7 0 967 KB
MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
KONTAKTOR GAS CAIR (KGC)
Disusun oleh: Kevin Yonathan Rosa Citra Aprilia Dr. Mubiar Purwasasmita Dr. Retno Gumilang Dewi Dr. Ardiyan Harimawan
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2013
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
DAFTAR ISI DAFTAR ISI..............................................................................................................................2 DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 3 DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 4 BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 5 BAB II TUJUAN DAN SASARAN .......................................................................................... 6 2.1 Tujuan............................................................................................................................... 6 2.2 Sasaran ............................................................................................................................. 6 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 7 3.1 Skema Alat Percobaan ..................................................................................................... 7 3.2 Alat Pendukung ................................................................................................................ 8 3.3 Bahan/ Zat Kimia ............................................................................................................. 8 BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................... 9 4.1 Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa ................................................ 9 4.2 Pengukuran Beda Tekan, Volume Hold Up, dan Penentuan Rezim Aliran Multifasa .. 11 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 12 LAMPIRAN ............................................................................................................................. 13 A. Tabel Data Mentah ........................................................................................................ 13 A.1 Percobaan pada Kolom Counter Current ................................................................. 13 A.2 Percobaan pada Kolom Co-Current .......................................................................... 14 B. Prosedur Perhitungan .................................................................................................... 16 B.1 Kalibrasi Laju Alir Gas .............................................................................................. 16 B.3 Penentuan Fluks Massa Gas....................................................................................... 18 B.4 Penentuan Fluks Massa Cairan .................................................................................. 18 B.5 Penentuan Beda Tekan ............................................................................................... 18 B.6 Penentuan % Hold Up Cairan .................................................................................... 19 B.7 Perhitungan dengan Persamaan Burke-Plummer....................................................... 19 B.8 Perhitungan dengan Persamaan Blake-Kozeny ......................................................... 19 B.9 Perhitungan dengan Persamaan Ergun....................................................................... 20 C. Data Spesifikasi dan Literatur ........................................................................................ 20
KGC
C.1
Sifat fisik air .......................................................................................................... 20
C.2
Nilai konstanta lain ................................................................................................ 20 2
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. 1 Deformasi Fasa dalam Aliran pada Kontaktor Gas-Cair ................................................... 5 Gambar 3. 1 Skema alat percobaan.........................................................................................................7 Gambar 4. 1 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Gas...........................9 Gambar 4. 2 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Cair ......................... 10 Gambar 4. 3 Prosedur Percobaan Aliran Multifasa .............................................................................. 11
KGC
3
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
DAFTAR TABEL
Tabel A.1. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current.............................................. 13 Tabel A.1. 2 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current.............................................. 13 Tabel A.1. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Counter Current ........................... 14 Tabel A.2. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Co Current......................................................14 Tabel A.2. 2 Data penentuan laju alir cairan pada kolom Co Current .................................................. 15 Tabel A.2. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Co Current .................................... 15
KGC
4
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
BAB I PENDAHULUAN Reaktor 2 fasa gas-cair adalah contoh reaktor polifasa yang paling sederhana.Disebut polifasa karena reaktor tersebut terdiri dari 2 fasa yang dapat dibedakan secara jelas, termasuk fasa-fasa yang tidak saling melarut. Pada umumnya operasi/ proses indusrtri kimia berlangsung dengan kehadiran banyak fasa pada saat yang sama. Reaktor 2 fasa gas cair sering disebut reaktor bergelembung (bubble reactor) yang dapat beraliran searah atau berlawanan arah. Perbedaan antara aliran dua fasa dalam reaktor ini dengan aliran dispersi padatan sepereti sedimentasi, pertukaran ion, dan sebagainya adalah kemungkinan berubahnya ukuran gelembung gas sepanjang aliran. Praktikum Modul Kontaktor Gas Cair ini baru akan membahas sifat-sifat hidrodinamika dari aliran dua fasa. Hal baru dalam reaktor multifasa yang tidak pernah terjadi dalam reaktor homogen adalah distribusi ruang fasa-fasa yang terdiri dari gelembung, tetesan, film, lemberan, dan sebagainya. Distribusi ini terjadi karena gaya-gaya yang berperan, morfologi kolom, debit masing-masing fasa, dan sifat fluida yang bersangkutan. Berbagai jenis aliran yang dapat terjadi dalam aliran gas-cair searah ke atas dalam suatu kolom ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. 1 Deformasi Fasa dalam Aliran pada Kontaktor Gas-Cair
KGC
5
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
BAB II TUJUAN DAN SASARAN 2.1 Tujuan Tujuan pelaksanaan praktikum ini adalah untuk memahami karakteristik kontaktor sistem gas-cair khususnya hidrodinamika sistem 2 fasa.
2.2 Sasaran Sasaran yang harus dicapai pada akhir praktikum adalah praktikan dapat mengamati rejim aliran, mengukur hold-up, beda tekan untuk berbagai variasi laju alir gas dan cair. Membandingkan karakteristik di atas untuk ketiga alat utama.
KGC
6
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
BAB III RANCANGAN PERCOBAAN 3.1 Skema Alat Percobaan
Gambar 3. 1 Skema alat percobaan
Keterangan : 1. Packed Column (Co-current dan counter current) 2. Wet test meter 3. Tangki air 4. Rotameter air 5. Rotameter gas 6. Manometer
KGC
7
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
7. Gelas ukur L = aliran air G = aliran gas z = tinggi kolom D = diameter kolom
3.2 Alat Pendukung 1. Stopwatch 2. Wet test meter 3. Obeng
3.3 Bahan/ Zat Kimia 1. Udara 2. Air
KGC
8
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
BAB IV PROSEDUR KERJA 4.1 Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Kalibrasi aliran dilakukan untuk fasa gas dan cair dengan prosedur seperti ditampilkan pada gambar 4.1 dan 4.2 Mulai
Hubungkan selang output rotameter gas dengan wet test meter
Ulangi dengan variasi skala rotameter lain
Atur skala rotameter
Data skala rotameter
Ukur waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran jarum pada wet test meter
Volume udara dan waktu
Hubungkan kembali selang output rotameter dengan kolom
Ukur beda tekan
Beda tekan monofasa gas
Selesai
Gambar 4. 1 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Gas
KGC
9
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
Mulai
Alirkan air ke dalam kolom
Ulangi dengan variasi skala rotameter lain
Atur skala rotameter
Data skala rotameter
Tampung air keluaran kolom sebanyak 1 L dan catat waktunya
Volume air dan waktu
Ukur beda tekan
Beda tekan monofasa gas
Selesai
Gambar 4. 2 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Cair
KGC
10
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
4.2 Pengukuran Beda Tekan, Volume Hold Up, dan Penentuan Rezim Aliran Multifasa Prosedur percobaan aliran multifasa ditampilkan pada gambar 4.3 Mulai
Alirkan gas dan air ke dalam kolom
Ulangi dengan variasi skala rotameter lain
Atur skala rotameter untuk masing-masing aliran
Data skala rotameter
Ukur beda tekan dan amati rezim aliran di dalam kolom
Beda tekan dan rezim aliran multifasa
Matikan kedua aliran dan tampung air yang tersisa di kolom
Volume air hold up
Selesai
Gambar 4. 3 Prosedur Percobaan Aliran Multifasa
KGC
11
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
DAFTAR PUSTAKA Mc Cabe, W.L. Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd ed, McGraw-Hill Book Co., New York. 1993. pp. 455-457 Manual-manual oleh M. Purwasasmita:
Petunjuk Praktikum Kontaktor Gas-Cair, 1985
Menentukan Parameter Perpindahan Massa dalam Reaktor Gas-Cair dengan Metode Kimia, 1986
KGC
Modelisasi Aliran Dua Fasa, 1986
12
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
LAMPIRAN
A. Tabel Data Mentah A.1 Percobaan pada Kolom Counter Current A.1.1 Laju alir gas pada kolom Counter Current
Tabel A.1. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current
Skala
Volume (L)
Waktu (s)
1 2 3 4 ... n
A.1.2 Laju alir cairan pada kolom Counter Current
Tabel A.1. 2 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current
Skala
Volume (L)
Waktu (s)
1 2 3 4 ... n
KGC
13
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
A.1.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Counter Current
Tabel A.1. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Counter Current
Skala Rotameter Gas (G)
Cair (L)
Δh
Liquid Hold
Rejim
(cmH2O)
Up (mL)
Aliran
1 2
1
... n 1 2
2
... n 1 2
...
... n 1 2
n
... n
A.2 Percobaan pada Kolom Co-Current A.2.1 Laju alir gas pada kolom Co-Current Tabel A.2. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Co Current
Skala
Volume (L)
Waktu (s)
1 2 3 4 ... n
KGC
14
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
A.2.2 Laju alir cairan pada kolom Co-Current
Tabel A.2. 2 Data penentuan laju alir cairan pada kolom Co Current
Skala
Volume (L)
Waktu (s)
1 2 3 4 ... n
A.2.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Co-Current
Tabel A.2. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Co Current
Skala Rotameter Gas (G)
Cair (L)
Δh
Liquid Hold
Rejim
(cmH2O)
Up (mL)
Aliran
1 1
2 ... n 1
2
2 ... n 1
...
2 ... n 1
n
2 ... n
KGC
15
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
B. Prosedur Perhitungan
B.1 Kalibrasi Laju Alir Gas Dari data kalibrasi laju alir gas didapat hubungan antara skala gas, volume gas, dan waktu alir. Dengan persamaan:
didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier. Misalkan didapat data:
Skala G
Volume (L)
Waktu (s) Q (L/s)
5
2
27,34
0,073
10
2
12,83
0,156
15
2
8,49
0,236
20
2
6,27
0,319
25
2
5,03
0,398
30
2
4,14
0,483
35
2
3,5
0,571
40
2
3,08
0,649
Hasil pengaluran kurva kalibrasi Qskala terhadap Qnyata adalah:
KGC
16
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
Maka diperoleh persamaan: Qnyata = 0,0165 Qskala – 0,0107 Jika skala Q = 3, maka laju alir gas nyata dalam L/s adalah: Qnyata = 0,0165 x 3 – 0,0107 = 0,0388 L/s
B.2 Kalibrasi Laju Alir Cairan Dari data kalibrasi laju alir cairan didapat hubungan antara skala cairan, volume cairan, dan waktu alir. Dengan persamaan:
didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier. Misalkan didapat data: Q skala
Volume (L)
Waktu (s)
Q (L/s)
62
0,17
5,39
0,032
66
0,17
4,98
0,034
74
0,17
4,18
0,041
76
0,17
4,11
0,041
80
0,17
3,44
0,049
84
0,17
3,13
0,054
88
0,17
2,9
0,059
92
0,17
2,77
0,061
98
0,17
2,5
0,068
Hasil pengaluran kurva kalibrasi Qskala terhadap Qnyata adalah:
KGC
17
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
Maka diperoleh persamaan: Qnyata = 0,0011 Qskala – 0,0363 Jika Skala Q = 60, maka laju alir cairan nyata dalam L/s adalah: Qnyata = 0,0011 *60 – 0,0363 = 0,0297 L/s
B.3 Penentuan Fluks Massa Gas Persamaan yang digunakan:
dimana: ρG = densitas udara, QG = laju alir volumtrik udara, A = luas penampang kolom Maka untuk QG = 0,0388 L/s, diperoleh:
B.4 Penentuan Fluks Massa Cairan
dimana: ρL = densitas cairan, QL = laju alir volumtrik cairan, A = luas penampang kolom Maka untuk QL = 0,0297 L/s diperoleh:
L = 21,343 kg/m3.s
B.5 Penentuan Beda Tekan Persamaan yang digunakan: ΔP =
KGC
Δh
18
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
dimana: ΔP = beda tekan ρL = densitas cairan (air) g = percepatan gravitasi Δh = selisih ketinggian cairan pada manometer Jika diketahui ρL (pada T percobaan) = 996,757 kg/m3 g = 9,8 m/s2 Δh (yang terukur saat praktikum) = 7,4 cm Maka:
B.6 Penentuan % Hold Up Cairan
Jika pada kolom dengan volume keseluruhan 2 L setelah laju alir gas dimatikan diperoleh cairan yang tertinggal didalam kolom 860 mL. Maka :
B.7 Perhitungan dengan Persamaan Burke-Plummer
Dimana: P0-PL = beda tekan L = panjang kolom hB = konstanta Burke-Plummer ρ = densitas aliran v0 = kecepatan superfisial aliran ε = porositas unggun
B.8 Perhitungan dengan Persamaan Blake-Kozeny
KGC
19
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
P0-PL = beda tekan L = panjang kolom hB = konstanta Burke-Plummer μ = viskositas aliran v0 = kecepatan superfisial aliran ε = porositas unggun
B.9 Perhitungan dengan Persamaan Ergun (
)
C. Data Spesifikasi dan Literatur
C.1
Sifat fisik air
(sumber : Geankoplis, C. J., 1993, Transport Process and Unit Operations, 3rd ed., New Jersey : Prentice-Hall. hal. 862.)
C.2
Nilai konstanta lain
g (percepatan gravitasi)
= 9.8 m/s2
ρ raksa
= 13.5 kg/m3
Mr udara
= 28.97 g/mol
R (konstanta gas)
= 8314.34 m3.Pa/kg mol K
KGC
20
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA Telp. 022-2500959 Faks. 022-2501438 http://che.itb.ac.id/labtek
LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA
Prosedur Operasi Alat Percobaan dan MSDS Operation Procedure of Experimental Setup and MSDS Judul Modul Dosen Pembimbing Asisten Modul
No
KGC / Kontaktor Gas Cair Dr. Mubiar Purwasasmita Dr. Retno Gumilang Dewi Rosa Citra Aprilia 13010089 Kevin Yonathan 13010084
Bahan
Sifat Bahan
1
Air (H2O)
Liquid, tidak berbau, dan tidak berwarna
2
Udara
Gas, tidak berbau, dan tidak berwarna
BM = 18.02 g/mol pH = 7 o BP = 100 C Tekanan Uap = 2.3 kPa 3 Densitas = 0.62 kg/m BM = 46 g/mol o BP = -194.3 C o MP = -216.2 C 3 Densitas = 1.59 kg/m
Tindakan Penanggulangan Tidak perlu penanganan khusus
Tidak perlu penanganan khusus
Kecelakaan yang mungkin terjadi Terpeleset akibat genangan air saat menampung air untuk mengukur hold up pada masing-masing kolom
Penanggulangan Pastikan semua sambungan selang terpasang dengan baik dan benar dan keran tertutup rapat sehingga tidak ada air yang bocor dan menggenang. Bersihkan apabila terjadi genangan air
Luapan air yang terjadi akibat skala laju alir udara yang terlalu besar (kolom countercurrent) Perlengkapan keselamatan kerja
Pastikan laju alir udara yang dipasang tidak terlalu besar sehingga tidak terjadi perbedaan yang jauh terhadap laju alir air
Jaslab
KGC
Goggle
21
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Pengecekan Alat Pastikan sambungan selang pada alat tersambung dengan baik Pastikan selang untuk mengalirkan udara dan air dari penyuplai ke dalam kolom terpasang dengan baik Pastikan listrik pada pompa dan kompresor terhubung dengan baik
Pasca Percobaan Tutup semua saluran air dan udara Bersihkan genangan air Putus hubungan listrik pada pompa dan kompresoe Buang semua air dalam tangki
KGC
Kontaktor Gas Cair
Kalibrasi Laju Alir Udara dan Air Pastikan selang untuk mengalirkan udara ke dalam kolom terpasang dengan baik Berhati-hati dalam mengalirkan udara, dapat menyebabkan ledakan
Percobaan Usahakan selang penyuplai udara dan air ke kolom terpasang rapat agar tidak terjadi ledakan atupun genangan air
22
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia
Kontaktor Gas Cair
Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Semester I-2013/2014 Nama modul / Kode modul
: Kontaktor Gas Cair / KGC
Asisten Modul
: Rosa Citra Aprilia/Kevin Yonathan
Dosen Pembimbing
: Dr. Mubiar Purwasasmita/Dr. Retno Gumilang Dewi
Masalah yang terjadi : 1. Perubahan tekanan yang terbaca sangat kecil disebabkan oleh manometer yang kurang sensitif. 2. Udara atau air masuk ke manometer sehingga manometer tersumbat dan tidak dapat membaca tekanan dengan akurat atau bahkan tekanan tidak terbaca sama sekali.
KGC
23