Kubah Fasa MultikomponenKubah fasa atau dalam bahasa Inggris disebutphase envelope. Tak pelak lagi, ini adalah salah satu kakas dari termodinamika yang paling banyak dipakai di industri. Kalau pelajaran di sekolah menengah atau sekolah dasar, kita sebenarnya sudah mengenal kubah fasa, tetapi dalam pengertian yang sederhana seperti gambar di bawah ini.

Kalau tidak ingat, dulu lulusnya nyogok gurunya ya? hihihiNah, diagram fasa di atas sebenarnya untuk sebuah fasa dengan komponen tunggal. Bagaimana dengan banyak komponen atau multikomponen seperti campuran hidrokarbon? Nah ini dia contohnya, beserta penjelasan singkatnya.

Bedanya dengan gambar yang pertama, dalam kubah fasa multikomponen terdapat suatu daerah bernama fasa campuran. Campurannya antara cair dan uap.Bagaimana gambar ini dibentuk? Garis merah adalah sekumpulan titik embun pada tekanan dan temperatur tertentu yang disambung-sambungkan sehingga menjadi kurva garis merah tersebut. Garis biru adalah sekumpulan titik gelembung pada tekanan dan temperatur tertentu yang disambung-sambungkan sehingga menjadi kurva garisbiru tersebut. Titik hitam besar itu adalah titik kritis dari sistem hidrokarbon multikomponen.Pengertian titik embun dan titik gelembungApa definisi titik embun (dew point)? Nah, kita misalkan mempunyai suatu campuran multikomponen dalam kondisi tekanan dan temperatur tertentu sehingga fasa campuranya dalam keadaan uap sepenuhnya. Mari kita andaikan menurunkan temperatur campuran multikomponen tersebut dalam tekanan tetap, jika kubah fasa di atas kita lihat lebih dekat akan seperti gambar dibawah ini.

Sebelum mencapai titik embunnya, campuran ini akan tetap dalam fasa uap sepenuhnya. Tepat ketika mencapai titik embun pada tekanan dan temperaturtertentu, embun pertama mulai muncul. Kondisi tekanan dan temperaturdimana embun pertama mulai munculdisebut sebagaititik embun.Kalau titik gelembung (bubble point)? Nah, kita misalkan sekali lagi mempunyai suatu campuran multikomponen dalam kondisi tekanan dan temperatur tertentu sehingga fasa campuranya dalam keadaan cair sepenuhnya. Mari kita andaikanmenaikkan temperatur campuran multikomponen tersebut dalam tekanan tetap, jika kubah fasa di atas kita lihat lebih dekat akan seperti gambar dibawah ini.

Sebelum mencapai titik gelembungnya, campuran ini akan tetap dalam fasacair sepenuhnya. Tepat ketika mencapai titik embun pada tekanan dan temperaturtertentu,gelembung pertama mulai muncul. Kondisi tekanan dan temperatur dimana gelembung mulai muncul disebut sebagaititik gelembung.Pengertian krikondenterm dan krikondenbarKrikondenterm adalah temperatur tertinggi dari suatu kubah fasa dimana fasa mulai berubah. Lihat gambar kubah fasa diatas untuk mengetahui posisinya. Sedangkan krikondenbar adalah tekanan tertinggi dari suatu kubah fasa dimana fasa mulai berubah. Dalam dunia industri migas, biasanya krikondenterm lebih banyak digunakan untuk melihat seberapa mudah suatu campuran multikomponen mulai mencair.Kurus vs gendut dan tinggi vs pendek dari kubah fasa multikomponenKubah fasa tidak selalu berbentuk agak gendut dan tinggi seperti gambar di atas. Bisa jadi ia agak rebah dan langsing bentuknya. Mari kita coba-coba dengan bantuan mas Hysys .Masih tetap pakai kasus yang dulu: komponen = methane & ethane, FP = Peng-Robinson. Buat dua buah material stream, yaitu stream 1 dan stream 2. Spesifikasikan komposisi sebagai berikut:Stream 1: Methane = 0.9, Ethane = 0.1Stream 2: Methane = 0.1, Ethane = 0.9Sekarang gunakan fitur analisis kubah fasa. Tools > Utilities > Envelope Utility. Klik tab Connections > Select Streams > pilih stream 1. Buat satu lagi envelope utility-nya untuk stream 2 dengan cara yang sama. Bandingkan data-data yang terpampang di utility tsb.1. Temperatur dan tekanan kritis. Yang sangat jelas adalah temperatur dan tekanan kritis disini tidak sama dengan temperatur dan tekanan kritis dari masing-masing komponen (Methane: Tcrit= -116 degF, Pcrit= 658 Psig ; Ethane: Tcrit = 90 degF, Pcrit= 693 Psig). Artinya ini sifat dari titik kritis sekarang adalah sifat gabungan dari dua buah komponen. Sekarang bandingkan temperatur dan tekanan kritis dari dua buah stream tersebut. Dilihat dari angka-angkanya yang tidak sama, menandakan kubah fasa dari posisinya tidak sama, seolah-olah mengalami pergeseran.2. Krikondenterm dan krikondenbar. Krikondenterm stream2 lebih tinggi (79 degF) dibandingkan dengan stream1 (-74 degF). Sedangkan krikondenbar stream1 (837 psig) lebih tinggi dibandingkan stream2 (759 Psig). Dengan melihat nilai-nilai krikondenterm dan krikondenbar, sudah dapat dibayangkan bahwa kubah fasa stream2 akan lebih condong ke kanan dibandingkan stream 1.Klik pada tab performance dan lihat perbedaan keduanya. Supaya perbandingannya kelihatan nyata, dari tab Table saya salin dan pindahkan ke mister Excel. Perbandingan keduanya sbb.

Memang benar dugaan bahwa stream2 akan lebih condong ke kanan dibandingkan stream 1. Ini juga berarti lebih mudah mencairkan stream2 relatif dibandingkan stream 1. Punya bayangan kira-kira komposisi tipikal stream 1 ada di industri mana? Ya, betul, industri LNG! Mereka membutuhkan usaha yang keras untuk mencairkan gas alam mereka.Envelope Utility ini cukup bertenaga. Kita bisa membuatgambar kurva dalam fraksi -fraksi tertentu. Contoh pada stream 1: klik tab Performance > Plots > Curves > Quality 1 dan Quality 2. Misalnya kita ingin melihat jika 90% dari stream1 adalah uap dan juga 30% dari stream 2 adalah uap sekaligus. Isikan Quality 1=0.9 dan Quality 2=0.3. Hysys akan memperlihatkan garis-garis kualitas dari campuran tsb.Sayangnya mas Hysys hanya terbatas memberikan 2 (dua) garis kualitas campuran. Hal tersebut bisa diakali dengan menyalinhasil beberapa garis kualitas campuran ke dalam mister Excel.Note: jika ingin menyalinnya ke dalam mister Excel cukup mudah, klik: Performance > Table > Table Type > Bisa pilih Bubble Pt/Dew Pt/Quality 1/Quality 2. Pilih saja angka-angka yang muncul disana, copy (dengan ctrl-C) dan paste ke mister excel (dengan ctrl-V). Beres deh, tinggal plot sendiri di mister Excel. Berikut ini adalah contoh dari mister Excel bagaimana beberapa kualitas campuran bisa digambarkan dalam satu halaman.

Envelope Utility ini tidak hanya bisa menampilkan kurva dalam bentuk Pressure vs Temperature (P&T), juga bisa dalam P&V, P&H (enthalpy), P&S (entropy), T&V, T&H, T&S. Klik: Performance > Plots > Envelope Type (di sebelah kanan bawah). Berbagai kurva akan dibutuhkan ketika menganalisis suatu sistem yang membutuhkan lebih dari sekedar hubungan tekanan dan temperatur saja.