Top Banner
Disusun Oleh: Achmad Mubarah Thermodinamik Equilibrium? liquid gas Sidang Akhir Tesis
28

“A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Mar 25, 2019

Download

Documents

doancong
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Disusun Oleh:

Achmad MubarahThermodinamikEquilibrium?

liquid

gas

Sidang Akhir Tesis

Page 2: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Latar Belakang

Upaya meningkatkan Nilai

Octane Gasoline

Penambahan Oxygenate(Eter / Alkohol)

MTBE digunakansebagai oxygenate

Alkohol(Ethanol)sebagai

Oxygenate

1995

2002

Page 3: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

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

Penambahan Ethanol sebagai oxygenate

Page 4: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

EMISI MENINGKAT

PenambahanEthanol

Tekanan Uap CampuranMeningkat

Latar Belakang

“Metanol Report”, Lyons & Delaney, (2000)

Page 5: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

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

Pengukuran VLE sistem Gasoline-Ethanol

Page 6: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Rumusan masalahSalah 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.

Page 7: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

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.

Page 8: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

MANFAAT EksPERIMEN Hasil penelitian ini diharapkan dapat

memberikan informasi properties campuran

sistem terner Gasoline-Ethanol-2-Propanol

untuk mengurangi peningkatan emisi penguapan.

Page 9: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Metode Penelitian

Eksperimen untuk mendapatkan data P-T-x sistem biner

Penentuan Parameter biner persamaanWilson, 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 persamaanWilson, NRTL

Korelasi Tekanan uap sistem terner berdasarkan persamaan Wilson, dan NRTL

Korelasi Tekanan uap sistem binerberdasarkan persamaan Wilson, dan

NRTL

EKSPERIMEN (EBULLIOMETER)

PENGOLAHAN DATA

Page 10: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Bahan Experimen:

Property

Gasoline2-Propanol

C3H7OHEthanol C2H5OH

(Reformate)(Petrosol)

CA CB CC

ProdusenPertamina(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 20oC/20oC)

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 (0C)

- - - - 81 - 83 78

RON 92 - - - 118 129

Page 11: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Gambar Alat

Page 12: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan
Page 13: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

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)

(kP

a)

AAD = 0.7 %

Exp. DataWagner Eq.Literatur Data (Lide, 2007)

300 305 310 315

10

15

Exp. DataWagner Eq.Literatur Data (Lide, 2007)

T

P

(K)

(kPa

)AAD = 0.4 %

300 305 310 315

10

15

20

Page 14: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

• Validasi Pengukuran Ebulliometer

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

[4] Golubkov, et al (2005)

“Asean Regional Symposium on Chemical Engineering”, Wibawa dkk (2009)

Page 15: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Validasi konsentrasi Camp. Liquid (Dxi)

Li dkk, (1995)

Hasil KorelasiPerhitungan Dimensi volume vapor

(asumsi Gas Ideal)

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

x0 = 0,101 x1 = 0,100692 (Hasil dgn Persamaan. Li)

Dx = 3,08 x 10 -4

Page 16: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

• Pengukuran Tekanan Uap Komponen Murni

T

P

(K)

(kP

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

Page 17: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

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

Pa)

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

Pa)

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

1

Ethanol

mulai tidak larut

2-Propanol

mulai tidak larut

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1

20

25

30

Page 18: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

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

Pa)

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

1

Ethanol

mulai tidak larut

0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.160

65

70

75

80

x

P(k

Pa)

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

Page 19: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

• Model Wilson

Dimana:

Perhitungan Korelasi Metode BARKER:

Parameter Model

N

kN

j

kjj

kikN

j

ijji

x

xxln1ln

Wilson, (1964)

Page 20: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

• Model NRTL

Dimana:

– Parameter model Modifikasi:

N

jN

k

kkj

N

k

kjkjk

ijN

k

kkj

ijj

N

k

kki

N

j

jjiji

i

xG

Gx

xG

Gx

xG

xG

ln

Gij = exp (- ij)RT

bij

ij

Parameter Model

PERHITUNGAN KORELASI METODE BARKER:

Renon & Prausnitz, (1968)

Page 21: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

• 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

Page 22: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

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 0.3520

25

30

35

Page 23: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

• Prediksi Tekanan Uap Sistem TernerModel AAD (%)

Reformate(1)-Ethanol(2)-2-Propanol(3)

Wilson

NRTL

NRTL (Parameter modifikasi)

3,4

5,3

15,1

Parameter dari sistem BinerModel Wilson, dan NRTL

prediksii 321 ,,

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

Page 24: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

DP campuran sistem terner Reformate-Alkohol thdReformate (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%EthRef.+5%2-PropRef.+5%Eth+1%2-PropRef.+4%Eth+2%2-PropRef.+3%Eth+3%2-PropRef.+2%Eth+4%2-PropRef.+1%Eth+5%2-Prop

(kPa

)C

ampu

ran

R

efor

mat

e

T (K)

P.

-P

.

300 305 310 3150

5

10

15

Page 25: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

• 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

Page 26: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

KESIMPULAN1) 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 Reformate-Ethanol, Reformate-

2-Propanol, Petrosol CA-Ethanol, Petrosol CA-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% .

Page 27: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

KESIMPULAN4) 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 -2-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%.

Page 28: “A Local Composition Extension of the Van der Walls Mixing ... · (Eter / Alkohol) MTBE digunakan sebagai oxygenate Alkohol (Ethanol) sebagai Oxygenate 1995 2002. ... persamaan

Sekian,. . .