![Absorbsi WIN [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/absorbsi-win.jpg)
13 0 785 KB
ABSORBSI I.
TUJUAN PERCOBAAN Menentukan penurunan tekanan didalam kolom absorbsi. Menentukan kelarutan CO2 didalam air dan NaOH.
II.
PERINCIAN KERJA Menentukan penurunan tekanan aliran gas dengan kolom kering, Menentukan penurunan tekanan aliran gas dengan kolom basah, Menentukan jumlah CO2 yang tidak terserap dalam alat HEMPL. Menentukan jumlah CO2 yang terserap dengan metode titrasi.
III.
ALAT DAN BAHAN a. Alat-alat yang digunakan: Gelas kimia Erlenmeyar asah Buret Labu semprot Corong kaca Gelas ukur Pipet skala Pipet volume Bola isap Seperangkat peralatan absorbsi dengan kolom isian.
b. Bahan yang digunakan: Indikator PP NaOH 0,01 N dan 1 N Gas CO2
REAKSI :
IV.
CO2
+
H2O
H2CO3
+
NaOH
+ CO2
H2CO3
NaOH
Na2CO3 + H2O Na2CO3 + H2O
DASAR TEORI Absorpsi adalah operasi penyarapan komponen-komponen yang terdapat didalam gas dengan menggunakan cairan. Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorpsi gas ialah menara isiar. Alat ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk silinder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi pada bagian bawah, pemasukan zat cair pada bagian atas, sedangkan pengeluaran gas dan zat cair masing-masing diatas dan dibawah, serta suatu zat padat tak aktif (inert) diatas penyangganya. Yang disebut packing. Adanya packing (bahan isian) didalam kolom absorpsi akan menyebabkan terjadinya hambatan terhadap aliran fluida yang melewati kolom. Akibatnya gas maupun cairan yang melewati akan mengalami pressure drop penurunan tekanan. Persyaratan pokok yang diperlukan untuk packing : Harus tidak bereaksi (kimia) dengan fluida didalam menara. Harus kuat tapi tidak terlalu berat. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dan gas. Harus tidak terlalu mahal. Penurunan tekanan akan menjadi besar jika bahan isian yang digunakan tidak beraturan (random packing). Selain itu, penurunan tekanan juga dipengaruhi oleh laju alir gas maupun cairan. Pada laju alir tetap, penurunan tekanan gas sebanding dengan kenaikan laju alir cairan. Hal ini disebabkan karena ruang antar bahan pengisi yang semula dilewati gas menjadi lebih banyak dilewati cairan, sehingga akan menyebabkan terjadinya
hold up (cairan yang terikat dalam ruangan ) bertambah. Akibatnya peningkatan laju alir cairan lebih lanjut akan menyebabkan terjadinya pengumpulan cairan diatas kolom keadaan ini biasa disebut Flooding (banjir). Titik tejadinya peristiwa disubut flooding point. Operasi pada keadaan flooding tidak akan menghasilkan perpindahan massa yang bagus. Perpindahan massa yang optimum, dilakukan pada keadaan loading point (titik beku kurva). Jika laju alir cairan dipertahankan tetap sedang laju gas bertambah maka terdapat beberapa kemungkinan yang terjadi : Terbentuk lapisan cairan yang menyerupai gelembung gas diatas permukaan packing Cairan tidak akan mengalir keluar kolom karena adanya tekanan yang besar dari aliran udara. Akibatnya cairan akan mengisi kolom dari bawah keatas sehingga terjadi inversi dari gas terdispersi kecairan berubah menjadi cairan terdispersi kealiran gas. Hal-hal lain yang berpengaruhi terhadap penurunan tekanan antara lain : bentuk isian, tinggi isian, susunan dan lain-lain. Didalam industri, proses ini banyak digunakan antara lain dalam proses pengambilan amonia yang ada dalam gas kota berasal dari pembakaran batubara dengan menggunakan air, atau penghilangan H2S yang dikandung dalam gas alam dengan menggunakan larutan alkali. Banyak hal yang mempengaruhi absorpsi gas kedalam cairan antara lain : Temperatur Tekanan operasi Konsentrasi komponen dalam cairan Konsentrasi komponen didalam aliran gas Luas bidang kontak Luas waktu kontak Karena itu dalam operasi harus dipilih kondisi yang tepat sehingga diperoleh hasil yang maksimal. Karekteristik suatu cairan dalam menyerap komponen didalam aliran gas ditunjukkan oleh harga koefisien perpindahan massa antara gas-cairan, yaitu
banyaknya mol gas yang berpindah persatuan luas serta tiap fraksi mol (gram mol)/(detik) (Cm3) (fraksional) Untuk menentukan hanya koefisien perpindahan suatu massa suatu kolom absorpsi dapat digunakan perhitungan berdasarkan neraca massa. Tinggi koefisien dalam kolom biasa digunakan persamaan:
d NxY
Yo
H
Kog.a.A.Y
Y1
*
Y
Yi = fraksi mol CO2 dalam aliran gas masuk. Yo = fraksi mol CO2 dalam aliran gas keluar. Y* = fraksi mol gas CO2 yang berada dalam kesetimbangan dengan larutan. Y = fraksi mol CO2 didalam larutan. Persamaan diatas diubah menjadi : Yo
H .a. A.Kog dY * y Yi Y y Ruas kanan persamaan diatas sulit untuk dipecahkan. Karena itu penentuan kog lebih mudah dipecahkan dengan persamaan : N=
Kog
x
a.A.H
laju absorpsi (mol/detik)
x
selisih tekanan
luas bidang
rata-rata logaritma 2
transfer massa(m )
(atm)
Pi ln N Po Kog x a. A.N Pi Po Pi = tekanan partikel gas CO2 masuk kolom (atm) Po = tekanan partikel gas CO2 keluar kolom (atm) N = jumlah CO2 yang terserap dengan alat HEMPL A = luas spesifik packing/ unit volume. Pada percobaan ini dipakai Rasching ring dengan luas bidang kontak 440 m2/m3. A.H = volume kolom berisi packing
Tekanan partikel gas CO2 = fraksi volume x (tekanan total/ 760) atmosfir.
a. Penentuan kadar CO2 yang diserap didalam air / NaOH dengan alat HEMPL. Misal : -
Laju alir CO2 F3 liter/detik
-
Laju alir udara F2 liter/detik
-
Volume campuran udara dan CO2 didalam alat HEMPL V1ml
-
Volume CO2 V=2ml
Fraksi gas CO2 didalam aliran gas masuk (Yi)
Yi V2 /V1
F3 F2 F3
Fraksi gas CO2 didalam aliran gas keluar (Yo)
V Yo 2 V1
Jika jumlah CO2 yang diabsorbsi sepanjang kolom adalah Fa liter/detik. Neraca massa : CO2 masuk – CO2 keluar = CO2 diabsorbsi Atau (F2 + F3) Yi – [ F2 + ( F3 + Fa ) ] Yo = Fa Dengan penurunan secara matematis diperoleh : Fa
Yi YoF2 F3 Yi Yo xTotalGasMasuk (liter / det ik ) 1 Yo
1 Yo
Atau N=
Fa tek.rata2 kolom (mmhg) 273 x x (gmolCO2 terabsorpsi/ detik) 22,42 760 tem.kolom (K)
Catatan : Pada percobaan ini diasumsikan bahwa laju alir volum air tidak dipengaruhi oleh penurunan tekanan didalam kolom, dianggap penurunan tekanan yang terjadi sangat kecil dibandingkan tekanan atmosfir.
b. Penentuan kadar CO2 yang terabsorbsi dengan metode titrasi.
Absorpsi CO2 dengan menggunakan air. Jika larutan H2CO3 dititrasi dengan larutan NaOH maka reaksi yang terjadi: H2CO3 + NaOH
Na2CO3 + H2O
Jika : Laju alir air = F1 L/detik Vol. Larutan NaOH = V1 ml Konsentrasi larutan NaOH = C1 M Volume Sampel = V2 ml Maka konsentrasi CO2 didalam sampel : Fa
V1 xC1 [M ] V2
Laju rata-rata CO yang terabsorpsi pada suatu periode:
Cd (t n) Cd (t m)] xvolumeSistem g.mol / det ik (n m) x60
Absorpsi CO2 dengan menggunakan NaOH Secara stokiometri reaksi pada proses absorbsi ini : CO2 + 2NaOH
Na2CO3 + H2O
Pada proses titrasi tahap pertama reaksi yang terjadi : 2NaOH + Na2CO3 + 2HCl
2 NaHCO3 + 2NaCl + H2O
Jika volume sample yang digunakan V1 ml. Konsentrasi HCl C g.mol/liter. Indicator yang digunakan phenolphalein Dalam suasana basa kuat indicator phenolphalein akan berwarna merah jambu. Jika seluruh NaOH sudah habis bereaksi dengan HCl serta semua karbonat telah berubah menjadi bikarbonat larutan akan berubah menjadi tidak berwarna. Misalkan volume HCl yang digunakan untuk titrasi sampai tahap ini V2 m. bila dalam larutan ditambahkan indicator metil orange maka warna larutan akan berubah menjadi kuning. Jika titrasi dilanjutkan maka pada titik akhir titrasi larutan menjadi tidak berwarna.
Reaksi yang terjadi : NaHCO3 + HCl
NaCl + H2O + CO2
Misalkan volume yang digunakan untuk titrasi tahap kedua ini V2 ml, maka volume yang digunakan untuk menetralisir bikarbonat = (V3 – V2) ml. pada tabung kedua dimasukkan larutan sample sebanyak (V3 – V2) ml lebih sedikit dan dikocok dengan baik. Endapan yang terbentuk adalah hasil reaksi antara karbonat dalam sampel dengan larutan barium. Endapan yang tebentuk adalah barium karbonat yang dari karbonat dalam sample. Jika larutan diberi beberapa tetes indicator phenolphalein maka larutan akan berwarna merah jambu.
V.
PROSEDUR PENGERJAAN a. Menentukan penurunan tekanan aliran gas dalam kolom kering Dikeringkan kolom dan isinya dengan jalan mengalirkan udara kedalam kolom lewat bagian bawah sehingga semua airnya keluar. Dialirkan udara dengan laju 70 l/menit (F2) dicatat penurunan tekanan yang terjadi. Diulangi percobaan dengan laju alir udara 40, 50, 60, 70, 80, 90, dan 100 L/menit.
b. Menentukan penurunan tekanan aliran gas dalam bentuk basah. Dialirkan udara kedalam kolom dengan laju alir l/menit (F2). Dialirkan air kedalam kolom dengan laju alir 3 L/menit (F1) Dicatat penurunan tekanan yang terjadi didalam kolom. Diulang percobaan dengan menaikkan laju alir udara hingga terjadi flooding.
c. Menentukan jumlah CO2 yang terserap denan metode titrasi Dihidupkan pompa dan mengatur laju alir didalam kolom pada 3 L/menit. (F1) Dihidupkan kompresor udara dengan mengtur laju alirnya 70 L /menit (F2) Dibuka dengan hati-hati regulator gas karbon dioksida dan mengatur pada laju alir 3 L/menit (F3) Diambil 20 ml untuk 0 menit dari tangki yang masuk Setelah 15 menit, diambil masing-masing 20 ml sampel dari tangki masuk dan sampel yang keluar dalam erlenmeyer. Ditambahkan
indikator
PP
kedalam
sampel
dan
menggunakan NaOH 0,01 N hingga berwarna merah muda. Dicatat volume NaOH 0,01 N yang digunakan Diulangi dengan selang waktu 15 menit selama 1 jam Mengubah laju alir gas CO2
menitrasi
dengan
d. Cara menganalisa kadar CO2 dengan HEMPL Diisi bola tandom dibagian bawah alat HEMPL dengan larutan NaOH 1N hingga tanda 0 Dibilas tabung analisa HEMPL dengan jalan menarik piston dan membuang gas yang telah terisap ke atmosfer dengan volume 100ml (V1) Ditutup semua saluran kedua atmosfer dan menghisap kembali campuran gas yang diisap yaitu 100 ml dan menutup saluran dari gas absorpsi Dikembangkan tekanan didalam tabung dengan udara luar dengan jalan membuka dan menutup keran saluran buang ke atmosfir mengusahakan agar permukaan NaOH tetap pada tanda 0. Dicatat kenaikan volume NaOH 1N setiap 15 menit pada variasi laju alir 3, 4, dan 5 L/ menit selama masing-masing 1 jam dan dicatat pula perubahan tekanannya.
VI.
DATA PENGAMATAN : a) Penentuan penurunan tekanan aliran gas pada dinding kolom kering
No
F2 Udara (L/m)
H (cm H2O)
1
40
1.45
2
50
1.7
3
60
2
4
70
2.4
5
80
2.7
6
90
3
b) Penentuan penurunan tekanan aliran gas pada kolom dinding basah
No
F2 Udara (L/m)
H (cm H2O)
Keterangan
1
40
2
Belum Flooding
2
50
4
Belum Flooding
3
60
6.5
Belum Flooding
4
70
8
Belum Flooding
5
80
12
Belum Flooding
6
90
31
Flooding
c) Penentuan jumlah CO2 yang terserap dengan metode titrasi
No.
F3 CO2 (L/menit)
1 2 3
3
Vol. NaOH 0.01N
Waktu (menit)
Air Masuk
Air Keluar
0
0,5
2
15
0,45
1,9
30
0,6
1,87
4
45
0,5
1,77
5
60
0,4
1,67
1
0
0,4
2,5
15
0,45
2,4
30
0,4
2,34
4
45
0,41
2,23
5
60
0,3
2,12
1
0
0,45
3,05
15
0,35
2,87
30
0,36
2,84
4
45
0,3
2,78
5
60
0,23
2,66
2 4
3
2 5
3
d) Cara menganalisa kadar CO2 dengan HEMPL
F3 CO2
Waktu
(L/menit)
(menit)
V 1 (ml)
V2 (ml)
H (cm H2O)
15
100
0.5
17
30
100
0.45
16
45
100
0.4
15
4
60
100
0.3
12
1
15
100
0.9
18
30
100
0.7
15
45
100
0.5
14
4
60
100
0.3
13
1
15
100
0.3
21
30
100
0.35
20
45
100
0.2
17
60
100
0.15
15
No. 1 2 3
2 3
2 3 4
3
4
5
VII.
PERHITUNGAN 1. Penentuan penurunan tekanan aliran gas pada dinding kolom kering
Q (L/mnt)
∆P (cmH2O)
∆P (mmHg)
Log ∆P
Log Q
40
1,45
1,06617647
0,027829094
1,60205999
50
1,7
1,25
0,096910013
1,69897
60
2
1,47058824
0,167491087
1,77815125
70
2,4
1,76470588
0,246672333
1,84509804
80
2,7
1,98529412
0,297824856
1,90308999
90
3
2,20588235
0,343582346
1,95424251
2. Penentuan penurunan tekanan aliran gas pada dinding kolom basah
Q (L/mnt)
∆P (cmH2O)
∆P (mmHg)
Log ∆P
Log Q
40
2
1,47058824
0,167491087
1,60205999
50
4
2,94117647
0,468521083
1,69897
60
6,5
4,77941176
0,679374448
1,77815125
70
8
5,88235294
0,769551079
1,84509804
80
12
8,82352941
0,945642338
1,90308999
90
31
22,7941176
1,357822785
1,95424251
3. Penentuan kadar CO2 yang terabsorbsi dengan HEMPL Dik: t
= 15 menit
Laju alir udara, F2
= 70 L/min
Laju alir udara, F1
= 3 L/min
Laju alir CO2 yang di variasikan (F3) = 3, 4, 5 L/min Volume campuran CO2, V1
= 100 mL
Fraksi gas CO2 dalam campuran udara yang masuk dalam absorben
Yi
F3 = F2 F3
3L / min Yi 1 = (70 3) L / min Yi 1 = 0,041
Yi 2
4 L / min = (70 4) L / min
Yi 2 = 0,054
5 L / min Yi 3 = (70 5) L / min Yi 3 = 0,067
Fraksi gas CO2 di dalam aliran keluar Untuk Q= 3 L/menit Pada t = 15 menit Y0 = YO =
Dengan menggunakan cara yang sama maka di peroleh data sebagai berikut: No.
F3
Waktu
(L/menit)
(menit)
1. 2. 3. 4.
3
V1 (ml) V2 (ml)
15
100
0.5
30
100
0.45
Yi
0,041
Y0
H (cmH2O)
0.005
17
0.0045
16
45
100
0.4
0.004
15
60
100
0.3
0.003
12
1 2
15
100
0.9
30
100
0.7
4
0.054
0.009
18
0.007
15
3
45
100
0.5
0.005
14
4
60
100
0.3
0.003
13
1
15
100
0.3
0.003
21
30
100
0.35
0.0035
20
2 5
0.067
3
45
100
0.2
0.002
17
4
60
100
0.15
0.0015
15
CO2 yang diserap sepanjang kolom (Fa) Neraca Massa: CO2 Masuk – CO2 Keluar = CO2 diabsorbsi (Yi Yo)
Fa =
( F2 F3 )
1 Yo
Untuk q = 3 L/min pada saat t = 15 menit Fa =
(0,041 0,005 )( 70 l / m 3l / m) 1menit x 1 0,005 60 det ik
= 0,0441 L/s
Dengan cara yang sama, di peroleh data sebagai berikut untuk laju alir 3, 4 dan 5 L/min: No.
F 3 (L/menit)
Waktu (menit)
Fa (liter/ detik)
15
0.0441374
30
0.0447263
45
0.0453146
4.
60
0.0464895
1.
15
0.0560713
30
0.0584424
45
0.060804
1. 2. 3.
2. 3.
3
4
4.
60
0.0631561
1.
15
0.0798228
30
0.0792357
45
0.0809953
60
0.0815807
2. 5
3. 4.
Tekanan rata-rata kolom (P) P masuk = 760 mmHg P keluar pada F3 CO2 3 L/min, t = 15 menit PHg
=
P H 2 O . H 2O Hg
17cmH 2 O x 1g / cm3 H 2O 10 mmHg x = 13,6 g / cm3 Hg 1 cmHg = 12,5 mmHg
P rata-rata =
(
)
Dengan cara yang sama, di peroleh data sebagai berikut untuk laju alir 3, 4 dan 5 L/min: No.
F3
Waktu
(L/menit)
(menit)
∆H (cmH2O)
P Hg (mmHg)
P rata rata (mmHg)
1.
15
17
12.5
766.25
2.
30
16
11.76470588
765.882353
3.
45
15
11.02941176
765.514706
4.
60
12
8.823529412
764.411765
15
18
13.23529412
766.617647
30
15
11.02941176
765.514706
3
1. 4 2.
3.
45
14
10.29411765
765.147059
4.
60
13
9.558823529
764.779412
1.
15
21
15.44117647
767.720588
30
20
14.70588235
767.352941
3.
45
17
12.5
766.25
4.
60
15
11.02941176
765.514706
2. 5
Laju penyerapan CO2 (N)
Ga
P mmHg Fa 273K x x 22.42L / mol 760mmHg Temperatur kolom
Untuk F3 = 3 liter/menit, Waktu 15 menit
Ga
0.0441 L / s 766.25mmHg x 22.42 mol / L 760 mmHg
273 K x 0.001788 mol / s 30 273 K
Dengan cara yang sama, di peroleh data sebagai berikut untuk laju alir 3, 4 dan 5 L/min: No.
F 3 (L/menit)
Waktu (menit)
Ga (mol/detik)
15
0.00178833
30
0.001825233
45
0.00184748
4.
60
0.001889958
1.
15
0.002292573
30
0.002382704
45
0.002476622
60
0.002569971
1. 2. 3.
2. 3. 4.
3
4
1. 2.
5
3. 4.
15
0.003273005
30
0.003245849
45
0.003308486
60
0.003326053
Laju penyerapan CO2 rata-rata Untuk F3 CO2 = 3 L/min, Ga =
0,007351001gmol / det 4
= 0.00183775 gmol/detik
Untuk F3 CO2 = 4 L/min, Ga =
0,009721869 gmol / det 4
= 0.002430467 gmol/detik
Untuk F3 CO2 = 5 L/min, Ga =
0.013153393 gmol / det 4
= 0.003288348 gmol/detik
4.
Penentuan kadar CO2 yang terabsorbsi dengan Metode Titrasi Diketahui : t
=0
Laju alir air ( F1)
= 3 liter/menit
Konsetrasi NaOH
= 0,01 M
Volume NaOH (sampel masuk)
= 0,5 ml
Volume NaOH (sampel keluar)
= 2 ml
Volume sample(V2)
= 20 ml
Konsentrasi CO2 didalam sampel pada aliran masuk Cd =
V1 X C1 V2
Konsentrasi CO2 didalam sampel pada aliran keluar Cd =
V1 X C1 V2
Dengan cara yang sama untuk data data – data yang lain diperoleh:
Cd
Waktu
V1 Masuk
(L/menit)
(menit)
(ml)
1
0
0.5
0.00025
2
0.001
2
15
0.45
0.000225
1.9
0.00095
30
0.6
0.0003
1.87
0.000935
4
45
0.5
0.00025
1.77
0.000885
5
60
0.4
0.0002
1.67
0.000835
1
0
0.4
0.0002
2.5
0.00125
2
15
0.45
0.000225
2.4
0.0012
30
0.4
0.0002
2.34
0.00117
4
45
0.41
0.000205
2.23
0.001115
5
60
0.3
0.00015
2.12
0.00106
1
0
0.45
0.000225
3.05
0.001525
2
15
0.35
0.000175
2.87
0.001435
30
0.36
0.00018
2.84
0.00142
4
45
0.3
0.00015
2.78
0.00139
5
60
0.23
0.000115
2.66
0.00133
No.
3
3
3
3
4
5
Masuk (mol/L)
V1 Kaluar
Cd
F3 CO2
(ml)
Keluar (mol/L0
CO2 pada aliran masuk dan keluar = F3 dan Cd Untuk F1 = 3 liter /menit, t = 0 menit CO2 pada aliran masuk = 3 liter/menit x 0.00025 mol/liter x 1 menit /60 detik = 0,0000125 mol/detik
CO2 pada aliran keluar = 3 liter/menit x 0.001 mol/liter x 1 menit /60 detik = 0,00005 mol/detik Dengan cara yang sama untuk data data – data yang lain diperoleh: F3
Waktu
CO2 pada aliran masuk
CO2 pada aliran keluar
(L/menit)
(menit)
( mol/detik )
( mol/detik )
1
0
0.0000125
0.00005
2
15
0.00001125
0.0000475
30
0.000015
0.00004675
4
45
0.0000125
0.00004425
5
60
0.00001
0.00004175
1
0
0.00001
0.0000625
2
15
0.00001125
0.00006
30
0.00001
0.0000585
4
45
0.00001025
0.00005575
5
60
0.0000075
0.000053
1
0
0.00001125
0.00007625
2
15
0.00000875
0.00007175
30
0.000009
0.000071
4
45
0.0000075
0.0000695
5
60
0.00000575
0.0000665
No.
3
3
3
3
4
5
Laju absorbsi CO2 ( Ga ) Ga = F1 (Cd keluar - Cd masuk ) Untuk F1 = 3 liter / menit pada t = 0 Ga = 3 liter / menit x 0.001 0.00025 = 0,0000375 mol/detik
mol liter
x 1menit / 60 det ik
Dengan cara yang sama untuk data yang lain diperoleh sebagai berikut : No.
Waktu (menit)
Ga ( mol / detik )
1
0
0.0000375
2
15
0.00003625
30
0.00003175
4
45
0.00003175
5
60
0.00003175
1
0
0.0000525
2
15
0.00004875
30
0.0000485
4
45
0.0000455
5
60
0.0000455
1
0
0.000065
2
15
0.000063
30
0.000062
4
45
0.000062
5
60
0.00006075
3
3
3
F3 (L/menit)
3
4
5
Laju absorbsi (Ga) rata-rata Untuk F3 = 3 L/menit, Ga
= 0.0000338 mol / detik
Untuk F3 = 4 L/menit, Ga
= 0.00004815 mol / detik
Untuk F3 = 5 L/menit, Ga
= 0.00006255 mol / detik
VIII.
PEMBAHASAN Praktikum kali ini adalah Absorbsi, yang merupakan salah satu operasi pemisahan dalam industri kimia dimana suatu campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap yang sesuai, sehingga satu atau lebih komponen dalam campuran gas larut dalam cairan penyerap. Dalam praktikum ini, digunakan gas CO2 sebagai absorbat dan larutan NaOH 0,1 N sebagai absorben. Praktikum ini terdiri atas dua tahap yaitu mempelajari karekteristik fisik dan mempelajari karekteristik kimia proses absorbsi. Absorbsi yang dilakukan menggunakan larutan NaOH 0,1 N yang dialirkan kedalam kolom dengan spray dan dengan kolom yang dilengkapi dengan packing. Ini bertujuan untuk memperluas permukaan kontak antara NaOH dengan CO2. Sehingga didapatkan proses absorbsi yang optimal. NaOH mengalir dari bagian atas kolom, sedangkan gas CO2 mengalir dari bagian bawah kolom. Dimana diketahui bahwa NaOH mempunyai berat jenis yang lebih besar dari gas CO2. Serta sifat alami bahwa cairan akan mudah mengalir kebawah akibat gravitasi bumi. Sedangkan gas yang akan bergerak ke atas seperti menguap. Aliran ini ditujukan agar kontak dapat terjadi antara cairan dan gas. Konsep percobaan ini yaitu mengenai perbedaan tekanan udara sepanjang kolom isian basah dengan laju alir air. Kolom isian basah merupakan kolom yang dialiri air dan udara. Prinsipnya kontak antara air dan udara yang terjadi dikolom di mana air dialirkan dari kolom bagian atas, sedangkan gas dari kolom bagian bawah (counter current). Akan terjadi kontak antara air dan udara didalam kolom yang dapat menimbulkan penurunan tekanan. Alat yang digunakan dalam absorbsi gas adalah menara isian. Alat ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk silinder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi pada bagian bawah, pemasukan zat cair pada bagian atas dan pengeluaran gas dan zat cair masing-masing diatas dan dibawah, serta suatu zat padat tak aktif (inert) diatas penyangganya yang disebut packing. Adanya packing (bahan isian) didalam kolom absorbsi
akan menyebabkan terjadinya
hambatan terhadap aliran fluida yang melewati kolom. Akibatnya gas atau cairan
yang melewati akan mengalami pressure drop atau penurunan tekanan. Jika bahan isian yang digunakan tidak beraturan maka penurunan tekanan akan semakin besar.
Log ∆P vs Log Q pada Laju Alir Udara Kolom Kering 0.4 y = 0.9214x - 1.459 R² = 0.9947
Log ∆P (mmHg)
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Log Q (L/menit) Grafik 1. Hubungan antara Pressure Drop Udara dengan Laju Alir pada kolom kering
Log ∆P vs Log Q pada Laju Alir Udara Kolom Basah 1.6
Log ∆P (mmHg)
1.4 y = 3.0112x - 4.6794 R² = 0.9428
1.2 1 0.8
Kolom Basah
0.6
Linear (Kolom Basah)
0.4 0.2 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Log Q (L/menit) Grafik 2. Hubungan antara Pressure Drop Udara dengan Laju Alir pada kolom basah
Dari hasil percobaan yang telah dilakukan terlihat dalam grafik hubungan antara Log Q dan Log P baik dalam kolom kering maupun dalam kolom basah dengan Qair = 3 L/min berbanding lurus, berarti dalam hal ini semakin besar laju alir maka semakin besar perbedaan tekanan gas yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena ruang antar bahan pengisi yang semula dilewati gas menjadi lebih banyak dilewati cairan, sehingga akan menyebabkan terjadinya hold up (cairan yang terikat dalam ruangan ) bertambah. Akibatnya peningkatan laju alir cairan lebih lanjut akan menyebabkan terjadinya pengumpulan cairan diatas kolom. Selain itu kenaikan beda tekanan pada kolom basah lebih besar di bandingkan dengan tekanan yang terjadi pada kolom kering. Pada kolom basah ini terjadi karena disebabkan adanya pengaruh tekanan yang berasal dari air yang di alirkan ke dalam kolom absorpsi sehingga memungkinkan lebih besarnya tekanan yang dihasilkan dibandingkan pada kolom kering. Flooding point, yaitu pengumpulan cairan diatas kolom yang dapat disebabkan oleh laju alir gas terlalu besar dan prinsip kolom yang berlawanan terjadi pada saat q=90 L/menit. Operasi pada flooding point tidak akan menghasilkan perpindahan massa yang bagus. Sehingga untuk F2 yang ditentukan pada saat percobaan adalah = 70 L/menit. Selain itu, kemungkinan besar tidak adanya ruang laluan untuk zat cair sehingga lajunya terhambat dan akhirnya tidak menghasilkan perpindahan massa yang optimum. Selain itu kenaikan beda tekanan pada kolom basah lebih besar di bandingkan dengan tekanan yang terjadi pada karakteristik kolom kering. Pada kolom basah ini terjadi di sebabkan adanya pengaruh tekanan yang berasal dari air yang di alirkan ke dalam kolom absorpsi sehingga memungkinkan lebih besarnya tekanan yang dihasilkan dibandingkan pada kolom kering.
Waktu Vs Ga untuk HEMPL 0.0035 0.003
GA(gmol/s)
0.0025 0.002
3 4
0.0015
5
0.001 0.0005 0 0
10
20
30 40 Waktu(menit)
50
60
70
Grafik 3. Hubungan antara Waktu dengan Ga untuk HEMPL
Waktu Vs Ga untuk titrasi 0.00007 0.00006 Ga (gmol/s)
0.00005 0.00004
3
0.00003
4
0.00002
5
0.00001 0 0
10
20
30
40
50
60
70
Waktu (menit) Grafik 4. Hubungan antara Waktu dengan Ga untuk titrasi
Pada grafik Ga vs waktu baik untuk HEMPL maupun untuk titrasi terlihat garis yang tidak linier (naik-turun), dimana dalam teori hal ini sangat berbeda. Seharusnya nilai Ga semakin besar dengan bertambahnya waktu karena telah terjadi kontak antara CO2 dengan air dan semakin lamanya waktu kontak antara keduanya akan
menghasilkan serapan/ absorpsi yang lebih besar. Seperti yang kita ketahui, jika lama waktu kontak akan mempengaruhi absorbsi gas ke dalam cairan. Selama interval waktu operasi, konsentrasi NaOH akan bertambah sebanding mol CO2 yang diabsorpsi, dan konsentrasi Na2CO3 berkurang dua kali mol CO2 yang terabsorbsi, dan tekanan gas yang tinggal di dalam tabung HEMPL berkurang. Akibatnya, NaOH yang berada di dalam labu naik ke dalam saluran(V2) karena CO2 belum bereaksi dengan NaOH sehingga di peroleh nilai Ga yang naik-turun. Pada keadaan yang seharusnya terdapat hubungan linear antara data laju absorpsi CO2 dengan bertambahnya waktu karena semakin lamanya waktu kontak antara keduanya akan menghasilkan serapan/ absorpsi yang lebih besar. Seperti yang kita ketahui, jika lama waktu kontak akan mempengaruhi absorbsi gas ke dalam cairan. Namun kenyataannya, grafik yang dihasilkan mengalami tidak linear melainkan cenderung konstan di bagian tengah . Dari Hasil perhitungan laju absorpsi CO2 yang diperoleh dengan metode HEMPL tidak sama dengan laju yng diperoleh dengan metode titrasi. Dengan demikian pada praktikum absorpsi ini masih banyak terdapat kesalahan.
F3 VS N pada Laju Penyerapan CO2 (Ga) 0.0016
Ga (mol/detik)
0.0014
y = 0.0003x - 0.0003 R² = 0.7837
0.0012 0.001 0.0008
HEMPL
0.0006
Linear (HEMPL)
0.0004 0.0002 0 0
2
4
6
F3 (Liter/menit) Grafik 5. Hubungan antara F3 dengan N pada Laju Penyerapan CO 2 (Ga)
Hubungan antara F3 vs N pada laju absorbsi CO2 0.00007
N (Ga) (mol/detik)
0.00006
y = 1E-05x - 8E-06 R² = 0.9988
0.00005 0.00004 0.00003
Titrasi
0.00002
Linear (Titrasi)
0.00001 0 0
1
2
3
4
5
6
F3 (liter/menit) Grafik 6. Hubungan antara F3 dengan N pada Laju Absorbsi CO 2
Pada hubungan antara F3 dengan N pada laju penyerapan CO2 terlihat nilai N yang semakin besar dengan bertambahnya laju alir CO2, hal ini tidak sesuai dengan teori. Seharunya semakin tinggi laju alir udara maka semakin kecil laju absorpsi CO2, karena laju alir udara yang semakin tinggi maka transfer massa udara ke air akan semakin sedikit karena waktu tinggal ataupun waktu kontak akan semakin cepat sehingga komponen yang terabsorpsi ke air semakin sedikit. Pada grafik di atas terlihat dari laju alir udara 3 l/menit ke laju alir 5 l/menit mengalami peningkatan laju absorpsi CO2, seharusnya berbanding terbalik karena dimana semakin tinggi laju alir udara maka transfer massa udara ke air akan semakin sedikit karena waktu tinggal ataupun waktu kontak akan semakin cepat sehingga komponen yang terabsorpsi ke air semakin sedikit. Dengan demikian pada percobaan penentuan laju absorpsi CO2 dengan metode titrasi terdapat penyimpangan. Adapun faktor – faktor penyebab dari penyimpangan ini antara lain: -
Pengambilan sampel dilakukan pada kondisi operasi yang belum tunak.
-
Pengambilan sampel keluar dan masuk tidak dilakukan secara bersamaan.
-
Kesalahan paralaks dalam penentuan larutan telah netral saat ditiritasi.
-
Kesalahan paralaks dalam membaca skala kolom titrasi.
-
Kesalahan paralaks dalam membuat larutan yakni dalam menentukan jumlah air yang dibutuhkan untuk melarutkan NaOH.
IX.
KESIMPULAN Laju alir udara sebanding dengan perbedaan tekanan. Semakin besar laju alir maka semakin besar pula perbedaan tekanannya, jadi perubahan laju alir udara mempengaruhi beda tekanan yang dihasilkan dimana keduanya berbanding lurus. Pada kolom kering, penurunan tekanan (∆P) sebanding dengan peningkatan laju alir udara. Sedangkan, pada kolom basah (air dan udara dialirkan secara countercurrent), penurunan tekanan (∆P) sebanding dengan peningkatan laju alir udara. Semakin lama waktu kontak antara cairan dan gas CO2 maka gas CO2 yang terserap juga semakin besar. Dengan bertambahnya laju alir air, maka flooding semakin cepat terjadi.
DAFTAR PUSTAKA
Petunjuk praktikum. Satuan Operasi Teknik Kimia. PEDC. Bandung Mc-Cabe. Terjemahan : E. Jasifi . Operasi Teknik Kimia. Jilid 2. Erlangga. 1990 http://www.scribd.com/doc/56617279/Absorbsi-baru http://alexschemistry.blogspot.com/2013/03/laporan-operasi-teknik-kimiaabsorbsi.html
Laboratorium Satuan Operasi II Semester V 2012/2013
LAPORAN PRAKTIKUM
ABSORPSI
Pembimbing : Ir. Barlian H.S.,MT Tgl. Praktikum : 7 Oktober 2013 Nama Nim Kelas
: Winona T. E. Lappy : 331 11 025 : 3B
JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG 2013
