LAPORAN PRAKTIKUM Absorbsi [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM



ABSORPSI Pembimbing Kelompok Tgl praktikum Nama NIM Kelas



: Ir. Zulmanwardi, M.Si : III : 21 Maret 2013 : Astriny R. Paonganan : 432 11 017 : 2-D4



JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG 2013 A. TUJUAN PERCOBAAN  Menentukan penyerapan gas CO2 dengan air dan NaOH B. PERINCIAN KERJA  Menentukan konsentrasi CO2 yang tidak terserap dalam alat HEMPL.  Menentukan kadar CO2 didalam air dengan cara titrasi.



C. ALAT YANG DIGUNAKAN  Seperangkat peralatan absorbsi dengan kolom isian.  Gelas kimia 400 ml  Erlenmeyar asah 250 ml  Buret 50 ml  Labu semprot  Corong kaca  Gelas ukur



 Pipet ukur  Pipet volume  Bola isap D. BAHAN YANG DIGUNAKAN -



Indikator PP NaOH Aquadest



REAKSI



0,1 N dan 1 N



:



CO2 H2CO3



+ +



H2O NaOH



H2CO3 Na2CO3 + H2O



E. 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:



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 :



Ruas kanan persamaan diatas sulit untuk dipecahkan. Karena itu penentuan kog lebih mudah dipecahkan dengan persamaan : N tekanan



= laju absorpsi (mol/detik)



Pi = tekanan partikel gas CO2 masuk kolom (atm) Po= tekanan partikel gas CO2 keluar kolom (atm) N = jumlah CO2 yang terserap dengan alat HEMPL



Kog



luas bidang transfer



massa(m2)



x



a.A.H



x



rata-rata logaritma (atm)



selisih



A = luas spesifik packing/ unit volume. Pada percobaan ini dipakai bidang kontak 440 m2/m3. A.H = volume kolom berisi packing



Rasching ring dengan luas



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)



Fraksi gas CO2 didalam aliran gas keluar (Yo) 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 Atau N= (gmolCO2 terabsorpsi/ detik). 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. Secara Stoikhiometri dapat ditulis CO2 + H2 O H2CO3 Jika : Laju alir Vol. Larutan NaOH Konsentrasi NaOH



F1 L/detik V1 ml C1 M



VOL. Sampel



V2 ml



Maka konsentrasi CO2 didalam sampel : Fa Laju rata-rata CO yang terabsorpsi pada suatu periode:



 Absorpsi CO2 dengan menggunakan NaOH Secara stokiometri reaksi pada proses absorpsi 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 V 2 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.



F. PROSEDUR PENGERJAAN a. Menentukan penurunan tekanan aliran gas dalam kolom kering  Mengeringkan kolom dan isinya dengan jalan mengalirkan udara kedalam kolom lewat bagian bawah sehingga semua airnya keluar.  Mengalirkan udara dengan laju 80 l/menit (F 2)  Mencatat penurunan tekanan yang terjadi. b. Menentukan penurunan tekanan aliran gas dalam bentuk basah.  Mengalirkan udara kedalam kolom dengan laju alir 80 l/menit (F2).  Mengalirkan air kedalam kolom dengan laju alir 3 l/menit (F1)  Mencatat penurunan tekanan yang terjadi didalam kolom.  Mengulang percobaan dengan menurunkan laju alir air 2 l/menit c. Menentukan jumlah CO2 yang terserap denan metode titrasi  Menghidupkan pompa dan mengatur laju alir air didalam kolom pada 3 L/menit. (F1)  Menghidupkan kompresor udara dengan mengatur laju alirnya 80 L /menit (F2)



 Membuka dengan hati-hati regulator gas karbon dioksida dan mengatur pada laju alir 2 L/menit (F3)  Mengambil 20 ml untuk 0 menit dari tangki yang masuk  Setelah 15 menit, mengambil masing-masing 20 ml sampel dari tangki masuk dan sampel yang keluar dalam erlenmeyer asah  Menambahkan indikator PP kedalam sampel dan menitrasi dengan menggunakan NaOH 0,1 M hingga berwarna merah muda.  Mencatat volume NaOH 0,1 M yang digunakan  Melakukan percobaan masing-masing secara duplo  Mengulangi dengan selang waktu 20 menit selama 1 jam  Mengubah laju alir air 2 L/menit d. Cara menganalisa kadar CO2 dengan HEMPL  Mengisi bola tandom dibagian bawah alat HEMPL dengan larutan NaOH 1 N hingga tanda 0  Membilas tabung analisa HEMPL dengan jalan menarik piston dan membuang gas yang telah terisap ke atmosfir dengan volume 20 ml (V1)  Menutup semua saluran kedua atmosfer dan menghisap kembali campuran gas yang diisap yaitu 20 ml dan menutup saluran dari gas absorpsi  Mengembangkan tekanan didalam tabung dengan udara luar dengan jalan membuka dan menutup keran saluran buang ke atmosfir mengusahakan agar permukaan NaOH tetap pada tanda 0.  Mencatat kenaikan volume NaOH 1N setiap 20 menit pada variasi laju alir 3 dan 2 L/ menit selama masing-masing 1 jam dan mencatat pula perubahan tekanannya.



G. DATA PENGAMATAN 1. Q udara = 80 liter/menit Q air = 3 liter/menit Q CO2 = 2 liter/menit T ΔP No (menit) (cmH2O) 1 0 0,2 2 20 1,0 3 40 2,4 4 60 3,0 2. Q udara = 80 liter/menit Q air = 2 liter/menit



V1 (ml) 20 20 20 20



V2 (ml) 6,7 5,4 5,8 5,9



Volume Titrasi (ml) Vin Vout 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,2



Q CO2 No 1 2 3 4



= 2 liter/menit T ΔP (menit) (cmH2O) 0 3,0 20 3,2 40 1,8 60 0,4



V1 (ml) 20 20 20 20



V2 (ml) 5,9 6,2 6,1 5,8



Volume Titrasi (ml) Vin Vout 0,1 0,2 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 0,15



H. PERHITUNGAN Perhitungan untuk penetapan laju alir air 3 liter/menit pada t = 0 menit  Fraksi gas CO2 dalam aliran gas masuk (Yi) = 0,024  Fraksi gas CO2 dalam aliran gas keluar (Yo) Yo = V2/V1 = 6,7 ml / 20 ml = 0,335  Tekanan masuk (Pi) Pi = Yi. Pt Konversi satuan ΔP (cmH2O) ke mmHg ΔP = 0,2 cmH2O x = 0,147 mmHg Untuk Pt = ΔP x + 1 atm = 0,147 mmHg x + 1 atm = 1,00019 atm Sehingga, Pi = Yi. Pt = 0,024 x 1,00019 atm



= 0,0244 atm  Tekanan keluar (Po) Untuk Pt = 1,00019 atm dan Yo = 0,335 maka : Po = Yo. Pt = 0,335 x 1,00019 atm = 0,3351 atm  CO2 yang terserap dalam kolom (Fa) Fa L/menit = 38,349 L/menit 



N







= 1,541 gmol/menit = 1,541 gmol CO2/menit A







= 0,0044 m2 Untuk nilai a = 440 m2 H = 1,4 m Kog



= 4,826 gmol CO2 / m5.menit  Total CO2 yang terserap = Fa x t = 1,541 gmol CO2/menit x 0 menit = 0 gmol CO2 yang terserap  Penentuan nilai Cd  Umpan Masuk Cd = 0,0005 M = 0,0005 mol/liter  Umpan Keluar Cd = 0,001 M = 0,001 mol/liter  Penyerapan CO2 gas aliran masuk = Qair x Cd = 3 liter/menit x 0,0005 mol/liter = 1,5 x 10-3 mol/menit  Penyerapan CO2 gas aliran keluar = Qair x Cd = 3 liter/menit x 0,001 mol/liter = 3,0 x 10-3 mol/menit Perhitungan untuk penetapan laju alir air 2 liter/menit pada t = 0 menit  Fraksi gas CO2 dalam aliran gas masuk (Yi) = 0,024  Fraksi gas CO2 dalam aliran gas keluar (Yo)



Yo = V2/V1 = 5,9 ml / 20 ml = 0,295  Tekanan masuk (Pi) Pi = Yi. Pt Konversi satuan ΔP (cmH2O) ke mmHg ΔP = 3,0 cmH2O x = 2,206 mmHg Untuk Pt = ΔP x + 1 atm = 2,206 mmHg x + 1 atm = 1,00290 atm Sehingga, Pi = Yi. Pt = 0,024 x 1,00290 atm = 0,0241 atm  Tekanan keluar (Po) Untuk Pt = 1,00290 atm dan Yo = 0,295 maka : Po = Yo. Pt = 0,295 x 1,00290 atm = 0,2958 atm  CO2 yang terserap dalam kolom (Fa) Fa L/menit = 31,520 L/menit  N







= 1,267 gmol/menit = 1,267 gmol CO2/menit A = 0,0044 m2 Untuk nilai a = 440 m2 H = 1,4 m







Kog



= 4,346 gmol CO2 / m5.menit  Total CO2 yang terserap = Fa x t = 1,267 gmol CO2/menit x 0 menit = 0 gmol CO2 yang terserap  Penentuan nilai Cd  Umpan Masuk Cd = 0,0005 M = 0,0005 mol/liter  Umpan Keluar Cd = 0,001 M = 0,001 mol/liter



 Penyerapan CO2 gas aliran masuk = Qair x Cd = 3 liter/menit x 0,0005 mol/liter = 1,5 x 10-3 mol/menit  Penyerapan CO2 gas aliran keluar = Qair x Cd = 3 liter/menit x 0,001 mol/liter = 3,0 x 10-3 mol/menit



I.



PEMBAHASAN



Absorbsi 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. Adapun reaksi yang akan terjadi, yaitu : 2 NaOH + CO2  Na2CO3 + H2O Absorbsi yang dilakukan menggunakan larutan NaOH 0,1 N yang dialirkan ke dalam kolom dengan spray dan dengan kolom yang dilengkapi dengan packing. Ini bertujuan untuk memperluas permukaan kontak antara cairan dengan CO2. Sehingga didapatkan proses absorbsi yang optimal. Cairan mengalir dari bagian atas kolom, sedangkan gas CO 2 mengalir dari bagian bawah kolom. Di mana diketahui bahwa cairan (air) 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. Terdapat beberapa hal dapat dianalisa dari tabel hasil pengamatan dan perhitungan bahwa ada data yang menurun (tidak stabil) yaitu pada saat t = 40 menit untuk laju alir air = 2 liter/menit. Ini mungkin terjadi karena adanya salah satu katup/kran pada operasi alat kurang maksimal pengoperasiannya (kemungkinan ada yang bocor). Selain itu, juga telah terjadi flooding, yaitu pengumpulan cairan diatas kolom pada saat t = 20 menit untuk laju alir air = 3 liter/menit yang dapat disebabkan oleh laju alir gas terlalu besar dan prinsip kolom yang berlawanan. Selain itu, kemungkinan besar tidak adanya ruang laluan untuk zat cair sehingga lajunya terhambat dan akhirnya tidak menghasilkan perpindahan massa yang optimum. Adapun variabel yang digunakan pada percobaan ini adalah perbedaan waktu proses absorbsi, yaitu mulai t = 0 menit sampai t = 60 menit. Pengambilan sampel dilakukan setiap 20 menit sekali, dimana sampel pertama yang diambil adalah air yang belum mengalami proses absorbsi (tanpa CO2). Ketika dilakukan analisa untuk larutan sampel dan berdasarkan percobaan dan pengamatan, kadar CO2 yang terkandung dalam sampel mengalami peningkatan kadar CO2 (dengan alat HEMPL), sedangkan metode titrasi, penyerapan CO 2 tidak stabil karena telah terjadinya flooding. Sehingga dapat diperkirakan bahwa faktor-faktor yang kemungkinan dapat mempengaruhi proses absorpsi diantaranya adalah :  faktor tekanan yang diberikan oleh gas,  tinggi rendahnya laju alir yang diberikan oleh udara,  luas permukaan,



 waktu,  zat yang diabsorpsi itu sendiri, serta  faktor lain yang berperan.



J.



KESIMPULAN



 Kadar CO2 yang terserap dengan alat HEMPL sebagai berikut : Dengan laju alir air (Qair) = 2 L/menit dan 3 L/menit  Pada menit 0 = 0 L dan 0L  Pada menit 20 = 679,76 L dan 606,68 L  Pada menit 40 =1326,16 L dan 1228,84 L  Pada menit 60 =1843,26 L dan 1881,26 L  Kadar CO2 di dalam air dengan metode titrasi yaitu sebagai berikut : Dengan laju alir air (Qair) = 2 L/menit



In(Lmol/menit) Out(mol/menit) 0.001 0.002 0.001 0.002 0.001 0.001 0.001 0.0015 Dengan laju alir air (Qair) = 3 L/menit



In(Lmol/menit) 0.0015 0.0015 0.0015 0.0015



Out(mol/menit) 0.003 0.003 0.003 0.003



DAFTAR PUSTAKA  Petunjuk praktikum. Satuan Operasi Teknik Kimia. PEDC. Bandung  Mc-Cabe. Terjemahan : E. Jasifi . Operasi Teknik Kimia. Jilid 2. erlangga. 1990



Lampiran



Q udara = 80 liter/menit Q air = 3 liter/menit Q CO2 = 2 liter/menit



T



Yi



Yo



ΔP



Pt



Pi



Po



0



0.024



0.335



0.147



1.0002



0.024



0.3351



20



0.024



0.27



0.735



1.001



0.024



0.2703



40



0.024



0.29



1.765



1.0023



0.0241



0.2907



60



0.024



0.295



2.206



1.0029



0.0241



0.2959



Fa



N



Kog



38.349



1.5411



30.334



Cd



Penyerapan CO2



Total CO2 yang terserap



In



Out



In



Out



4.8258



0



0.0005



0.001



0.0015



0.003



1.219



4.4202



606.68



0.0005



0.001



0.0015



0.003



30.721



1.2346



4.254



1228.84



0.0005



0.001



0.0015



0.003



31.521



1.2667



4.3162



1891.26



0.0005



0.001



0.0015



0.003



Q udara = 80 liter/menit Q air = 2 liter/menit Q CO2 = 2 liter/menit



t



Yi



Yo



ΔP



Pt



Pi



Po



0



0.024



0.295



2.206



1.0029



0.02407



0.29586



20



0.024



0.31



2.353



1.0031



0.02407



0.31096



40



0.024



0.305



1.324



1.00174



0.02404



0.30553



60



0.024



0.29



0.294



1.00039



0.02401



0.29011



Fa



N



Kog



Total CO2 yang terserap



31.521



1.26673



4.31615



33.988



1.36587



33.154 30.721



Cd



Penyerapan CO2



In



Out



In



Out



0



0.0005



0.001



0.001



0.002



4.49685



679.76



0.0005



0.001



0.001



0.002



1.33236



4.43566



1326.16



0.0005



0.0005



0.001



0.001



1.23458



4.26222



1843.26



0.0005



0.00075



0.001



0.0015