KESETIMBANGAN UAP-CAIR (VLE) ETHANOL-AIR DARI HASIL FERMENTASI RUMPUT GAJAH

 

KESETIMBANGAN UAP-CAIR (VLE) ETHANOL-AIR DARI HASIL FERMENTASI RUMPUT GAJAH

N. K. Sari, Putri P. K., Deni R.

Jurusan teknik kimia fakultas teknologi industry UPN “Veteran” Jatim

Jl. Raya rungkut madya gunung anyar, Surabaya 60294, E-mail: jur_tekimfti@upnjatim.ac.id.

e-mail:tk_upn_jatim@yahoo.com

Abstrak

Operasi pemisahan fasa liquid – liquid ada beberapa macam yaitu distilasi, ekstrasi dan absorbsi. Seperti halnya pemisahan komponen – komponen campuran ethanol – air yang dilakukan dengan proses distilasi.

Penelitian ini bertujuan untuk  memperoleh data kesetimbangan uap-cair sistem biner ethanol-air,  verifikasi hasil eksperimen dalam kurva kesetimbangan uap-cair sistem biner ethanol-air, dan  memperoleh data temperatur distilat dan bottom sistem biner ethanol-air.

Penelitian dengan menggunakan alat Glass Othmer Still ini diperoleh data kesetimbangan ethanol-air. Data kesetimbangan ethanol-air tersebut di analisa dahulu menggunakan spektrofotometer. Data dari hasil penelitian ini digunakan untuk membuat kurva kesetimbangan uap-cair sistem biner ethanol-air.

Kata kunci : Azeotropik, sistem biner.

Abstract

Segregation of operation phase liquid – liquid there are some kinds of that is distillation, extraction and absorbsi. As does segregation of component – mixture component ethanol – water done with distillation process.

Research aim is to obtain equilibrium data of vapor – liquid binary system ethanol – water, verification result of experiment in equilibrium curve of vapor – liquid binary system ethanol – water, and obtains distillate temperature data and bottom binary system ethanol – water.

Research by using this Glass Othmer Still device obtained equilibrium data ethanol – water. Equilibrium data of ethanol-air in analysing ahead applies spectrophotometer. Data from result of this research applied to make equilibrium curve of vapor – liquid binary system ethanol- water.

Keywords : Azeotropes, binary system.


  1. 1.     Pendahuluan

Operasi pemisahan fasa liquid – liquid ada beberapa macam yaitu distilasi, ekstrasi dan absorbsi. Seperti halnya pemisahan komponen – komponen campuran ethanol – air yang dilakukan dengan proses distilasi. Distilasi adalah proses yang digunakan untuk memisahkan campuran fluida berdasarkan titik didih yang diikuti oleh kondensasi. Data yang diperlukan dalam penyelesaian persoalan distilasi adalah data kesetimbangan antara fase liquid dan fase gas. Bentuk dan sumber data ksetimbangan antara fase liquid dan fase gas diantaranya dapat digambarkan dalam bentuk kurva kesetimbangan biner ataupun diperoleh dengan cara eksperimen. Dua fasa dikatakan berada dalam kesetimbangan jika temperatur, tekanan, dan potensial kimia dari masing-masing komponen yang terlibat di kedua fasa bernilai sama. Salah satu alat yang digunakan untuk memperoleh data kesetimbangan antara fase liquida dan fase gas adalah Glass Othmer Still. Adapun hal – hal yang berpengaruh dalam sistem ksetimbangannya yaitu : Tekanan (P), Suhu (T), Konsentrasi komponen A dalam fase liquid (x) dan Konsentrasi komponen A dalam fase uap (y). Pada penelitian sistem biner ini ethanol dari hasil fermentasi rumput gajah yang sudah didistilasi dengan kadar ethanol 96% dan ethanol Pro Analisis dengan kadar 99,8% diukur menggunakan alat Glass Othmer Still. Data yang diperoleh akan digunakan untuk membuat kurva kesetimbangan uap – cair sistem biner ethanol – air. Teknik yang digunakan untuk mengukur kesetimbangan uap-cair pada penelitian ini yaitu teknik spektrofotometer. Hal ini menunjukkan bahwa spektrofotometer berguna tidak hanya untuk kepentingan analisa yang lain. Beberapa metode lain untuk mengukur kesetimbangan uap-cair telah dijelaskan oleh Maria dan Jurgen dengan menggunakan Headspace Gas Kromatografi (HSGC) yang digunakan untuk mengukur kesetimbangan uap-cair secara isothermal dan kemampuan untuk bekerja pada kosentrasi sampel yang rendah (Zahro, 2000). Dari penelitian sistem biner yang telah dilakukan oleh peneliti terdahulu, dalam penelitian tersebut masih diperlukan kesetimbangan uap-cair sistem biner untuk menghasilkan data yang akurat dan model korelasi yang dapat di aplikasikan untuk memperkirakan kesetimbangan uap-cair sistem multikomponen (Wiryanto & Teddy, 1998). Sedangkan pada penelitian yang dilakukan Hadi Supardi dengan sistem terner Aseton–n-Butanol-Ethanol (ABE) pada tekanan atmosferik, didapatkan data kesetimbangan uap-cair sistem terner dan dapat mengetahui pengaruh tekanan terhadap kesetimbangan. Jadi untuk memperoleh data kesetimbangan uap-cair bisa menggunakan sistem biner maupun terner (Hadi, 1999).

  1. 1.     Tinjauan Pustaka

Ethanol atau ethyl alcohol kadang disebut juga ethanol spiritus. Ethanol digunakan dalam beragam industri seperti campuran untuk minuman keras seperti sake atau gin, bahan baku farmasi dan kosmetika, dan campuran bahan bakar kendaraan, peningkat oktan, dan bensin ethanol (gasohol).

Rumput gajah dikenal dengan nama ilmiah : Pennisetum Purpureum Schumach. Nama daerahnya : Elephant grass, napier grass (Inggris), Herbe d’elephant, fausse canne a sucre (Prancis), Rumput Gajah (Indonesia, Malaysia), Buntot-pusa (Tagalog, Filipina), Handalawi (Bokil), Lagoli (Bagobo), Ya-nepia (Thailand), Co’ duoi voi (Vietnam), Pasto Elefante (Spanyol).Rumput gajah berasal dari Afrika tropika, kemudian menyebar dan diperkenalkan ke daerah-daerah tropika didunia. Dikembangkan terus-menerus dengan berbagai silangan sehingga menghasilkan banyak kultivar, terutama di Amerika, Philipina dan India.

 

Macam – macam pemisahan ethanol – air

–        Distilasi

Distilasi atau penyulingan adalah suatu proses penguapan yang diikuti pengembunan. Distilasi dilakukan untuk memisahkan suatu cairan dari campurannya sehingga komponen lain tidak ikut menguap (titk didih lain jauh lebih tinggi). Misalnya adalah pengolahan air tawar dari air laut.

–        Ekstraksi

Ekstraksi adalah proses pemisahan suatu zat berdasarkan perbedaan kelarutannya terhadap dua cairan tidak saling larut yang berbeda, biasanya air dan yang lainnya pelarut organik.

–        Absorbsi

Absorbsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan.

 

PERHITUNGAN TEMPERATUR BUBBLE

Untuk tekanan rendah mendekati satu atmosfir (gas ideal) maka koefisien fugasitas komponen i, , sehingga harga  Faktor Poynting,  mendekati satu, pengambilan asumsi bahwa  = 1 menimbulkan kesalahan yang kecil untuk kesetimbangan uap cair tekanan rendah, sehingga diperoleh persamaan untuk menghitung komposisi uap ( yi ) : (Smith dkk., 1996)

……….(1)

Harga T sebagai harga awal akan digunakan untuk mengetahui tekanan uap jenuh suatu zat yang akan diestimasi dengan persamaan Antoine.

………. (2)

Prosedur iterasi untuk mencari temperature bubble yaitu mencari harga temperature jenuh dari komponen murni  pada P

……….. (3)

Dimana A, B, C adalah konstanta Antoine untuk spesies i, untuk semua estimasi awal.

……….. (4)

Tabel 1. Parameter Antoine Sistem Antoine

Komponen

Parameter Antoine

A

B

C

Etanol

16.68

3,674.490

266.45

Air

16.26200

3,799.890

226.35

Sumber : Smith dkk, 1996

 

 

 

 

 

  1. Metodologi penelitian

 

Gambar 1. Glass Othmer Still

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Siapkan larutan ethanol (1) – air (2) dan tutup cock 4a, 4b dan 4c lalu masukkan larutan melalui bagian atas still sampai boilling still terisi kurang lebih ¾ bagian. Alirkan kran air sehingga air mengalir melalui kondensor dan perhatikan agar seluruh kondensor terisi air dan yakinkan bahwa air mengalir melalui kondensor. Panaskan boilling still dengan memutar slide regulator untuk 6a pada posisi 20 – 30 V (jangan ≥ 40 V). Amati perubahan temperatur melalui thermometer. Jika uap sudah mulai terbentuk pada boilling still, nyalakan pemanas 6b dengan memutar slide regulator dan atur suhu T2 sekitar 5 – 10 oC lebih tinggi dari T1 dilihat pada 5b. Cock 4b dibuka untuk recycle, amati terus suhu T1, T2 dan cairan pada kondensat chamber dan yakinkan bahwa recycle dari kondensat chamber ke boilling still terjadi. Setelah suhu T1 konstan lebih dari 30 menit, catat suhu tersebut sebagai suhu kesetimbangan dan ambil sampel fasa cair melalui 4a dan sampel fasa uap melalui 4c. Hasil fasa cair dan fasa uap di analisa menggunakan alat spektrofotometer.

 

 

 

  1. 3.     Hasil dan pembahasan

3.1.    Grafik Kurva Kesetimbangan Ethanol-Air

–          Ethanol dari Rumput Gajah

  1. a.       Berdasarkan Literatur

Gambar 1. Kurva Kesetimbangan X,Y,T Ethanol-Air

Gambar 2. Kurva Kesetimbangan Ethanol-Air

  1. b.       Berdasarkan Eksperimen

Gambar 3. Kurva Kesetimbangan X,Y,T Ethanol-Air

 

Dari gambar 3. Menunjukkan bahwa semakin besar fraksi mol maka temperature pada dew point dan bubble point semakin menurun. Hal ini disebabkan karena komponen ethanol bersifat volatile dengan titik didih 78,32 oC sedangkan air bersifat non-volatile dengan titik didih 100 oC.

 

  1. c.        Berdasarkan Literatur Vs Eksperimen

Gambar 4. Kurva Kesetimbangan X,Y,T Ethanol-Air

Pada Gambar 4. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y,T untuk data sistem biner ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan sistem ethanol(1)-air(2) (Perry,6 th ed.). Dari gambar terlihat temperature pada eksperimen lebih tinggi dari literature, hal ini disebabkan karena kadar bahan yang digunakan pada penelitian adalah 96% sedangkan pada literature adalah ethanol absolute. Dimana kadar ethanol mempengaruhi titik didih.

  1. d.       Berdasarkan Eksperimen

Gambar 5. Kurva Kesetimbangan Ethanol-Air

Pada gambar 5. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y ethanol(1)-air(2) berdasarkan data eksperimen dengan menggunakan ethanol dari hasil fermentasi rumput gajah. Untuk kondisi 0,2 ; 0,4 ; 0,6 ; 0,8 ; 1 (fraksi mol) dengan kadar 96% dan hasil eksperimen dianalisa dengan spektrofotometer. Pada gambar diatas menunjukkan bahwa pada titik 0,8 fraksi mol hampir mendekati titik azeotrop.

 

  1. e.        Berdasarkan Literatur Vs Eksperimen

 Gambar 6. Kurva Kesetimbangan Ethanol-Air

Pada Gambar 6. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan ethanol(1)-air(2) (Perry,6 th ed.). Dari gambar terlihat kurva hasil eksperimen menunjukkan kenaikan yang signifikan daripada kurva dari literature. Hal ini dikarenakan banyaknya ethanol yang menguap pada saat proses penguapan (pada eksperimen).

–          Ethanol Pro Analisis

  1. a.       Berdasarkan Literatur

Gambar 7. Kurva Kesetimbangan X,Y,T Ethanol-Air

Gambar 8. Kurva Kesetimbangan X,Y Ethanol-Air

 

  1. b.       Berdasarkan Eksperimen

Gambar 9. Kurva Kesetimbangan X,Y,T

 

Pada gambar 9. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y,T untuk sistem biner ethanol(1)-air(2) berdasarkan data eksperimen dengan menggunakan ethanol P.A.. Pada gambar menunjukkan bahwa semakin besar fraksi mol maka temperature pada dew point dan bubble point semakin menurun. Hal ini disebabkan karena komponen ethanol bersifat volatile dengan titik didih 78,32 oC sedangkan air bersifat non-volatile dengan titik didih 100 oC.

 

  1. c.        Berdasarkan Literatur Vs Eksperimen

Gambar 10. Kurva Kesetimbangan X,Y,T

 

Pada Gambar 10. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y,T untuk data sistem biner ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan sistem ethanol(1)-air(2) (Perry,6 th ed.). Dari gambar kurva dew point terlihat temperature pada eksperimen lebih tinggi dari literature, hal ini disebabkan karena kadar bahan yang digunakan pada penelitian adalah 99,8% sedangkan pada literature adalah ethanol absolute. Karena salah satu faktor yang mempengaruhi titik didih adalah kadar ethanol.

 

 

 

 

 

 

 

  1. d.       Berdasarkan Eksperimen

Gambar 11. Kurva Kesetimbangan X,Y Ethanol-Air

 

Pada Gambar 11. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y sistem biner ethanol(1)-air(2) berdasarkan data eksperimen dengan menggunakan ethanol Pro Analisis untuk daerah setelah azeotrop. Pada titik 0,85 dan 0,9 fraksi mol termasuk dalam fase uap sedangkan pada titik 0,95 dan 0,98 fraksi mol termasuk dalam fase cair.

  1. e.        Berdasarkan Literatur Vs Eksperimen

Gambar 12. Kurva Kesetimbangan X,Y Ethanol-Air

Pada Gambar 12. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan ethanol(1)-air(2) (Perry,6 th ed.). Pada gambar terlihat bahwa hasil eksperimen terlihat fase cair dan fase uap sehingga dapat mengetahui titik azzeotropnya sedangkan pada literatur tidak ditemukan fase cairnya.

 

–        Dari Hasil Perhitungan Koefisien Aktifitas

  1. a.       Berdasarkan Perhitungan

Gambar 13. Kurva Kesetimbangan X,Y,T

Gambar 14. Kurva Kesetimbangan X,Y

 

  1. b.       Berdasarkan Perhitungan Vs Eksperimen (Ethanol dari Rumput Gajah)

Gambar 15. Kurva Kesetimbangan X,Y,T

Pada Gambar 15. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y,T untuk data sistem biner ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan sistem ethanol(1)-air(2) dari hasil perhitungan. Pada gambar terlihat perbedaan temperature pada hasil perhitungan dan eksperimen, dimana temperature pada eksperimen lebih rendah sehingga grafik eksperimen berada di bawah grafik hasil perhitungan. Hal ini bisa disebabkan karena data-data yang diperoleh pada hasil perhitungan.

 

  1. c.        Berdasarkan Perhitungan Vs Eksperimen (Ethanol P.A.)

Gambar 16. Kurva Kesetimbangan X,Y,T

Pada Gambar 16. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y,T untuk data sistem biner ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan sistem ethanol(1)-air(2) dari hasil perhitungan. Pada gambar terlihat perbedaan temperature pada hasil perhitungan dan eksperimen, dimana temperature pada eksperimen lebih rendah sehingga grafik eksperimen berada di bawah grafik hasil perhitungan. Hal ini bisa disebabkan karena data-data yang diperoleh pada hasil perhitungan.

 

 

 

 

 

 

  1. d.       Berdasarkan Perhitungan Vs Eksperimen (Ethanol dari Rumput Gajah)

Gambar 17. Kurva Kesetimbangan X,Y Ethanol-Air

Pada Gambar 17. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan ethanol(1)-air(2) dari hasil perhitungan. Pada gambar terlihat bahwa pada titik 0,2 pada eksperimen masih terlihat sama tetapi semakin lama hasil pada eksperimen semakin menurun. Hal ini bisa disebabkan karena data – data yang di peroleh pada hasil perhitungan.

 

  1. e.        Berdasarkan Perhitungan Vs Eksperimen (Ethanol P.A.)

Gambar 18. Kurva Kesetimbangan X,Y Ethanol-Air

Pada Gambar 18. Ditampilkan kurva kesetimbangan X,Y ethanol(1)-air(2) (eksperimen) dibandingkan dengan ethanol(1)-air(2) dari hasil perhitungan. Pada gambar terlihat bahwa hasil eksperimen terlihat fase cair dan fase uap sehingga dapat mengetahui titik azzeotropnya sedangkan pada hasil perhitungan tidak ditemukan fase cairnya.

 

Kesimpulan

  1. Kadar ethanol awal pada ethanol dari Rumput Gajah adalah 95,80 % dan ethanol P.A. 99,8% adalah 97,96 %.
  2. Faktor – faktor yang menyebabkan perbedaan titik didih ethanol pada hasil eksperimen dan data literatur adalah kadar ethanol,  alat yang digunakan, dan waktu.
  3. Kurva yang dihasilkan dari eksperimen dan hasil perhitungan terlihat berbeda karena data – data yang diperoleh pada hasil perhitungan berbeda dengan hasil eksperimen.
  4. Data eksperimen dapat digunakan sebagai data kesetimbangan uap-cair sistem biner ethanol-air

Saran

Diharapkan penelitian ini dapat dikembangkan dengan mencoba untuk menggunakan variasi bahan yang lain untuk memperoleh data kesetimbangan uap-cair sistem biner. Selain itu untuk menggunakan alat Glass Othmer Still harus lebih berhati-hati.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Daftar Pustaka

 

Arindradita.2009. “Kesetimbangan Fase”,  Makalah Penelitian.

http://levenspiel.wordpress.com/2009/05/25/kesetimbangan-fase/

Hadi Supardi. 1999. “Estimasi Dan Eksperimen Kurva Kesetimbangan Uap-Cair Sistem Terner Aseton – N-Butanol-Ethanol”. Jurnal Penelitian Teknik Kimia.

J.M.Smith, H.C.van Ness, M.M.Abbott. 1996. “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, fifth edition, McGraw-Hill Book Company, Singapore.

Lamiya Mu’nisatus Zahro. 2000. “Keseimbangan Uap-Cair Secara Isothermal Untuk Campuran-Campuran Biner Yang Terlibat Dalam Distilasi Alcohol”, Jurnal Penelitian Teknik Kimia.

http://74.125.153.132/search?q=cache:Bq_RqTOSSioJ:lamiyamz.blogspot.com/2009/03/diagram-keseimbanganfase pada.html+jurnal+kesetimbangan+uap+cair+pada+sistem+biner&cd=7&hl=id&ct=clnk&gl=id

Mhd. Darwis M. 2009. “Keseimbangan Uap Cair”, Laporan Praktikum Kimia Fisika.  http://spirit-awis.blogspot.com/

Ni Ketut Sari. 2007. “Pemisahan Sistem Biner Etanol-Air Dan Sistem Terner ABE Dengan Distilasi Batch Sederhana”. Jurnal INDUSTRI Jurnal Ilmiah Sains dan Teknologi Vol. 6 / Fakultas Teknik Industri ITS Surabaya.

Perry, J.H., and C.H.Chilton. 1996 “Chemical Engineers Handbook”, 6th edition. New York : McGraw-Hill.

Suparni. S. R. 2009. “Dasar Kesetimbangan Uap-Cair”, Jurnal Penelitian Teknik Kimia.

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/teknologi-proses/dasar-kesetimbangan-uap-cair/

Soebijanto, T. 1986. “HFS dan Industri Ubi Kayu Lainnya”, Gramedia : Jakarta

Wiryanto, Tedddy S.W. 1999. “Kesetimbangan Uap-Cair Sistem Biner Etanol(1) – Air (2), Aseton (1) – Air (2), Air (1) – n-Butanol (2) dan Kesetimbangan Cair-cair Air(1) – n-Butanol(2)”, Jurnal Penelitian Teknik Kimia.

 

 

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: