangjit, L. M. Mehr, M. K. Vollrath dan T. Ngawhirunpat, “Role of Simplex Lattice Statistical Design in the Formulation and Optimization of Microemulsions for Transdermal Delivery,” vol. 37, no. 12, pp.
1948-1957, 2014.
[16] K. S. Nugraheni, “Pengaruh Perlakuam Pendahuluan dan Variasi Motode Destilasi Terhadap Karakteristik Mutu Minyak Atsiri Daun Kayu Manis (C. Burmanii),” Jurnal Teknologi Hasil Pertanian, 2016.
[17] L. N. Komariah, A. F. Ramdja dan N. Leonardo, “Tinjauan Teoritis Perancangan Kolom Distilasi Untuk Pra-Rencana Pabrik Skala Industri,” Jurnal Teknik Kimia, 2009.
[18] N. K. Sari, “Data Kesetimbangan Uap-air Dan Ethanol-air Dari Hasil Fermentasi Rumput Gajah,” Jurnal Teknik Kimia, pp. 34-40, 2012.
[19] S. Sandler, Chemical, Biochemical, and Engineering Thermodynamics (5th ed.), John Wiley & Sons, 2018.
[20] L. S. R. Fernandez, “Study of Thermodynamic Modeling of Isothermal and Isobaric Binary Mixtures in Vapor-Liquid Equilibrium (VLE) of Tetrahydrofuran with Benzene (303.15 K) Cyclohexane (333.15 K), Methanol (103 kPa), and Ethanol (100 kPa),” Thermo, p. 286–296, 2021.
[21] K. Geofandy, E. Aubrey N dan H. Agung, “Kompresi File Menggunakan Koversi Biner Hexadecimal dan Algoritma Huffman Encoding,” Jurnal Ilmiah Teknologi Informasi Terapan, vol. 5, no. 3, pp. 36-46, 2019.
[22] D. Y. Wurara, S. R. Sompie, S. D. Paturusi dan H. V. F. Kaind, “Rancang Bangun Aplikasi Game Pembelajaran dan Simulasi Sistem Bilangan Digital Berbasis Android,” Jurnal Teknik Informatika, vol. 15, no. 1, pp. 13-22, 2020.
[23] R. N. Hidayat, L. M. Sabri dan M. Awaluddin, “Analisis Jaring GNSS Berdasarkan Fungsi Presisi (Studi Kasus : Titik Geoid Geometri Kota Semarang),” Jurnal Geodesi UNDIP, pp. 48-55, 2019.
[24] L. S. L. Purba, Kimia Fisika I, Jakarta: UKI Press, 2020.
2023, Vol. 1, No. 1
[25] N. M. P. Susanti, D. P. D. Saputra, P. L. Hendrayati, I. P. D. N. Parahyangan dan I. A. D. G. Swandari,
“Molecular Docking Sianidin Dan Peonidin Sebagai Antiinflamasi Pada Aterosklerosis Secara In Silico,”
Jurnal Farmasi Udayana Vol. 7 No. 1, pp. 28-33, 2018.
[26] D. Hartanto dan B. Triwibowo, “Review Model dan Parameter Interaksi Pada Korelasi Kesetimbangan Uap- Cair Dan Cair-Cair Sistem Etanol (1) + Air (2) + Iconic Liquids(3) Dalam Pemurnian Bioetanol,” Jurnal Rekayasa Proses Vol. 8 No. 1, pp. 1-11, 2014.
[27] Y. Susmiati, M. Nuruddin dan A. Nursalim, “Pemurnian Bioetanol Dengan Distilasi Rektifikasi Tipe `Sieve Tray` Untuk Menghasilkan FGE(Fuel Grade Ethanol),” Jurnal Ilmiah INOVASI Vol. 17 No. 1, pp. 25-29, 2017.
[28] Meiryani, “Memahami Nilai Standard Deviation Dalam Penelitian Ilmiah,” Accounting, 2021.
[29] L. S. Lamsari, Kimia Fisika 1, 2020.
2023, Vol. 1, No. 1 Appendiks
▪ Perhitungan RMSD Metode NRTL 1. Tie Line 1
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃1𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,07 − 2,16526)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,818554468 2. Tie Line 2
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃1𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,135 − 2,23172 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,815914758 3. Tie Line 3
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃1𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,041 − 2,94951 )2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,00837042 4. Tie Line 4
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃1𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,018 − 3,25324)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,055337858 5. Tie Line 5
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,15 − 3,18852)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,00148379 6. Tie Line 6
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃1𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,085 − 2,97704)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,011655362 7. Tie Line 7
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃1𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,041 − 2,89304)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,021892162 8. Tie Line 8
𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (𝑃1𝑒𝑥𝑝− 𝑃1𝑐𝑎𝑙)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = (3,011 − 2.44004)2 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = 0,32599532
• Perhitungan RMSD
𝑅𝑀𝑆𝐷 = √𝛴(𝑋1𝑒𝑥𝑝
− 𝑋1𝑐𝑎𝑙
)2 𝑁
𝑋1𝑒𝑥𝑝= Fraksi massa data eksperimen dari komponeni di fase α dalam tie-line k 𝑋1𝑐𝑎𝑙= Fraksi massa perhitungan dari komponen i di fase α dalam tie-line k N = Banyaknya tie-line
SUM of Error = 2,059204139
2023, Vol. 1, No. 1
% RMSD = √SUM N × 100%
% RMSD = √2,059204 8 × 100%
% RMSD = 50,73465456 Exp Val TEMP
(K)
Est Val TEMP (K)
RMSD PRESSURE
3,07 2.16526 0.818554468
3,135 2.23172 0.815914758
3,041 2.94951 0.00837042
3,018 3.25324 0.055337858
3,15 3.18852 0.00148379
3,085 2.97704 0.011655362
3,041 2.89304 0.021892162
3,011 2.44004 0.325995322
SUM 2.059204139
N 8
RMSD 0,507346546
%RMSD 50,73465456
2023, Vol. 1, No. 1
Prosedur Percobaan Application of NRTL models with Binary Parameters for vapor liquid Equilibrium Data of Binary System
1. Pertama tama buka aplikasi aspen plus (V.11)
2. Langkah selanjutnya membuka case baru yang ada dibagian file (File → New Project → Blank Simulation → Create)
3. Setelah dipilih new project kemudian muncul jendela simulation basis manager. Jika ada tanda merah berarti komponen belum siap untuk digunakan atau belum diisi atau data belum lengkap.
2023, Vol. 1, No. 1
4. Untuk menambahkan komponen bisa melakukan klik add pada components lalu klik find.
Setelah muncul jendela find components, cari komponen dengan tulis nama komponen (Methane,Ethane dan Carbon dioxide), setelah itu klik find now dan pilih komponen yang sesuai. Selanjutnya klik “add selected compounds” dan muncul di component ID. Setelah komponen ditambahkan semuanya dan siap digunakan, klik next untuk melanjutkan percobaan aspen ini.
5. Langkah selanjutnya melengkapi folder methods, mengisi method filter lalu pilih common, dilanjutkan mengisi base method dengan NRTL
6. Setelah itu mengisi folder data dengan klik “new” lalu pilih select type dan klik mixture kemudian klik next.
2023, Vol. 1, No. 1
7. Langkah selanjutnya melengkapi data eksperimen dengan klik “>>” untuk menambahkan data,pilih data type dan klik PXY isi temperature dengan nilai 250,5 K, setelah itu pilih basis component,pilih mole fraction.
8. Langkah selanjutnya melengkapi data eksperimen berdasarkan data yang telah diberikan, copy dan paste data , X water dan Y ethanol, maka akan terisi otomatis oleh aspen. Masukkan data temperature yang telah diberikan. Jika data telah terisi semua dan pada folder data telah bertanda warna biru klik “Regression” lalu next.
2023, Vol. 1, No. 1
9. Langkah selanjutnya melengkapi folder regression dengan klik new lalu enter ID:DR-1 dan klik ok.
10. Langkah selanjutnya melengkapi input dengan mengisi set up, pilih data set,masukkan D-1 dalam tabel lalu klik consistency.
11. Dilanjut dengan mengisi parameters dengan cara isi masuk ke parameters, lalu kembali ke setup dan pilih methode apapun,lalu kembalikan ke metode NRTL dengan begitu nilai parameter akan terisi.
2023, Vol. 1, No. 1
12. Selanjutnya pilih report,lalu pilih gamma dan klik “>”
13. Jika set up,parameters dan report telah bertanda biru,langsung saja klik “next” pilih run data regression cases dan klik OK
14. Setelah data selesai di run, data dan hasil yang diinginkan sesuai tujuan bisa dilihat.
2023, Vol. 1, No. 1
15. Setelah data hasil perhitungan model didapatkan maka langkah terakhir yaitu menghitung RMSD.
2023, Vol. 1, No. 1
LEMBAR REVISI
Modul : Application of NRTL Models with Binary Parameters for Vapor Liquid Equilibrium Data of Ternary System
Kelompok : 7B
Tanggal percobaan : 15 April 2023 Tanggal
Revisi
Tanggal
Kembali Keterangan Tanda Tangan
7 Mei 2013 15 Mei 2023 1. Yang pegang modul didepan
2. Kurang M.Sc pada nama dosen
3. Penhdauluan salah 4. Ga ada keterangan rumus 5. Model termonysa salah
menjelaskan umum 6. Lupa di surperscript 7. Rapihim Lgi]
8. Masukkin persaamaan NRTL sama jangan lupa rumus
9. Semua sitasi harus di superscript
10. Belum ada cporrelation data]
11. Format pembahasan 12. Grafik pakai ternary 13. Rapiin lagi 15 Mei
2023
30 Mei 2023 1. Tabel data simulasi tidak perlu dittulis
2. Format penulisan dibetulkan
3. Beberapa pembahasan di persingkat kembali 4.
31 Mei 2023
9 Juni 2023 1. Tidak boleh menurut [sitasi] kalua menggunakan style IEEE
2. 2.5 masih menggunakan rumus LLE
3. Data ada yang salah 4. Pada kesimpulan no 1
ditambahin lagi alasan negative
ACC
2023, Vol. 1, No. 1
