Post on 26-Oct-2015
description
BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Apabila suatu sistem terdiri dari dua komponen atau lebih, dimana
konsentrasi masing – masing berbeda, maka ada kecenderungan massa untuk
berpindah secara alami dalam sistem. Perpindahan satu unsur dari konsentrasi
yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah disebut perpindahan massa.
Perpindahan massa merupakan peristiwa penting dalam proses industri, misalnya
dalam penghilangan polutan dari suatu aliran keluaran pabrik dengan absorpsi,
pemisahan gas dari air limbah, difusi neutron dalam reaktor nuklir dan lain-lain.
Absorpsi gas merupakan operasi dimana campuran gas dikontakkan dengan
liquid yang bertujuan untuk melewatkan suatu komposisi gas dan menghasilkan
larutan gas dalam liquid.
Mekanisme perpindahan massa terjadi seperti pada perpindahan panas,
tergantung pada gerakan yang terjadi dalam sistem. Mekanisme perpindahan
molekul di dapat dari studi teori kinetik gas dan cairan atau dari keadaan fisis
padatan.
Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas ke fase
liquid. Kecepatan larut gas dalam absorben liquid tergantung pada
kesetimbangan yang ada, karena itu diperlukan karakteristik kesetimbangan
sistem gas – liquid.
Absorpsi gas memiliki tujuan antara lain adalah untuk menghilangkan
komposisi tertentu campuran gas. Selain itu, dengan absorpsi dapat dihasilkan
larutan khusus, misalnya O2 murni.
1.2. Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menguji perbedaan tekanan udara
sepanjang kolom sebagai fungsi dari laju alir udara untuk beberapa laju alir yang
berbeda sepanjang kolom
1.3. Permasalahan
Yang menjadi permasalahan adalah adanya perbedaan laju alir udara dan
laju alir air terhadap perbedaan tekanan.
1.4. Hipotesa
Semakin tinggi debit udara atau air, maka semakin tinggi pula perbedaan
tekanannya.
1.5. Manfaat
Dengan melakukan percobaan ini, diketahui proses absorpsi gas oleh liquid
pada tipe packed absorber (OTK II) dan tipe falling film (OTK II) secara
langsung sehingga kita dapat membedakan dan dapat mengetahui kelebihan dan
kekurangan dari kedua tipe ini.
BAB I
TINJAUAN PUSTAKA
Absorbsi gas atau penyerapan gas (gas absorbtion) merupakan suatu operasi
dimana campuran gas dikontakkan dengan liquid yang bertujuan untuk melarutkan
satu atau lebih komponene gas sehingga terbentuk larutan gas dalam liquid. Sebagai
contoh gas dari produk coke dicuci dengan air untuk melepaskan ammonia, kemudian
dengan oil untuk melepaskan benzene dan toluene. Pada operasi, ini memerlukan
perpindahan massa substans dari aliran gas ke liquid. Ketika perpindahan massa
terjadi dengan arah yang berlawanan, misalnya dari liquid ke gas, maka operasi ini
disebut sebagai desorption atau stripping. Sebagai contoh, benzene dan toluene
dilepaskan dari oil absorbsi dengan mengontakkan larutan liquid dengan steam. Uap
akan masuk ke aliran gas dan dibawa keluar, kemudian oil absorbsi digunakan
kembali.
Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorbsi gas dan beberapa operasi
lain adalah menara isian. Peralatan ini terdiri dari sebuah kolom yang berbentuk
silinder, atau menara, yang diperlengkapi dengan pemasukkan gas dan ruang
distribusi pada bagian bawah, dimana pemasukkan zat cair dan distributornya pada
bagian atas, sedangkan pengeluaran gas dan zat cair masing-masing di atas dan di
bawah, serta suatu massa bentukan zat padat tidak aktif (inert) di atas penyangganya
yang disebut sebagai isian menara (tower packing). Penyangga ini harus mempunyai
fraksi ruang terbuka yang cukup besar, untuk mencegah terjadinya pembanjiran pada
piring penyangga itu. Zat cair yang masuk, yang boleh berupa pelarut murni atau
larutan encer zat terlarut di dalam pelarut, disebut cairan lemah (weak liquor),
didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada operasi yang ideal,
membasahi permukaan isian itu dengan seragam. Gas yang mengandung zat terlarut,
disebut gas kaya (strong liquor), masuk ke ruang pendistribusi yang terdapat di
bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah-celah antar isian, yang berlawanan
arah dengan aliran zat cair. Isian itu memberikan permukaan yang luas antara zat cair
dan gas dan membantu terjadinya kontak yang akrab antara kedua fase. Zat terlarut
yang ada di dalam gas kaya itu diserap oleh zat cair segar yang masuk ke dalam
menara.
Isian menara ini terbagi atas dua jenis yaitu yang diisikan dengan
mencurahkannya secara acak ke dalam menara, dan yang disusunkan ke dalam
menara dengan tangan. Isian curah terdiri dari satuan-satuan dengan dimensi utama ¼
sampai 3 inci, dimana isian yang ukurannya kurang dari 1 inci terutama dipakai
dalam kolom-kolom laboratorium atau instalasi percontohan (pilot plant). Satuan-
satuan isian yang disusun dengan tangan biasanya mempunyai ukuran antara 2
sampai kira-kira 8 m.
Berikut ini merupakan persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara
ialah :
Harus tidak bereaksi (kimia) dengan fluida di dalam menara.
Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat.
Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu
banyak zat cair yang terperangkap (hold up) atau menyebabkan penurunan
tekanan terlalu tinggi.
Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dan
gas.
Harus tidak terlalu mahal harganya.
Jadi kebanyakan isian menara terbuat dari bahan-bahan yang murah, tidak
bereaksi, dan ringan, seperti lempung, porselen dan berbagai jenis plastik. Kadang-
kadang ada juga yang mempergunakan cincin-cincin logam berdinding tipis, yang
terbuat dari baja atau aluminium. Ruang-ruang kosong dan laluan-laluan yang cukup
besar untuk lewatnya fluida dibuat dengan membuat isian itu berbentuk tak beraturan
atau bolong, sehingga mereka tersusun dalam suatu struktur terbuka dengan porositas
60 sampai 95 persen.
KONTAK ANTARA ZAT CAIR DAN GAS
Persyaratan kontak yang baik antara zat cair dan gas merupakan persyaratan
yang paling sulit dicapai, apalagi untuk menara yang besar. Secra ideal, zat cair
tersebut, setelah terdistribusi di atas isian, mengalir dalam bentuk film tipis ke seluruh
permukaan isian itu menuruni menara. Sesungguhnya film tersebut cenderung
menebal pada beberapa tempat dan menipis di tempat yang lain, sehingga zat cair
cenderung mengumpul menjadi arus-arus kecil dan mengalir melalui lintas-lintas
tertentu di dalam isian tersebut. Lebih-lebih pada laju aliran rendah, sebagian besar
permukaan mungkin kering, atau sedikitnya, diliputi oleh film zat cair stagnan. Efek
ini disebut dengan pengkanalan (channeling) dan merupakan menyebab utama dari
unjuk kerja yang kurang memuaskan pada menara isian yang berukuran besar.
Pengkanalan ini sangat berbahaya dalam menara isian yang menggunakan
isian-susunan, dan tidak terlalu berbahaya pada menara yang menggunakan isian-
curah yang terbuat dari zat padat. Dalam menara yang tinggi, yang diisi dengan isian
besar, pengaruh pengkanalan mungkin cukup berarti, sehingga untuk mencegahnya
dibuat fasilitas redistribusi zat cair setiap 10 atau 15 ft bagian isian.
Pada laju aliran zat cair rendah, betapapun baiknya pendistribusian awal zat
cair tersebut, sebagian permukaan isian itu tidak dibasahi oleh zat cair yang mengalir.
Jika laju aliran ditingkatkan, maka fraksi yang terbasahi bertambah pula, hingga
sampai pada laju kritis zat cair yang biasanya cukup tinggi, dimana seluruh
permukaan menjadi dapat terbasahi dan bekerja efektif.
LAJU ALIRAN PEMBATAS (Pembebanan dan Pembanjiran)
Dalam menara yang berisi isian tertentu dan yang dialiri dengan aliran zat cair
tertentu, terdapat suatu limit atas bagi aliran gas. Kecepatan gas yang sehubungan
dengan limit ini disebut kecepatan pembanjir (flooding velocity). Besarnya dapat
ditentukan dengan memeriksa hubungan antara penurunan tekanan melalui hamparan
isian, dengan laju aliran gas, atau dengan mengamati perangkapan (hold up) zat cair,
dan dari penampilan visual isian tersebut. Kecepatan pembanjir, sebagaimana
ditentukan dari ketiga efek di atas, agak berbeda-beda sesuai dengan metode
penentuannya, dan tampak lebih menyerupai suatu jangkauan kecepatan, dan bukan
merupakan suatu tetapan yang tegas.
SISTEM DUA KOMPONEN
Apabila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan liquid yang tidak mudah
menguap, yang akan larut sampai tercapai keadaan setimbang, konsentrasi yang
dihasilkan dari gas terlarut dalam liquid disebut gas solubility pada temperatur dan
tekanan yang ditentukan. Pada temperatur tetap, konsentrasi kelarutan akan
bertambah dengan kenaikan tekanan. Pada umumnya kelarutan gas akan menurun
apabila temperaturnya dinaikkan.
SISTEM MULTIKOMPONEN
Apabila campuran gas dikontakkan dengan liquid pada kondisi tertentu,
kelarutan setimbang gas akan tidak saling mempengaruhi. Kelarutan gas tersebut
dinyatakan dalam tekanan parsial dalam campuran gas. Apabila campuran gas ada
yang sukar larut, maka kelarutan gas ini tidak mempengaruhi kelarutan gas yang
mudah larut.
Pada beberapa komponen dalam campuran gas mudah larut dalam liquid, kelarutan
masing-masing gas tidak saling mempengaruhi karena sifat liquid, ini hanya terjadi
pada larutan ideal.
Karakteristik larutan ideal di antaranya adalah :
1. Gaya rata-rata tolak-menolak dan tarik-menarik dalam larutan tidak berubah
dalam campuran bahan.
2. Volume larutan berubah secara linear.
3. Pada pencampuran bahan tidak ada panas yang diserap maupun yang
dilepaskan.
4. Tekanan uap total larutan berubah secara linear dengan komposisi yang
dinyatakan sebagai fraksi mol.
Jika tujuan utama operasi absorbsi adalah untuk menghasilkan larutan spesifik
maka zat terlarut dikhususkan dengan hasilnya. Jika tujuan utama adalah untuk
melepaskan komponen dari gas, beberapa pilihan mungkin dilakukan. Water
merupakan pelarut yang paling murah.
Berikut ini merupakan sifat yang penting dalam menentukan pelarut untuk
absorbsi :
1. Kelarutan Gas
Kelarutan gas yang tinggi, menambah laju absorbsi dan mengurangi jumlah
solvent yang diperlukan. Secara umum, pelarut zat kimia dimana solute
diabsorb akan menghasilkan kelarutan yang baik. Reaksi kimia solvent
dengan solute akan menghasilkan kelarutan gas yang sangat besar, tetapi jika
solvent digunakan kembali setelah direcover maka reaksi harus reversible.
2. Volatility
Solvent seharusnya mempunyai tekanan uap yang rendah, karena gas yang
meninggalkan operasi absorbsi saturated dengan solvent. Jika liquid sedikit
volatile dapat digunakan untuk merecover zat yang teruapkan.
3. Corrosiveness
Konstruksi material yang diperlukan pada peralatan jangan yang mudah
mangalami korosi. Material merupakan peralatan yang tidak langka atau
mahal harganya.
4. Cost
Solvent seharusnya murah, sehingga biaya bukan pada solvent saja, dan
solvent seharusnya mudah didapat.
5. Viscosity
Viskositas yang rendah dipersiapkan untuk laju absorbsi yang rendah,
penurunan tekanan yang rendah pada pemompaan serta karakteristik
perpindahan massa yang baik.
6. Miscellaneous
Solvent jika mungkin seharusnya nontoxic (tidak beracun), tidak mudah
terbakar, dan stabil, serta mempunyai titik beku yang rendah.
Diameter pack absorbtion tower bergantung pada jumlah gas dan liquid yang
akan di proses, sifat-sifatnya, serta ratio antara aliran satu dengan yang lainnya.
Ketinggian tower, dan karena itu total volume packing, bergantung pada tingkat
perubahan konsentrasi dan pada perpindahan massa per satuan volume packed.
Pada saat gas yang kaya diumpan ke absorbtion tower, maka temperatur
dalam tower nerubah secara mencolok dari bottom ke top. Panas absorbsi solute
meningkatkan temperatur larutan, tetapi penguapan solvent cenderung menurunkan
temperatur. Biasanya, semua pangaruh merupakan kenaikan temperatur liquid, tetapi
kadang-kadang temperatur bergerak menjadi maksimum pada bottom column.
LAJU ABSORBSI
Laju absorbsi dapat dinyatakan dengan empat cara yang berbeda, yaitu dengan
menggunakan :
Koefisien individual
Koefisien menyeluruh atas dasar fase gas atau liquid
Koefisien volumetric
Koefisien per satuan luas
Pada kebanyakan perhitungan yang digunakan koefisien volumetric, karena koefisien
per satuan luas lebih sulit menentukannya dan juga karena tujuan perhitungan
rancang ialah menentukan volume total instalasi penyerap.
Berdasarkan kegunaan dari absorber, maka absorber dibagi menjadi :
1. Packed Tower
Merupakan tipe absorber yang banyan digunakan karena pressure drop aliran
gas yang rendah, cairan hold up yang kecil, lebih ekonomis dalam operasi
yang untuk menangani material yang sangat korosif, liquid yang berbuih,
tower yang diameternya besar, dan biaya column yang relatif murah.
2. Plate Tower
Dirancang untuk operasi absorbsi gas atau stripping gas yang memiliki
banyak persamaan untuk menurunkan angka. Perbedaannya terletak pada
pemisahan yang didasarkan pada pendistribusian berbagai substansi antara
fase gas dan liquid ketika seluruh komponen antara dua fase.
Plate tower digunakan untuk cairan yang kapasitasnya lebih besar tanpa
terjadinya flooding, dan mudah untuk dibersihkan.
Plate tower kadang-kadang merupakan pilihan yang lebih baik jika
dibandingkan dengan packed tower demi menghindari masalah distribusi zat
cair di dalam menara berdiameter besar dan demi mengurangi ketidakpastian
dalam pembesaran skala.
3. Stirred Tank
Digunakan pada system reaksi kimia dimana gas akan diabsorbsi terlebih
dahulu dan kemudian akan bereaksi dengan suatu komponen dengan larutan.
Alat ini memiliki kelebihan ketika reaksi berjalan dengan lambat, dalam hal
ini pada fase liquid, sehingga membutuhkan residence time yang lama
dibandingkan dengan waktu yang disediakan.
4. Sparged Tower
Mempunyai efisien dan massanya lebih rendah dibandingkan stirred tank.
5. Spray Chamber
Digunakan untuk skala besar dengan system dasarnya untuk mengalirkan SO2
dari boiler gas buangan yang dikeluarkan dari stasiun pembakaran batubara.
6. Venturi Scubber
Umumnya digunakan untuk mengalirkan bahan-bahan partikel dari aliran gas
ke penyerapan uap terlarut.
7. Failing Film Absorber
Tipe ini sangat cocok untuk skala besar atau komersil dimana panas yang
diperbolehkan selama absorbsi sangat tinggi.
BAB II
METODOLOGI
II.1 ALAT DAN BAHAN
1. Satu unit peralatan Gas Liquid Absorbtion Column.
2. Air
3. Udara
4.
II.2 PROSEDUR PERCOBAAN
1. Isi tangki penampung dengan air hingga penuh.
2. Hidupkan pompa air, sehingga didapat laju alir air yang berbeda-beda
(sesuai dengan petunjuk asisten)
3. Alirkan udara dari bawah dengan laju alir yang berbeda-beda (sesuai
dengan petunjuk asisten), tunggu sekitar 2 menit hingga stabil.
4. Catat beda tekanan udara sepanjang kolom basah sebagai fungsi laju
alir udara.
5. Catat perbedaan tekanan sepanjang kolom sebagai fungsi laju alir
udara untuk berbagai laju alir yang berbeda hingga 7 menit/liter.
6. perhatikan perubahan penampakan kolom pada setiap pergantian laju
alir.
HASIL PENGAMATAN
Q air (liter/menit) Q udara (liter/menit) P (mm)
2 20
40
60
80
100
4 20
40
60
80
100
6 20
40
60
80
100
LAPORAN TETAP
PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA II
OLEH : KELOMPOK I
SRIWAHDINI RAHMI 03023130020
MEGA GEMALA 03023130021
DWIMAYA AZWIR 03023130027
RUSMAYA NOVA 03023130029
EDRI 03023130037
DOSEN PENGASUH : Ir.H.A.R.FACHRY,M.Eng
LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA