korelasi parameter interaksi biner persamaan keadaan soave-redlich-kwong untuk memprediksi ...

76 Pages·2012·1.17 MB·Indonesian

UNIVERSITAS INDONESIA

KORELASI PARAMETER INTERAKSI BINER PERSAMAAN
KEADAAN SOAVE-REDLICH-KWONG UNTUK
MEMPREDIKSI KELARUTAN ZAT PADAT DALAM
KARBON DIOKSIDA SUPERKRITIS

SKRIPSI

ANTONIUS CHRISNANDY
0806332780

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
DEPOK
JULI 2012

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
UNIVERSITAS INDONESIA

KORELASI PARAMETER INTERAKSI BINER PERSAMAAN
KEADAAN SOAVE-REDLICH-KWONG UNTUK
MEMPREDIKSI KELARUTAN ZAT PADAT DALAM
KARBON DIOKSIDA SUPERKRITIS

SKRIPSI
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

ANTONIUS CHRISNANDY
0806332780

FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
DEPOK
JULI 2012
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

ii

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
iii

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : Antonius Chrisnandy
NPM : 0806332780
Tanda Tangan :
Tanggal :

Universitas Indonesia

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
LEMBAR PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :
Nama : Antonius Chrisnandy
NPM : 0806332780
Program Studi : Teknik Kimia
Judul Skripsi : Korelasi Parameter Interaksi Biner Persamaan
Keadaan Soave-Redlich-Kwong untuk Memprediksi
Kelarutan Zat Padat dalam Karbon Dioksida
Superkritis

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima
sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar
Sarjana S1 pada Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas
Indonesia.

DEWAN PENGUJI

Pembimbing : Kamarza Mulia, Ph.D (.........................................)

Penguji : Dr. rer. nat. Ir. Yuswan M., M.T. (.........................................)

Penguji : Dr. Ing. Ir. Misri Gozan, M.Tech. (.........................................)

Penguji : Dr. Ir. Praswasti PDK Wulan, M.T. (.........................................)

Ditetapkan di : ..........................
Tanggal : ..........................

iv

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa atas selesainya skripsi ini.
Skripsi dengan judul “Korelasi Parameter Interaksi Biner Persamaan
Keadaan Soave-Redlich-Kwong untuk Memprediksi Kelarutan Zat Padat
dalam Karbon Dioksida Superkritis” dibuat sebagai persyaratan kelulusan
dalam kuliah S1 Teknik Kimia Universitas Indonesia.
Dalam penyusunan makalah ini, banyak hambatan yang penulis hadapi.
Namun Penulis menyadari bahwa kelancaran dalam penyusunan materi ini tidak
lain berkat bantuan orang-orang di sekitar penulis. Oleh karena itu, pada
kesempatan ini, Penulis secara khusus ingin mengucapkan terima kasih kepada
Kamarza Mulia, Ph.D. sebagai pembimbing dan guru yang sangat baik dalam
proses pembuatan makalah ini. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada
pihak-pihak yang telah membantu dalam proses pembuatan makalah ini:
- Prof. Dr. Ir Widodo W. P. DEA selaku Ketua Departemen Teknik Kimia UI.
- Para dosen Departemen Teknik Kimia UI yang telah membuka wawasan dan
kerangka berpikir Penulis.
- Ali Eslamimanesh yang telah memberikan referensi data ekperimental.
- Michael Natanael yang telah memberikan bantuan dalam mengakses jurnal.
- Teman-teman Departemen Teknik Kimia UI angkatan 2008, yang telah
membantu dan mendukung dalam proses belajar di Teknik Kimia UI.
- Orang tua penulis yang memberikan dukungan dalam pembuatan makalah ini.
- Serta kepada semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis berharap semoga makalah ini
dapat bermanfaat bagi penulis sendiri maupun kepada pembaca umumnya.

Depok, Juli 2012

Penulis
v

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS
AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah
ini:
Nama : Antonius Chrisnandy
NPM : 0806332780
Program Studi : Teknik Kimia
Departemen : Teknik Kimia
Fakultas : Teknik
Jenis Karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada
Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-
Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :
“Korelasi Parameter Interaksi Biner Persamaan Keadaan Soave-Redlich-Kwong
untuk Memprediksi Kelarutan Zat Padat dalam Karbon Dioksida Superkritis”
beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti
Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia
/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan
memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai
penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : …………………….
Pada tanggal : …………………….

Yang menyatakan

Antonius Chrisnandy
vi

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
ABSTRAK

Nama : Antonius Chrisnandy
Program Studi : Teknik Kimia
Judul : Korelasi Parameter Interaksi Biner Persamaan Keadaan Soave-
Redlich-Kwong untuk Memprediksi Kelarutan Zat Padat dalam
Karbon Dioksida Superkritis

Prediksi kelarutan zat padat dalam CO superkritis menjadi bagian penting dalam
2
menentukan kondisi operasi ekstraksi fluida superkritis. Prediksi ini menggunakan
model termodinamika dengan parameter interaksi biner sebagai faktor koreksi
yang didapatkan melalui curve fitting terhadap data eksperimental. Model ini
menggunakan persamaan keadaan SRK dan van der Waals mixing rule untuk
mendapatkan nilai parameter interaksi biner pada suhu 308-338K dan tekanan
150-225bar. Studi ini menghasilkan persamaan umum parameter interaksi biner
yang independen terhadap tekanan dan suhu dengan menggunakan data
eksperimental dari 23 senyawa. Hasil optimum diperoleh saat parameter interaksi
biner dikorelasikan terhadap tekanan sublimasi dan sifat fisik zat. Persamaan ini
menghasilkan average absolute logarithmic deviation sebesar 0,51 dalam
memprediksi kelarutan zat padat dalam CO superkritis dibandingkan dengan
2
persamaan sejenis yang sudah dipublikasikan sebelumnya sebesar 2,55 dan 3,47.

Kata Kunci :
Karbon dioksida superkritis, Kelarutan zat padat, Parameter interaksi biner,
Persamaan keadaan SRK, Persamaan umum.
vii
Universitas Indonesia

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
ABSTRACT

Name : Antonius Chrisnandy
Study Program : Chemical Engineering
Title : Generalized Correlation of Soave-Redlich-Kwong Equation of
State Binary Interaction Parameters for Predicting Solubility of
Solute in Supercritical CO
2

Solubility prediction in supercritical CO has attracted much interest recently and
2
become important to determine the operating condition especially in industrial
used. Twenty three well-known varied chemical solutes in SC CO have been
2
investigated using SRK EoS and van der Waals mixing rule to obtain the binary
interaction parameters which were evaluated at pressure of 150-225 bar and
temperature above the critical temperature of CO in the range of 308K – 338K
2
and were observed to be correlated to sublimation pressure and solute physical
properties. Furthermore this study offers more suitable generalized correlation of
binary interaction parameters for predicting solubility of solids in SC CO which
2
resulted average absolute logarithmic deviation 0.51 compared to the previous
published correlations resulted 2.55 and 3.47.

Key words:
Binary interaction parameter; Generalized correlation; Solubility; SRK EoS;
Supercritical carbon dioxide

viii
Universitas Indonesia

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
DAFTAR ISI

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iv
KATA PENGANTAR ......................................................................................... v
HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS
AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ............................................... vi
ABSTRAK ........................................................................................................ vii
ABSTRACT ..................................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii
DAFTAR SIMBOL .......................................................................................... xiii

1. PENDAHULUAN .......................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang....................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ............................................................................... 3
1.3. Tujuan ................................................................................................... 3
1.4. Batasan Masalah .................................................................................... 3

2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 4
2.1. Karbon Dioksida Superkritis .................................................................. 4
2.2. Ekstraksi Zat Padat Menggunakan Karbon Dioksida Superkritis ............ 4
2.3. Model Termodinamika Kelarutan Zat Padat Fluida Superkritis .............. 5
2.4. Koefisien Fugasitas (φ) dan Persamaan Keadaan SRK (Soave-
Redlich-Kwong) .................................................................................... 7
2.5. Mixing Rule VDW1............................................................................... 8
2.6. Parameter Interaksi Biner (k ) ................................................................ 9
ij
2.7. Data Kelarutan dan Tekanan Crossover ............................................... 11
2.8. Metode Optimasi dan Metode Analisis................................................. 13

3. METODOLOGI PENELITIAN .................................................................. 15
3.1. Diagram Penelitian .............................................................................. 15
3.2. Alat dan Bahan Penelitian .................................................................... 16
3.3.1. Bahan ......................................................................................... 16
3.3.2. Alat/Perangkat Lunak ................................................................. 16
3.3. Prosedur Penelitian .............................................................................. 16
3.3.3. Variabel Penelitian...................................................................... 16
3.3.4. Persiapan .................................................................................... 17
ix
Universitas Indonesia

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012
3.3.5. Pembuatan Program Mendapatkan Parameter Interaksi
yang Optimum pada Suhu, Tekanan, dan Jenis Zat Padat
Tertentu ...................................................................................... 17
3.3.6. Analisis Ketergantungan k Terhadap Tekanan ........................... 19
ij
3.3.7. k Optimum untuk rentang tekanan operasi tertentu .................... 19
ij
3.3.8. Pembuatan Korelasi Parameter Interaksi Biner ............................ 21
3.3.9. Evaluasi Korelasi yang Dibuat .................................................... 21
3.3.10. Perbandingan Korelasi yang Ditawarkan dengan Korelasi
yang Sudah Ada .......................................................................... 21

4. HASIL DAN PEMBAHASAN ..................................................................... 22
4.1. Pemilihan Zat Padat ............................................................................. 22
4.2. Parameter Interaksi Sebagai Fungsi Tekanan ....................................... 22
4.3. Parameter Interaksi Sebagai Fungsi Suhu ............................................. 26
4.4. Korelasi Parameter Interaksi Biner ....................................................... 27
4.5. Prediksi Kelarutan Menggunakan Korelasi Umum Parameter
Interaksi Biner yang Diusulkan ............................................................ 30
4.6. Perbandingan Korelasi Parameter Interaksi Biner yang Diusulkan
dengan Korelasi yang Sudah Dipublikasikan Sebelumnya ................... 35

5. KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................................... 42
5.1. Kesimpulan.......................................................................................... 42
5.2. Saran ................................................................................................... 42

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 43
Lampiran A Sifat Fisik Zat Padat ....................................................................... 48
Lampiran B Metode Group Contribution ........................................................... 49
Lampiran C Hasil Plot k Terhadap Tekanan...................................................... 52
ij
Lampiran D Program Menghitung k dan Kelarutan ........................................... 56
ij

x
Universitas Indonesia

Korelasi parameter..., Antonius chrisnandy, FTUI, 2012