Post on 04-Dec-2015
description
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Absorpsi adalah proses penyerapan pada seluruh permukaan bahan atau zat
yang berlangsung dalam suatu kolom atau absorber. Zat yang diserap disebut fase
terserap sedangkan yang menyerap disebut absorben kecuali zat padat. Absorben
dapat pula berupa zat cair karena itu absorpsi dapat terjadi antara zat cair dengan zat
cair atau gas dengan zat cair. Terjadinya proses absorpsi dipengaruhi oleh beberapa
faktor diantaranya yaitu:
- kemampuan pelarut yang digunakan sebagai absorben
- laju alir dari pelarut
- jenis atau tipe kolom yang digunakan
- kondisi operasi yang sesuai, dll
Di dalam suatu kolom absorber, gas yang akan diserap dialirkan pada bagian
bottom kolom, sedangkan liquid atau pelarut dialirkan pada bagian top kolom. Hal ini
disebabkan karena gas lebih ringan dan mudah menyebar daripada liquid, sehingga
kontak antara liquid dan gas akan berlangsung dengan baik dan juga mempengaruhi
banyaknya gas yang diserap oleh pelarut atau liquid.
Absorpsi dikelompokan menjadi:
1. Proses absorpsi yang berlangsung secara fisika terdiri dari absorpsi dan dekripsi.
2. Proses absorpsi yang berlangsung secara kimia, proses ini biasanya disertai oleh
reaksi kimia.
Perpindahan massa merupakan perpindahan satu unsur dari konsentrasi yang
lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah. Misalnya kita masukan gula ke dalam
secangkir kopi, dimana gula akan larut dan kemudian berdifusi secara seragam ke
dalam secangkir kopi tersebut.
1
Perpindahan massa merupakan proses 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.Absorpsi gas
merupakan operasi dimana campuran gas dikontakan dengan liquid yang bertujuan
untuk melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan menghasilkan larutan gas
dalam liquid.
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 sistem gas liquid.
I.2. Tujuan
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah:
1) Untuk mengetahui berapa banyak konsentrasi O2 yang terserap
2) Untuk menghitung koefisien perpindahan massa dalam fase liquid (kl)
3) Untuk mengetahui dan memahami proses kerja alat Wetted Wall Absorption
Column.
I.3. Permasalahan
Masalah dari percobaan ini adalah:
1) Bagaimanakah menentukan Re dan Sh dari data percobaan?
2) Bagaimanakah menentukan koefisien perpindahan massa dalam liquid?
3) Membandingkan nilai Sh vs Re pada masing-masing laju alir udara yaitu 2000
cc/min, 3000 cc/min, dan 4000 cc/min.
I.4. Hipotesis
Jika dilihat dari data yang diperoleh dapat diambil kesimpulan bahwa
besarnya O2 yang terserap dipengaruhi oleh kecepatan laju alir udara dan laju alir air
itu sendiri. Hal ini disebabkan karena semakin banyak udara yang masuk, maka
2
makin mudah penyerapan O2, juga dengan makin banyaknya air yang disuplai akan
menyebabkan luas bidang penyerapan bertambah sehingga memudahkan terjadiunya
penyerapan.
I.5. Manfaat
Manfaat dari penggunaan Wetted Wall Absorption Colomn dalam industri
diantaranya adalah:
1. Dapat mengetahui cara kerja alat wetted wall absorption secara lebih jelas.
2. Dapat menentukan nilai Sh dan nilai Re dari suatu senyawa dengan
menggunakan metode wetted wall absorption.
3. Dapat mengetahui hubungan antara Sh number dengan Re number dengan
melihat grafik.
4. Dapat membuktikan secara langsung bahwa memang benar terjadi peristiwa
absorpsi bila suatu gas dilewatkan pada suatu cairan.
BAB II
3
TINJAUAN PUSTAKA
Perpindahan massa yang terjadi dari suatu unsur yang berkonsentrasi tinggi ke
konsentrasi rendah dipengaruhi oleh ciri aliran liquid, seperti pada kasus heat
transfer, mekanisme perpindahan massa terjadi dengan cepat. Jika sejumlah
campuran gas yang terdiri dari dua jenis molekul atau lebih, di mana konsentrasi
masing-masing berbeda, maka masing-masing molekul ini cenderung menuju ke
komposisi yang sama ( seragam ). Proses ini terjadi secara alami. Perpindahan massa
makroskopis ini tidak tergantung pada konveksi dalam sistem. Proses ini
didefinisikan sebagai difusi molekul.
Pada persamaan perpindahan massa ditunjukkan hubungan antara flux dari
substant yang terdifusi dengan gradient konsentrasi.
JA,Z = -DAB
Di mana JA,Z merupakan molar flux pada Z, merupakan perubahan konsentrasi
serta DAB adalah difusitas massa atau koefisien difusitas komponen A yang terdifusi
melalui komponen B. Karena perpindahan massa atau difusi hanya terjadi dalam
campuran, maka pengaruh dari tiap komponen harus diperhitungkan. Misalnya untuk
mengetahui laju difusi dari setiap komponen relatif terhadap kecepatan campuran.
Kecepatan campuran harus dihitung dari kecepatan rata-rata tiap komponen.
Persamaan di atas dikenal dengan persamaan Hukum Frek’s ,dimana DAB adalah
koefisien difusivitas. Koefisien Difusivitas. Koefisien Difusivitas tergantung pada :
- Tekanan
- Temperatur
- Komposisi sistem
Koefisien Difusivitas masing-masing fase berbeda-beda. Koefisien difusivitas
untuk gas lebih tinggi, yaitu antara 5.10-6 – 10-5 m2/s ; untuk liquid 10-10 – 10-9 m2/s
dan untuk solid 10-14 – 10-10 m2/s.
4
Perpindahan massa konvektif termasuk perpindahan antara fluida yang
bergerak atau dua fluida yang bergerak yang tidak tercampur. Model ini tergantung
pada mekanisme perpindahan dan karakterisitk gerakan fluida. Persamaan laju
perpindahan massa konvektif sebagai berikut:
NA = k . A
Dimana, NA = Perpindahan massa molar zat A
A = Perbedaan konsentrasi antara permukaan dengan konsentrasi
rata-rata fluida.
k = Koefisien perpindahan massa konvektif
Mekanisme perpindahan massa antara permukaan dan fluida termasuk perpindahan
massa molekul melalui lapisan tipis fluida stagnan dan aliran laminer.
Beberapa operasi perpindahan massa yang termasuk difusi suatu komponen
gas ke suatu komponen yang tidak berdifusi antara lain adalah absorpsi dan
humidifikasi. Persamaan yang digunakan untuk menggambarkan koefisien
perpindahan massa konvektif adalah :
dimana:
NAZ = laju perpindahan molar
DAB = difusivitas
P = tekanan
R = konstanta gas
T = temperatur
Z = jarak
Persamaan ini diperoleh dari teori lapisan atau film theory, di mana gas
melewati permukaan liquid. Teori lapisan ini didasarkan pada model dimana tahanan
5
untuk berdifusi dari permukaan liquid ke aliran gas diasumsikan terjadi dalam suatu
stagnant film atau laminer film tebal .
Dengan kata lain menunjukkan tebal lapisan liquid.
Transfer Massa dari gas ke film falling liquid.
Transfer massa dalam wetted wall column
Kebanyakan data dari PM antara perm pipa dan aliran fluida telah ditentukan
dengan menggunakan wetted wall columns.Alasan mendasar untuk menggunakan
kolom-kolom ini untuk penyelidikan PM adalah untuk mengkontakkan luas area
antara 2 fase sehingga dapat dihitung dengan tepat.
Koefisien PM konvektif untuk falling liquid film dikorelasikan oleh vivian
dan peacemen dengan korelasi :
Dimana: Z = Panjang
DAB = Difusivitas massa antara komponen A dan B]
= Densitas liquid B
= Viskositas liquid B
g = Percepatan gravitasi
sc = Schmidt Number (dievaluasikan pada temp film liquid)
Re = Reynold number
Koefisien film liquid lebih rendah 10 sampai 20% daripada pers secara teoritis untuk
absorpsi dalam film laminer.
Pada wetted wall columns, liquid murni yang mudah menguap dialirkan ke
bawah di dalam permukaan pipa ciecular sementara itu gas ditiupkan dari atas atau
6
dari bawah melalui pusat inti pengukuran kelajuan penguapan liquid ke dalam aliran
gas diatas permukaan.
Untuk menghitung koefisien PM untuk fase gas, gunakan perbedaan gas-gas
dan liquid menghasilkan variasi untuk . Untuk itu, Sherwood dan Gilland
menetapkan nilai-nilai untuk Re dari 2000 sampai 35000, sc dari 0,6 sampai 2,5 dan
tekanan gas 0,1 sampai 3 atm.
Hubungan data-data tersebut secara empirik adalah :
dimana:
Sh = Sherwood number
Re = Reynold number
Sc = Schmidt number
Dalam beberapa operasi perpindahan massa, massa berubah antara dua fase.
Contohnya dalam peristiwa absorpsi. Salah satu alat yang digunakan untuk
mempelajari mekanisme yang terjadi dalam operasi perpindahan massa adalah wetted
wall column. Pada wettea-wall column, area kontak antara dua fase dibuat
sedemikian rupa. Dalam operasi ini aliran lapisan tipis liquid ( Thin Liquid Film)
sepanjang dinding kolom kontak dengan gas. Dalam percobaan ini gas yang
digunakan adalah udara biasa. Lama waktu kontak dengan gas dan liquid ini relatif
singkat selama operasinya normal. Karena hanya sejumlah kecil massa yang
terabsorpsi sedangkan liquid diasumsikan konstant ( tidak berubah ). Kecepatan
falling film sebenarnya tidak dipengaruhi oleh proses difusi. Pada proses ini terjadi
perpindahan massa dan perpindahan momentum.
Persamaan differensial untuk perpindahan momentum;
7
dimana:
= shear stress
= density
g = gravitasi
y = jarak
Persamaan untuk profil kecepatan;
dimana:
Vx = kecepatan arah x
= tebal film
= viskositas
Kecepatan maksimum;
dimana:
Vmax = kecepatan maximum
Absorpsi gas adalah operasi di mana campuran gas dikontakkan dengan liquid
untuk tujuan melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan menghasilkan larutan
gas dalam liguid. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas
ke liquid. Kecepatan larut gas dalam absorben liquid tergantung pada kesetimbangan
yang ada, karena itu diperlukan karakteristik kesetimbangan sistem gas-liquid.
Sistem Dua Komponen
Bila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan liquid yang tidak mudah
menguap, yang akan larut sampai tercapai keadaan setimbang. Konsentrasi gas yang
larut disebut kelarutan gas pada kondisi temperatur dan tekanan yang ada. Pada T
8
tetap, kelarutan gas akan bertambah bila P dinaikkan pada absorben yang sama. Gas
yang berbeda mempunyai kelarutan yang berbeda. Pada umumnya kelarutan gas akan
menurun bila T dinaikkan.
Sistem Multikomponen
Bila campuran gas dikontakkan dengan liquid pada kondisi tertentu, kelarutan
setimbang, gas tidak akan saling mempengaruhi kelarutan gas, yang dinyatakan
dalam tekanan parsiil dalam campuran gas. Bila dalam campuran gas ada gas 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 bila gas tidak dipengaruhi
oleh sifat liquid. Ini hanya terjadi pada larutan ideal.
Karakteristik larutan ideal yaitu:
1. Gaya rata-rata tolak menolak dan tarik menarik dalam larutan tidak berubah,
dalam campuran bahan, volume larutan berubah secara linear.
2. Pada pencampuran bahan tidak ada panas yang diserap maupun yang dilepaskan.
3. Tekanan uap total larutan berubah secara linear dengan komposisi.
Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorpsi gas dan beberapa operasi
lain ialah menara isian. Alat ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk sekunder atau
menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi pada bagian
bawah, pemasukan zat cair dan distributornya pada bagian atas, sedang pengeluaran
gas dan zat cair masing-masing pada bagian atas dan bagian bawah serta tower
packing. Penyangga itu harus mempunyai fraksi ruang terbuka yang cukup besar
untuk mencegah terjadinya pembanjiran pada piring penyangga itu. Zat cair yang
masuk disebut weak liquor berupa pelarut murni atau larutan encer zat terlarut di
dalam pelarut, didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada
operasi yang ideal membebaskan permukaan isian secara seragam. Gas yang
mengandung zat terlarut disebut fat gas, masuk ke ruang pendistribusian yang
9
terdapat di bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah-celah antara isian
berlawanan arah dengan aliran zat cair. Isian itu memberikan permukaan yang luas
untuk kontak zatcair dan gas serta membantu terjadinya kontak antara kedua fase.
Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah:
1. Harus tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara
2. Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat.
3. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak
zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi.
4. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dengan
gas.
5. Harus tidak terlalu mahal.
Prinsip-prinsip absorpsi tergantung pada banyaknya gas atau zat cair yang
akan diolah sifat-sifatnya, rasio antara kedua arus itu, tingkat perubahan konsentrasi
dan pada laju perpindahan massa persatuan volume isian. Laju optimum zat cair
untuk absorpsi didapatkan dengan menyeimbangkan biaya operasi untuk kedua unit
dan baiaya tetap untuk peralatan. Bila gas hanya diumpankan ke dalam menara
absorpsi, suhu di dalam menara itu berubah secara menyolok dari dasar menara ke
puncaknya. Kalor absorpsi zat terlarut menyebabkan naiknya suhu larutan,
penguapan pelarut cenderung menyebabkan suhu turun. Efeknya secara menyeluruh
ialah peningkatan suhu larutan, tetapi di dekat dasar kolom suhu itu bisa sampai
melewati maksimum. Bentuk profil suhu bergantung pada laju penyerapan zat
terlarut, penguapan dan kondensasi pelarut, serta perpindahan kalor antara kedua
fase.
Laju absorpsi dapat dinyatakan dengan 4 cara yang berbeda yaitu:
1. Menggunakan koefisien individual
2. Menggunakan koefisien menyeluruh atas dasar fase gas atau zat cair.
3. Menggunakan koefisien volumetrik.
4. Menggunakan koefisien persatuan luas.
10
BAB III
METODOLOGI
III.1 Waktu dan Tempat
Waktu : Rabu, 29 Oktober 2003
Tempat : Labolatorium Operasi Teknik Kimia
Jurusan Teknik Kimia – Universitas Sriwijaya
III.2. Alat dan bahan
A. Alat yang digunakan, yaitu :
1. kolom deoksigenator
2. pump
11
3. kompresor
4. sensor probe
5. tangki penampungan air
6. flowmeter udara
7. flowmeter air
B. Bahan yang digunakan, yaitu ;
1. air
2. udara
III.3. Prosedur Percobaan
Tekan tombol power lalu tekan tombol supply
Tekan tombol pump 1untuk mengalirkan air dari bak penampung ke kolom
deoksigenator
Atur flowmetter untuk air sesuai dengan laju alir yang ditetapkan
Bila kolom deoksigenator penuh dengan air, hidupkan pump 2 yang
berfungsi untuk menyedot air dan dialirkan ke flowmetter dan sensor probe
dimana alat ini digunakan untuk menghitung laju alir air dan O2 yang
terserap dari inlet.
Kemudian air akan mengalir ke puncak Wetted Wall Absorption Colomn
dan selanjutnya akan turun dari puncak ke dasar kolom secara laminer
yang berupa lapisan tipis (film)
Bersamaan dengan itu tekan tombol kompresor untuk mengalirkan udara
secara counter current ke dalam Wetted Wall Absorbtion Coloumn. Udara
yang dialirkan oleh kompresor sebelumnya masuk dalam flowmeter udara
untuk menghitung laju alir udara.
Kemudian air yang sudah bebas O2 masuk ke sensor probe untuk
menghitung O2 outlet. Dimana kedua alat ini dihubungkan dengan DO
meter.
12
BAB IVHASIL PENGAMATAN
DANPENGOLAHAN DATA
IV.1. Hasil Pengamatan
Laju Udara (cc/min)
Laju Air (cc/min)
Konsentrasi O2 in (mg/l)
Konsentrasi O2 out (mg/l)
1000
5090110140160180210
4.84.94.95.25.45.45.5
6.36.46.56.56.66.66.5
13
2000
5090110140160180210
5.65.75.75.96.06.06.1
5.85.95.95.97.07.17.2
3000
5090110140160180210
5.75.85.86.06.16.16.2
6.07.07.07.07.17.27.3
IV.2. Pengolahan Data
Untuk Laju udara 1000 cc/min
1. a. Konversi laju alir udara cc/min menjadi cm3/s
b. konversi laju alir cc/min menjadi kg/s
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
14
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
2. Menghitung ΔCLm (kg/m3)
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
15
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
3. Menghitung Wetted Wall Perimeter
4. Menghitung laju alir volumetrik air (kg/ms)
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
16
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
5. Menghitung Re
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
17
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
6. Menghitung Fluks massa
untuk 50 cc/min (0.83x10-3 kg/s)
untuk 90 cc/min (1.5x10-3 kg/s)
untuk 110 cc/min (1.83x10-3 kg/s)
untuk 140 cc/min ( )
untuk 160 cc/min (2.67x10-3 kg/s)
untuk 180 cc/min (3x10-3 kg/s)
18
untuk 210 cc/min ( )
7. Menghitung luas kolom
8. Menghitung koefisien perpindahan massa (KL, m/s)
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
19
untuk 210 cc/min
9. Menghitung Sherwood Number, Sh
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
20
Untuk Laju udara 2000 cc/min
1. a. konversi laju alir udara cc/min menjadi cm3/s
b. konversi laju alir air cc/min menjadi kg/s
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
2. Menghitung ΔCLm (kg/m3)
21
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
3. Menghitung Wetted Wall Perimeter
4. Menghitung laju alir volumetrik air (kg/ms)
22
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
5. Menghitung bilangan Reynold, Re
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
23
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
6. Menghitung Fluks massa
untuk 50 cc/min (0.83x10-3 kg/s)
untuk 90 cc/min (1.5x10-3 kg/s)
untuk 110 cc/min (1.83x10-3 kg/s)
untuk 140 cc/min ( )
24
untuk 160 cc/min (2.67x10-3 kg/s)
untuk 180 cc/min (3x10-3 kg/s)
untuk 210 cc/min ( )
7. Menghitung luas kolom
8. Menghitung koefisien perpindahan massa (KL, m/s)
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
25
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
9. Menghitung Sherwood Number, Sh
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
26
untuk 210 cc/min
Untuk Laju udara 3000 cc/min
1. a. Konversi laju alir udara cc/min menjadi cm3/s
b. konversi laju alir cc/min menjadi kg/s
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
27
2. Menghitung ΔCLm (kg/m3)
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
28
3. Menghitung Wetted Wall Perimeter
4. Menghitung laju alir volumetrik air (kg/ms)
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
29
5. Menghitung Re
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
6. Menghitung Fluks massa
untuk 50 cc/min (0.83x10-3 kg/s)
30
untuk 90 cc/min (1.5x10-3 kg/s)
untuk 110 cc/min (1.83x10-3 kg/s)
untuk 140 cc/min ( )
untuk 160 cc/min (2.67x10-3 kg/s)
untuk 180 cc/min (3x10-3 kg/s)
untuk 210 cc/min ( )
7. Menghitung luas kolom
8. Menghitung koefisien perpindahan massa (KL, m/s)
untuk 50 cc/min
31
untuk 90 cc/min
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
9. Menghitung Sherwood Number, Sh
untuk 50 cc/min
untuk 90 cc/min
32
untuk 110 cc/min
untuk 140 cc/min
untuk 160 cc/min
untuk 180 cc/min
untuk 210 cc/min
Hasil Perhitungan untuk laju alir udara 1000 cc/min
Laju alir air
(cc/min)
Δ CLM
(kg/m3)
Reynold
number
(Re)
Fluks massa
(J, kg/s)
Koef. PM
(KL, m/s)
Sherwood
Number (Sh)
50
90
110
140
160
180
210
5.516. 10-3
5.617. 10-3
5.662. 10-3
4.601. 10-3
5.979. 10-3
5.979. 10-3
5.986. 10-3
47.45
85.49
104.31
132.94
152.16
170.98
199.61
1.25. 10-3
2.25. 10-3
2.93. 10-3
3.03. 10-3
3.2. 10-3
3.6. 10-3
3.5. 10-3
3.295
5.825
7.586
9.577
7.783
8.756
8.503
2.89 . 107
5.10. 107
6.64. 107
8.39. 107
6.82. 107
7.67. 107
7.45. 107
Hasil Perhitungan untuk laju alir udara 2000 cc/min
33
Laju alir air
(cc/min)
Δ CLM
(kg/m3)
Reynold
number
(Re)
Fluks massa
(J, kg/s)
Koef. PM
(KL, m/s)
Sherwood
Number (Sh)
50
90
110
140
160
180
210
5.699. 10-3
5.799. 10-3
5.799. 10-3
0
6.487 . 10-3
6.535 . 10-3
6.635 . 10-3
47.45
85.49
104.31
132.94
152.16
170.98
199.61
0.166. 10-3
0.3. 10-3
0.366. 10-3
0
267 . 10-3
3.3. 10-3
3.85. 10-3
0.423
0.752
0.918
0
5.985
7.343
8.438
0.37 . 107
0.66 . 107
0.80 . 107
0
5.24 . 107
6.43 . 107
7.39 . 107
Hasil Perhitungan untuk laju alir udara 3000 cc/min
Laju alir air
(cc/min)
Δ CLM
(kg/m3)
Reynold
number
(Re)
Fluks massa
(J, kg/s)
Koef. PM
(KL, m/s)
Sherwood
Number (Sh)
50
90
110
140
160
180
210
6.281 . 10-3
6.381 . 10-3
6.381. 10-3
6.487 . 10-3
6.587 . 10-3
6.635 . 10-3
6.735 . 10-3
47.45
85.49
104.31
132.94
152.16
170.98
199.61
0.996 . 10-3
1.8 . 10-3
2.196 . 10-3
2.33 10-3
2.67 . 10-3
3.3. 10-3
3.85. 10-3
2.306
4.102
5.005
5.223
5.895
7.223
8.313
2.02 . 107
3.593 . 107
4.384 . 107
4.575 . 107
5.164 . 107
6.336 . 107
7.282 . 107
34
Mencari Persamaan Sheewood
Sh = a . Reb
Log Sh = log a + b log Re
Y = b + a X
Laju alir udara 1000 cc/min
No X= log Re Y= log Sh XY X2
1
2
3
4
5
6
7
1.68
1.93
2.02
2.12
2.18
2.23
2.30
7.46
7.71
7.82
7.92
7.83
7.88
7.87
12.533
14.880
15.796
16.790
17.069
17.572
18.101
2.822
3.725
4.080
4.494
4.752
4.973
5.290
Σ 14.46 54.49 112.743 30.136
35
maka :
b = A
= 0.686
log a = B
log a = 6.639
a = 2.34 x 106
Persamaan : Sh = 2.34 x 106 Re0.686
Laju alir udara 2000 cc/min
No X= log Re Y= log Sh XY X2
1
2
3
4
5
6
7
1.68
1.93
2.02
2.12
2.18
2.23
2.30
7.46
6.82
6.90
0
7.72
7.81
7.87
11.038
13.163
13.938
0
16.830
17.416
18.101
2.822
3.725
4.080
4.494
4.752
4.973
5.290
Σ 14.46 43.69 90.485 30.136
36
maka :
b = A
= 0.88
log a = B
log a = 4.424
a = 2.65 x 104
Persamaan : Sh = 2.65 x 104 Re0.88
Laju alir udara 3000 cc/min
No X= log Re Y= log Sh XY X2
1
2
3
4
1.68
1.93
2.02
2.12
7.31
7.56
7.64
7.66
12.281
14.591
15.433
16.239
2.822
3.725
4.080
4.494
37
5
6
7
2.18
2.23
2.30
7.71
7.80
7.86
16.808
17.394
18.078
4.752
4.973
5.290
Σ 14.46 53.54 110.823 30.136
maka :
b = A
= 0.846
log a = B
log a = 5.903
a = 7.99 x 105
Persamaan : Sh = 7.99 x 105 Re0.846
Laju alir udara 1000 cc/min
Persamaan grafik : Y = 2.34 x 106 X + 0.686
38
Laju alir udara 2000 cc/min
Persamaan grafik : Y = 2.65 x 104 X + 0.88
Laju alir udara 3000 cc/min
Persamaan grafik : Y = 7.99 x 105 X + 0.846
39
40
BAB V
PEMBAHASAN
Wetted wall absorption column adalah alat yang digunakan untuk mengamati
terbentuknya lapisan tipis film dari fluida yang mengalir dan terjadinya kontak
dengan udara dimana terjadi perpindahan massa dan perpindahan momentum secara
bersamaan. Dalam hal ini terjadi peristiwa difusi dimana gas diserap oleh fluida
sehingga fluida mengandung sejumlah gas dan fluida menguap ke dalam gas
sehingga gas juga mengandung sejumlah cairan. Peristiwa ini terjadi melalui suatu
lapisan tipis yang disebut lapisan film.
Dalam peristiwa ini juga terjadi absorpsi dimana terjadi perubahan bentuk
massa lapisan film yang terbentuk pada daerah yang dekat dengan permukaan kolom
sehingga aliran fluida akan laminer.
Setelah air masuk ke pompa 2 dan melalui debit air, air masuk ke sensor
probe 1. sensor probe merupakan alat untuk mengukur kadar O2 yang terkandung
dalam air sebelum air masuk ke kolom wetted wall tempat terjadinya absorpsi.
Setelah masuk, kompresor udara dihidupkan maka udara akan masuk ke dalam kolom
wetted wall melalui suatu penyaring udara sehingga tidak semua gas yang terkandung
dalam udara tersebut akan ikut masuk ke dalam kolom. Hal ini dimaksudkan agar
hanya O2 saja yang mengalir dalam kolom sehingga dapat diketahui perubahan kadar
O2 setelah terjadi kontak dengan fluida yang mengalir (dalam hal ini adalah air).
Perubahan kadar O2 diketahui dari fluida yang mengalir melalui sensor probe 2 yang
mengukur kadar O2 yang keluar dari kolom.
Pompa 1 berfungsi untuk menyedot air yang disuplai dalam bak air agar dapat
masuk ke dalam kolom deocsigenerator. Kolom ini berfungsi untuk mengurangi
kandungan O2 dalam fluida sebelum fluida tersebut dialirkan ke dalam kolom wetted
wall absorption. Selain itu kolom ini juga berfungsi sebagai penstabil fluida agar
1
fluida tersebut pada saat memasuki kolom wetted wall tidak memberikan gejolak
yang dapat mengganggu jalannya percobaan sehingga pada akhirnya akan
mempengaruhi hasil pengamatan.
Dari percobaan yang dilakukan dapat dilihat adanya perbedaan kadar O2 yang
masuk dan keluar dari kolom wetted wall. Perbedaan ini terjadi untuk semua laju alir
udara yang berbeda.
Hasil data yang diperoleh menunjukkan bahwa kadar O2 keluaran lebih besar
daripada kadar O2 pada inlet. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi penyerapan
oksigen (O2) oleh fluida (air) sehingga air yang keluar memiliki kadar iksigen yang
lebih besar.
Apabila flowrate udara dinaikkan dan flowrate air tetap, maka proses
penyerapan oksigen juga akan bertambah besar, hal ini dikarenakan oleh luas
permukaan air akan menjadi lebih besar sehingga kontak dengan udara akan
bertambah besar yang menyebabkan proses penyerapan oksigen menjadi lebih besar.
Pada laju alir air yang berbeda terdapat data yang sama, hal ini mungkin
disebabkan oleh kalibrasi angka pada alat pengukur kadar O2 (DOmeter) yang tidak
mencapai angka 100. Selain itu kemungkinan disebabkan oleh adanya kebocoran
pada alat, khususnya pada tabung deoksigenerator.
Kesalahan yang terjadi dalam percobaan ini adalah kurang telitinya dalam
pembacaan skala pada DOmeter (alatnya tidak berfungsi dengan baik) dan kurang
tepatnya meletakkan skala pada laju alir O2 dan laju alir air.
Dalam pelaksanaan percobaan ini alat percobaan mengalami gangguan
dimana penyaring udara menjadi basah oleh air yang mengalir turun dari kolom
wetted wall. Hal ini dapat mempengaruhi percobaan dimana hembusan udara yang
masuk ke dalam kolom wetted wall dapat berkurang karena penyaring yang basah
menyebabkan udara sulit melewati penyaring tersebut. Akibatnya O2 yang terserap
hanya sedikit sehingga kadar O2 keluaran tidak jauh berbeda dengan kadar O2 yang
masuk ke kolom absorpsi.
2
Pengukuran kadar O2 dilakukan setelah fluida mengalir dalam kolom wetted
wall dan membentuk lapisan film yang tipis dan kompresor udara dihidupkan. Untuk
mengukur kadar O2 ini harus ditunggu dahulu selama beberapa menit atau setidaknya
setelah 60 detik untuk memberi waktu pada O2 yang masuk untuk melalui saringan
udara khusus sampai O2 tersebut berkontrak dengan fluida.
Pada percobaan yang telah kami lakukan terlihat bahwa pembentukan lapisan
film pada kolom kurang sempurna. Kami berasumsi bahwa banyak faktor yang
menyebabkan hal ini terjadi, diantaranya:
a. Posisi kolom yang tidak tepat tegak lurus.
b. Dinding di dalam tabung dimana dilalui liquid sekaligus tempat terjadinya absorpsi
kurang begitu bersih.
c. Adanya kebocoran kolom deoksigenerator.
Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan diperoleh hubungan Reynold
number dengan Sherwood number adalah sebagai berikut :
a. Untuk laju alir udara 1000 cc/min : Sh = 2.34 x 106 Re0.686
b. Untuk laju alir udara 2000 cc/min : Sh = 2.65 x 104 Re0.88
c. Untuk laju alir udara 3000 cc/min : Sh = 7.99 x 105 Re0.846
Sedangkan secara teori diperoleh hubungan Reynold number dengan
Sherwood number adalah :
Dari rumus di atas dapat kita lihat bahwa nilai Sherwood number lebih kecil dari nilai
Reynold number. Nilai Sherwood number akan semakin besar apabila nilai Reynold
number kita tingkatkan [ rumus Re = ].
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
3
VI. 1. Kesimpulan
1. Absorpsi gas adalah suatu operasi dimana campuran gas dikontakkan dengan
liquid dengan tujuan untuk melewatkan suatu komposisi gas dan menghasil
larutan gas dalam liquid.
2. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas menuju fase
liquid.
3. Wetted wall absorption column merupakan alat yang digunakan untuk
membuktikan terjadinya proses absorpsi O2 oleh air yang ditandai dengan
terbentuknya lapisan film dan meningkatnya kadar O2 outlet pada air lebih
besar daripada inlet.
4. Proses penyerapan O2 oleh air dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya
laju alir air, laju alir udara, ketelitian alat yang digunakan dalam percobaan,
dan lain-lain.
5. Makin besar laju alir air maupun udara maka makin besar pula O2 yang
diserap oleh air.
VI. 2. Saran
Alat yang digunakan diharapkan dapat berfungsi sebagaimana mestinya
(kerusakan dapat diminimalisasi), untuk itu diperlukan sikap yang bertanggung jawab
dari kita sebagai praktikan dalam menggunakan alat tersebut, dalam arti bahwa kita
jangan sampai berbuat sesuka hati terhadap semua peralatan yang ada sehingga pada
akhirnya dapat menimbulkan kerusakan yang tentunya akan merugikan kita sendiri
sebagai praktikan.
DAFTAR PUSTAKA
1. Robert E. Treyball, 1987, “ Mass Transfer Operation, “ 3 rd edition, Mc. Graw
Hill Book Company, New York.
4
2. Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson, 1984, “Fundamental of Momentum, Heat,
and Mass Transfer “, 3rd edition, John Wiley & Sons Inc., New York
3. Perry, RH and Chiton, CH,1984, “ Chemical Engineering Hand Book, “ 7 th
edition, Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd. Tokyo.
4. Warren L. Mc. Cabe, Julian c. Smith, dan Peter Harriot, 1993 “ Operasi Teknik
Kimia “, Penerbit Erlangga, Jakarta.
GAMBAR ALAT
WETTED WALL ABSORPTION COLUMN
5
6