Kontraktor Gas Cair [PDF]

Citation preview

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