BAB I

PENDAHULUAN

1.1. 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:

1) kemampuan pelarut yang digunakan sebagai absorben

2) laju alir dari pelarut

3) jenis atau tipe kolom yang digunakan

4) kondisi operasi yang sesuai, dll

Di dalam suatu kolom absorber, gas yang akan diserap dialirkan pada

bagian bawah kolom, sedangkan likuid atau pelarut dialirkan pada bagian atas

kolom. Hal ini disebabkan karena gas lebih ringan dan mudah menyebar daripada

likuid, sehingga kontak antara likuid dan gas akan berlangsung dengan baik dan

juga mempengaruhi banyaknya gas yang diserap oleh pelarut atau likuid.

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.

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 likuid

yang bertujuan untuk melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan

menghasilkan larutan gas dalam likuid.

Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas ke fase

likuid. Kecepatan larut gas dalam absorben likuid tergantung pada kesetimbangan

yang ada, karena itu diperlukan karakteristik sistem gas likuid.

1.2. Tujuan

Adapun tujuan dari percobaan ini adalah:

1) Untuk mengetahui berapa banyak konsentrasi O2 yang terserap

2) Untuk menghitung koefisien perpindahan massa dalam fase likuid (kl)

3) Untuk mengetahui dan memahami proses kerja alat Wetted Wall Absorption

Column.

1.3. Permasalahan

Masalah dari percobaan ini adalah :

1) Bagaimanakah menentukan Re dan Sh dari data percobaan?

2) Bagaimanakah menentukan koefisien perpindahan massa dalam likuid?

3) Membandingkan nilai Sh vs Re pada masing-masing laju alir udara yaitu 2000

cc/min, 3000 cc/min, dan 4000 cc/min.

1.4. 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 makin mudah penyerapan O2, juga dengan makin banyaknya air yang

disuplai akan menyebabkan luas bidang penyerapan bertambah sehingga

memudahkan terjadinya penyerapan.

1.5. 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

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Absorpsi

Absorpsi adalah proses penyerapan gas melalui seluruh permukaan zat cair

(absorbent). Secara umum absorpsi dikelompokkan menjadi 2 bagian, yaitu :

1. Absorpsi fisika

Absorpsi fisika disebabkan oleh gaya Van der Wall yang ada di permukaan

absorbent. Panas absorpsinya rendah dan lapisan yang terbentuk pada

permukaan absorbent lebih dari satu lapis

2. Absorpsi kimia

Absorpsi kimia terjadi karena reaksi antara zat yang diserap dengan

absorbent. Panas penyerapannya tinggi dan lapisan yang terbentuk pada

permukaan absorbent hanya satu lapis.

Suatu proses dimana terjadi suatu perpindahan suatu unsur pokok dari

daerah yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah dinamakan perpindahan

massa. Perpindahan massa yang terjadi dari suatu unsur yang berkonsentrasi

tinggi ke konsentrasi rendah dipengaruhi oleh ciri aliran likuid, 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

dτ A

dZ

dimana :

JA,Z = molar flux pada Z

dτ A

dZ = perubahan konsentrasi

DAB = 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 tergantung pada :

1) Tekanan

2) Temperatur

3) 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.

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 :

N A ,Z=DAB . P

RT (Z2−Z1 )PA 1−PA 2

LnPB

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 likuid. Teori lapisan ini didasarkan pada model dimana

tahanan untuk berdifusi dari permukaan likuid ke aliran gas diasumsikan terjadi

dalam suatu lapisan stagnant atau lapisan laminer tebal . Dengan kata lain

menunjukkan tebal lapisan likuid. Transfer Massa dari gas ke film falling liquid.

Transfer massa dalam wetted wall column.

Koefisien film likuid lebih rendah 10 sampai 20% dari pada persamaan

secara teoritis untuk absorpsi dalam aliran laminer.

Pada wetted wall columns, likuid murni yang mudah menguap dialirkan ke

bawah di dalam permukaan pipa ciecular sementara itu gas ditiupkan dari atas

atau dari bawah melalui pusat inti pengukuran kelajuan penguapan likuid ke

dalam aliran gas diatas permukaan.

Untuk menghitung koefisien perpindahan massa untuk fase gas, gunakan

perbedaan gas-gas dan likuid menghasilkan variasi untuk . Untuk itu, Sherwood

dan Gilland menetapkan nilai-nilai untuk i 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 :

shav=0 , 023 Re0, 83 sc13

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 wetted-wall column, area kontak antara dua fase dibuat

sedemikian rupa. Dalam operasi ini aliran lapisan tipis likuid ( Thin Liquid Film)

sepanjang dinding kolom kontak dengan gas. Dalam percobaan ini gas yang

digunakan adalah udara biasa. Lama waktu kontak dengan gas dan likuid ini

relatif singkat selama operasinya normal. Karena hanya sejumlah kecil massa

yang terserap sedangkan likuid diasumsikan constant ( 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;

dτ yx

dy+ρg=0

dimana :

= shear stress

= density

g = gravitasi

y = jarak

Persamaan untuk profil kecepatan :

V x=ρgδ2

μ [ y6−1

2 ( yδ )

2 ]dimana :

Vx = kecepatan arah x

= tebal lapisan

= viskositas

Kecepatan maksimum :

V max=ρgδ 2

2 μ

dimana:

Vmax = kecepatan maximum

= density

g = gravitasi

= tebal lapisan

= viskositas

Absorpsi gas adalah operasi di mana campuran gas dikontakkan dengan

likuid untuk tujuan melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan menghasilkan

larutan gas dalam likuid. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari

fase gas ke likuid. Kecepatan larut gas dalam absorbent liquid tergantung pada

kesetimbangan yang ada, karena itu diperlukan karakteristik kesetimbangan

sistem gas-likuid.

2.1.1 Sistem Dua Komponen

Bila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan likuid 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 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.

2.1.2 Sistem Multikomponen

Bila campuran gas dikontakkan dengan likuid 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 likuid, kelarutan masing-masing gas tidak saling mempengaruhi bila gas

tidak dipengaruhi oleh sifat likuid. 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 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

2.2 Tipe-tipe Kolom Absorpsi

Dalam perhitungan ukuran Tower Absorpsi, satu faktor yang sangat penting

adalah nilai koefisien transfer atau tinggi unit transfer. Sementara itu kecepatan

aliran total gas dan cairan akan ditentukan oleh proses, hal ini penting untuk

menentukan aliran yang cocok per unit area yang melalui kolom. Aliran gas

dibatasi dengan tidak boleh melebihi kecepatan flooding, dan akan ada hasil drop

jika kecepatan cairan sangat rendah. Hal ini cocok untuk menguji pengaruh

kecepatan aliran gas dan cairan pada koefisien transfer, dan juga dalam

menyelidiki pengaruh variable, seperti: temperatur, tekanan, dan diffusitivity.

Operasi perpindahan massa dilaksanakan di dalam tower yang di desain

untuk kotak dua fase peralatan ini diklasifikasi ke dalam 4 tipe utama yang

metodenya digunakan untuk menghasilkan kontak interfase, yaitu :

1. Spray tower

Spray tower terdiri dari chamber besar dimana gas mengalir dan masuk

serta kontak dengan likuid di dalam spray nozzles. Spray nozzles didesain untuk

aliran likuid yang mempunyai bilangan pressure drop besar maupun kecil, untuk

aliran likuid yang mempunyai laju alir yang kecil maka cross area kontaknya

harus besar. Laju aliran yang mempunyai drop falls menentukan waktu kontak

dan sirkulasinya. Serta influensasi mass transfer antara dua fase dan harus kontak

terus-menerus. Hambatan pada transfer yaitu pada fase gas dikurangi dengan

gerakan swirling dari falling liquid droplets.

Spray tower digunakan untuk transfer massa larutan gas yang tinggi

dimana dikontrol laju perpindahan massa secara normal pada fase gas. Untuk

ketinggian yang rendah, efisiensi ruang spray kira-kira mendekati packed tower,

tetapi untuk ketinggian yang melebihi 4 ft efisiensi spray tower turun dengan

cepat. Sedangkan kemungkinan berlakunya interfase aktif yang sangat besar

dengan terjadinya sedikit penurunan, pada prakteknya ditemukan

ketidakmungkinan untuk mencegah hubungan ini, dan selama permukaan

interfase efektif berkurang dengan ketinggian, dan spray tower tidak digunakan

secara luas.

2. Bubble Tower

Pada bubble tower ini gas terdispersi menjadi fase likuid didalam fine

bubble. Small gas bubble menentukan luas area. Kontak perpindahan massa

terjadi didalam bubble formation dan bubble rise up melalui likuid. Gerakan

bubble mengurangi hambatan liquid-phase. Bubble tower digunakan dengan

sistem dimana pengontrolan laju dari perpindahan massa pada phase liquid yang

absorpsinya adalah relatif fase gas. Gambar ini menunjukkan panjang kontak dan

aliran fase mengalir didalam Bubble tower.

Gambar Buble Cap Tray pada Diameter Column yang Besar

Mekanisme dasar perpindahan massa terjadi didalam bubble tower dan juga

alirannya counter didalam tank bubble batch dimana gas ini terdispensi didalam

bottom tank.

3. Packed Column

Keuntungan dari penggunaan packed column :

1) Pressure drop aliran gas rendah.

2) Dapat lebih ekonomis dalam operasi cairan korosif karena ditahan untuk

packing keramik.

3) Biaya column dapat lebih murah dari phase column pada ukuran diameter yang

sama.

4) Cairan hold up kecil.

4. Plate column

Penggunaan plate column lebih luas bila dibandingkan dengan packed

column secara khusus untuk destilasi. Keuntungan dari plate column adalah:

1) Menyiapkan kontak lebih positif antara dua phase liquid.

2) Dapat mengatur cairan lebih besar tanpa terjadi floading.

3) Lebih mudah dibersihkan.

5. Wetted-Wall Coloumn

Dalam laboratorium, Wetted-Wall Coloum telah digunakan oleh sejumlah

pekerja dan mereka telah membuktikan pentingnya menentukan berbagai faktor,

dan mengadakan basis dari hubungan yang telah dikembangkan untuk Packed

Tower.

Gambar Diagram khusus Wetted-Wall Coloumn 1 in.

2.3 Penggunaan Absorpsi

Absorpsi gas oleh zat padat digunakan pada gas masker. Alat ini berisi

arang halus, yang berfungsi menyerap gas-gas yang tidak diinginkan, misalnya

gas racun. Arang halus juga dipakai untuk membuat vakum, dengan temperature

yang rendah dapat dibuat vakum sampai 10-4 mm.

Grafit banyak dipakai sebagai pelumas karena molekulnya yang pipih

hingga mudah bergeser terhadap satu sama lain. Namun ternyata, bahwa pada

temperatur yang tinggi sifat pelumas grafit sangat berkurang dan kembali lagi bila

temperatur direndahkan. Dalam analisis kimia kadang-kadang diperoleh

kesukaran karena adanya daya serap dari beberapa endapan terhadap ion-ion

dalam larutan.

2.4 Absorbsi Dengan Reaksi Kimia

Proses absorbsi di berbagai industri diikuti dengan reaksi kimia. Reaksi di

dalam komponen absorbsi dengan reagent dalam cairan absorben secara umum.

kadang-kadang reagent dan produk dari reaksi keduanya dapat larut seperti

absorbsi pada karbondioksida dalam pelarut etanol atau pelarut alkalin yan lain.

Sebaliknya pembakaran gas yang terdiri dari sulfur dioksin dapat dikontakkan

dengan batu kapur untuk membentuk kalsium sulfat yang tidak dapat larut.

2.5. Perpindahan Massa di dalam Wetted – Wall Columns

Data yang paling baik mass-transfer antara luas permukaan pipa dan aliran

fluida sebaiknya digunakan wetted-wall column, alasan prinsip penggunaan kolom

ini adalah pengamatan perpindahan massa yaitu kontak luas permukaan antara dua

fase yang hasilnya bisa akurat.

Koefisien perpindahan massa untuk aliran gas ditunjukkan oleh persamaan :

Kc .DDAB

x P B . I MP

= = 0,023 Re0,83 SC

0,44

dan koefisien perpindahan massa untuk lapisan ditunjukkan oleh persamaan

Vivian dan Peacemen:

KT . ZDAB

= 0,433 (SC)0,5 (gz/2)1/6 (Re)0,4

dimana:

DAB = massa difusivitas komponen A yang menjadi liquid

Z = panjang kotak

P = densitas liquid B

g = gravitasi.

Re = Renold Numbers.

µ = viskositas liquid B

Sc = bilangan number Schmidt

Lapisan likuid terletak antara 10 – 20% lebih rendah dari persamaan teoristis

untuk absorpsi didalam aliran laminar film.

2.6. Persamaan Dasar Wetted Wall Absorption Column

1) Koefisien Perpindahan Massa Untuk Aliran Gas

KC⋅D

D AB

ρB⋅I M

ρ = 0,23 Re0,83 Sc

0,44

2) Koefisien Perpindahan Massa Untuk Lapisan (Persamaan Vivian dan

Peaceman)

k L⋅ZDAB =

0 ,433⋅Sc0,5⋅( g⋅z3

μ2 )16⋅R

e0,4

dimana :

kL = konsentrasi likuid

kC = konsentrasi cairan

Z = panjang

DAB = difusivitas massa antara komponen A dan B

= densitas likuid B

= viskositas likuid B

g = gravitasi

Sc = schmidt number

Re = reynold number

2.7. Sistem Dua Komponen

Jika kualitas dari gas tunggal dan hubungan cairan non volatil di dalam

ekuilibrium, hasil konsentrasi gas dalam likuid dikenal dengan nama gas

solubility, pada temperatur dan tekanan yang umum. Beberapa gas yang dapat

larut dipengaruhi oleh temperatur yang digambarkan oleh hukum Van’hoff, yaitu

jika temperatur di dalam sistem equilibrium naik, perubahan yang akan terjadi

berupa penyerapan panas.

2.8. Teori Film

Teori film bersifat elementer, semua aliran didalam fluida turbulen

terkonsentrasi dalam suatu stagnant film. Berikutnya terhadap dinding atau batas

stasioner fluida, menurut model ini semua driving force atau konsentrasi untuk

mengurangi stagnant film dan konsentrasi dalam fluida adalah konstan, karena ini

disebabkan oleh gerakan turbulen yang tinggi.

Tebal lapisan khayalan untuk massa pada kecepatan aliran yang sebanding

adalah tidak sama kecuali pada kondisi batas. Dari reynold analogi, koefisien

transfer massa banyak digunakan, tetapi lebih sedikit dibandingkan dengan

koefisien transfer atau koefisien permukaan.

2.9. Teori Dua Film

Dalam berbagai proses pemisahan, bahan-bahan harus mengalami difusi

dari suatu fase ke fase lain, dan laju difusi didalam kedua fase itu mempengaruhi

perpindahan massa menyeluruh. Dalam teori dua film yang diusulkan oleh

Whitman pada tahun 1923 terdapat keseimbangan pada antar muka, dan tahanan

terdapat perpindahan massa pada kedua fase itu lalu dijumlahkan untuk

mendapatkan tahanan menyeluruh, yang lebih muda dipergunakan untuk

perhitungan rancang dari pada koefisien-koefisien individual (tersendiri).

Hal yang membuat perpindahan massa antara fase menjadi lebih rumit ialah

perpindahan kalor dan diskontinuitas (ketaksinambungan) yang terdapat pada

antar muka. Yang terjadi karena konsentrasi atau fraksi mol zat terlarut yang

terdifusi hampir tidak pernah sama kedua sisi antar muka itu. Sebagai contoh,

dalam destilasi campuran biner, Y*A lebih besar dari XA dan gradian di dekat

permukaan gelembung. Untuk absorpsi gas yang sangat mudah larut, fraksi mol di

dalam zat cair pada antar muka akan lebih besar dari fraksi mol di dalam gas.

Suku 1/Ky dapat dianggap sebagai tahanan menyeluruh terhadap

perpindahan massa, sedang suku m/Kx dan 1/Ky adalah tahanan di dalam film zat

cair dan lapisan gas. “Film” ini tidak selalu merupakan lapisan stagnan yang

mempunyai ketebalan tertentu agar teori dua film berlaku. Perpindahan massa di

dalam salah satu lapisan dapat berlangsung melalui difusi melalui lapisan batas

laminar atau melalui difusi keadaan unsteady, seperti dalam teori penetrasi dan

koefisien menyeluruh masih bisa didapatkan. Dalam beberapa masalah tertentu,

misalnya perpindahan melalui film stagnan ke fase dimana teori penetrasi

diperkirakan berlaku, koefisien teori penetrasi mengalami perubahan kecil karena

adanya perubahan konsentrasi pada antar muka, namun efek ini hanya mempunyai

nilai akademis semata-mata.

2.10. Teori Penetrasi

Teori penetrasi dikembangkan oleh Higbie untuk menganalisa fase cair.

Dalam absorpsi gas dimana cairan diasumsi aliran laminar atau stasioner. Higbie

mempertimbangkan bahwa transfer dalam cairan dengan transport molekul

unsteady state. Konsep ini menghasilkan suatu persamaan untuk fluks massa pada

titik pada permukaan cairan yang diekspos untuk absorpsi gas.

Danckwerte menggunakan konsep unsteady state ini untuk absorpsi dalam

suatu cairan turbulen dengan menganggap random surface renewal Marcello,

memperbaiki model film penetrasi, kombinasi dua model diatas pada Sc yang

rendah model lapisan steady state kelihatannya pada Sc yang tinggi. Sedangkan

model unsteady state renewal lebih menggambarkan situasi.

2.11. Aliran di dalam pipa

Korelasi untuk perpindahan massa pada dinding dalam haruslah mempunyai

bentuk yang sama dengan korelasi untuk perpindahan kalor, karena persamaan

dasar untuk difusi dan konduksi itu serupa. Persamaan ini merupakan persamaan

yang paling sederhana yang cukup cocok dengan data publikasi dalam jangkauan

angka Reynolds dan angka Schmidt yang cukup luas. Bentuk alternatif dari

bentuk korelasi itu didapat dengan membagi persamaan diatas dengan NRe x NSc

sehingga menghasilkan faktor jM yang sebagaimana ditunjukkan oleh Chilton dan

Colbum sama dengan jH dan juga f/2. Suku (µ/µw) 0,14 biasa 1,0 untuk

perpindahan massa karena itu ditinggalkan. Analogi untuk persamaan ini berlaku

umum untuk perpindahan kalor dan perpindahan massa dengan pelarutan yang

sama.

Perluasan analogi ini sehingga menutupi rugi gesek yang dilakukan untuk

pipa saja karena semua rugi disini berasal dari gesek kulit saja. Analogi ini tidak

berlaku untuk rugi gesek dimana tidak terdapat seret bentuk dari pemisahan aliran,

sebagaimana terdapat pada aliran seputar benda. Korelasi yang telah disajikan

untuk berbagai kisaran angka Schmidt. Data untuk penguapan beberapa macam

zat cair didalam menara di dinding basah dikorelasi dengan eksponen yang agak

lebih tinggi baik untuk angka Reynold maupun untuk angka Schmidt. Angka

Schmidt berkisar antara 0,60 dan 0,25 dan dalam jangkau yang sempit. Perbedaan

antara eksponen itu mungkin mempunyai makna fundamental, karena perpindahan

ke permukaan zat cair, yang mungkin mempunyai riak dan kegombang mesti

berbeda dari permukaan perpindahan padat yang licin.

Korelasi untuk perpindahan massa dan angka Schmidt yang tinggi (antara

430 – 100.000) didapat dengan mengukur laju kelarutan didalam tabung asam

benzoat didalam air dan zat cair yang kental.

Perbedaan antara eksponen angka Schmidt dan nilai 1/3 yang biasa mungkin

tidak banyak, tapi eksponen angka Reynold jelas lebih besar dari 0,80.

BAB III

METODOLOGI

3.1. Bahan yang digunakan

1) Air

2) Udara

3.2. Alat-alat yang digunakan

Wetted Wall Absorption Column terdiri dari :

1) Tabung 1 berupa kolom Deoksigenator merupakan tabung bebas O2.

2) Pompa 1 berfungsi untuk mengalirkan ke kolom deoksigenator.

3) Pompa 2 berfungsi untuk menyedot air dan dialirkan ke flowmeter air.

4) Kompressor berfungsi untuk menyedot udara.

5) Tabung 2 berupa wetted wall yang merupakan tempat terjadinya absorpsi dan

adanya aliran film.

6) Sensor probe inlet dan outlet berfungsi untuk mendeteksi O2 yang terserap.

3.3. Prosedur Percobaan

1) Tekan tombol power lalu tekan tombol supply

2) Tekan tombol pump 1untuk mengalirkan air dari bak penampung ke kolom

deoksigenator

3) Atur flowmetter untuk air sesuai dengan laju alir yang ditetapkan

4) 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.

5) 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)

6) Bersamaan dengan itu, O2 mengalir dari dasar kolom setelah terlebih dahulu

dipompakan udara oleh Komperessor melalui cakram yang mendistribusi udara

ke kolom sehingga O2 naik ke atas dan sebaliknya film turun ke bawah secara

counter current. Udara yang dialirkan oleh kompressor sebelumnya masuk

dalam flowmeter udara untuk menghitung laju alir udara.

7) Kemudian air yang sudah bebas O2 masuk ke sensor probe untuk menghitung

O2 outlet. Dimana kedua alat ini dihubungkan dengan DO meter.