Neraca Massa Pada Reaktor Tubular (Lengkap)

LAPORAN PRAKTIKUM DASAR-DASAR PROSES I

”Neraca Massa Reaksi Etil Asetatdengan NaOH pada Reaktor Tubular”

Oleh :

Adi Perwira (0907021233)

Tadisa Putra ( 0907021143)

Jefri Berkasa Arianda (0907020642)

Nike Pratiwi (0907036274)

ABSTRAK

Untuk menyusun neraca massa pada sistem yang bereaksi, dikenal istilah reaktan pembatas, reaktan ekses, dan konversi reaksi. Tujuan dari melakukan praktikum ini adalah agar mahasiswa dapat melakukan kalibrasi pompa yang digunakan pada reactor turbular, mengetahui laju alir pompa terhadap kondisi steady-state, dan membandingkan hasil konversi secara titrasi dengan konduktivitas, dengan cara memvariasikan speed setting yaitu 4; 6; dan 8, sehingga diperoleh laju alir pompa yang bervariasi pula. Hasil konversi yang diperoleh baik secara titrasi maupun secara konduktivitas memiliki nilai yang hampir sama.

Tanggal praktikum : 8 November 2010Tanggal pemasukan laporan : 15 November 2010

PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS RIAU

2010

BAB I

PENDAHULUAN

A. Kegunaan Kajian/Praktikum

Melakukan kalibrasi laju alir pompa yang digunakan pada reactor.

Mengetahui pengaruh laju alir terhadap kondisi steady-state.

Membandingkan hasil antara titrasi dengan konduktivitas.

B. Teori

Teknik kimia berpusat pada operasi-operasi seperti reaksi kimia, neraca massa

perpindahan bahan, neraca energi dan sebagainya. Neraca massa dan neraca energi sangat

berperan dalam perubahan materi dengan menggunakan sistem aliran sebagai transportasi

unsteady – state (variabel dalam sistem berubah-ubah terhadap waktu) dan dalam keadaan

steady state (variabel tidak berubah terhadap waktu). Pada sistem steady state tidak terjadi

akumulasi.

Pengertian Konversi

Konversi memiliki pengertian bahwa untuk mengetahui sejauh mana reaksi telah

berlangsung atau untuk mengetahui jumlah mol hasil untuk setiap penggunaan mol salah satu

pereaksi atau basis.

A +

ba

B

ca

C+ da

D

Huruf besar menunjukkan species kimia dan huruf kecil menunjukkan koefisien

stoikiometri b, c, d, dan a.

Secara rumus dinyatakan:

Xa =

mol A reaktanmol A feed

Reaktor Tubular

Reaktan disuplai ke dalam reaktor kemudian reaktan ditutup dan reaksi berlangsung.

Tidak ada penambahan reaktan dan pelepasan produk dalam reaktor. Temperatur di dalam

reaktor dijaga konstan dan pencampuran larutan dapat dilakukan secara pengadukan. Neraca

massa di dalam reaktor terjadi saat pelepasan produk dari reaktan. Produk dari reaksi ini akan

memperlihatkan penggunaan mol reaktan yang berfungsi sebagai basis.

Neraca massa untuk sistem yang bereaksi:

Input + produk – output – zat yang bereaksi = akumulasi ……………………………...(1)

Pada percobaan ini sistemnya adalah reaksi saponifikasi ethyl acetat dengan NaOH.

NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH ……………………………..……(2)

Neraca massa total pada reactor tubular:

Fa+ Fb = Ft ………………..…………………………………………………………….(3)

Neraca massa komponen NaOH pada reactor :

Ft . a0 – Ft . a1 –Ft . a0 . xa = d ( v . a1 ) / dt ……………………………………………..(4)

Jika tercapai kondisi steady-state, maka akumulasi (da1/dt) = 0. Sehingga persamaan

(4) dapat diubah menjadi:

Xa = (a0 - a1 ) / a0………………………………………………………………………...(5)

Pada persamaan (5) merupakan konsentrasi NaOH dalam pencampur umpan.

Sedangkan hubungan a0 dengan konsentrasi NaOH dalam tangki (a) dapat dinyatakan sebagai

berikut:

a0 = ( Fa / Ft ) .a ………………………………………………………………………..(6)

Hubungan konsentrasi ethyl acetat dalam tangki (b) dengan konsentrasi ethyl acetat

dalam pencampur umpan ( b0 ) dinyatakan persamaan berikut:

b0 = ( Fa / Ft) . b ...……………………………………………………………………...(7)

Volume reactor adalah tetap yaitu 0,400 dm3. Dengan metode titrasi konsentrasi NaOH

dalam tangki dan titrasi NaOH sisa keluaran reactor, maka konversi reaksi NaOH dapat

dihitung. Disamping itu untuk menentukan konversi NaOH dapat dilakukan dengan

pengukuran konduktifitas produk reactor. Adapun persamaan yang digunakan sebagai berikut:

a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1

Δ0−Δ∞ ]+a0

………………………………………………………....(8)

a = 0 jika a0 < b0 dan a = ( a0 - b0 ) jika a0 > b0 ……………………………………....(9)

∆0 = ∆a0 ( asumsi c0 = 0 ) ……………………………………………………………....(10)

∆0 = 0,195 ( 1 + 0,0184 ( T – 294 ) ) . a0 ; T > 294 …………………………………….(11)

∆ pada persamaan (9) dapat ditentukan:

∆ = ∆c + ∆a …………………………………………………………………………(12)

∆c = 0,070 ( 1 + 0,0284 ( T – 294 ) ) . c ; T > 294 …………………………………...(13)

∆a = 0,195 ( 1 + 0,0184 ( T – 294 ) ) . a, jika a 0 …………………………………(14)

c = b0, untuk b0 < a0 dan c = a0 untuk b0 > a0 ………………………………………...(15)

Jika a1 pada persamaan (8) dapat dihitung, maka dengan menggunakan persamaan (5)

konversi reaksi terhadap NaOH dapat ditentukan.

BAB III

CARA KERJA

A. Prosedur Percobaan

a. Kalibrasi Pompa Feed

Kedua tangki feed reagen diisi dengan air

Pompa dihidupkan dengan set control kecepatan 4

Air yang terpompa keluar detampung dengan gelas ukur pada periode waktu

menentukan laju alir

Percobaan diulang dengan setting kecepatan 6, 8 dan 10

Percobaan diulang untuk pompa feed yang kedua

b. Pembuatan Larutan Umpan

Larutan umpan NaOH dan etil asetat dibuat sebanyak masing-masing 5 liter

dengan konsentrasi 0,05 M

Untuk perhitungan pembuatan larutan umpan dimuat pada lampiran dibagian akhir

laporan

c. Menentukan Konversi NaOH Yang Bereaksi Penentuan konversi dilakukan dengan 2 cara yakni dengan pengukuran

konduktivitas dan dengan titrasi

Pada penentuan konversi dengan pengukuran konduktivitas digunakan data

pengukuran konduktivitas pada kondisi steady state

Pada penentuan konversi dengan titrasi digunakan data dari titrasi NaOH pada

kondisi steady state

Perhitungan penentuan konversi dimuat pada lampiran dibagian akhir laporan

B. Bahan dan Alat

Bahan:

1. Ethyl acetat

2. NaOH

3. Air deion

4. HCL 0,01 N

5. Na Borak 0,01 N

6. Indikator PP

Alat:

1. Reaktor tubular dengan kelengkapan

2. Stop watch

3. Gelas ukur

4. Buret

5. Erlenmeyer

6. Labu ukur

7. Pipet tetes

C. Deskripsi Alat ( Reaktor Tubular dan Kelengkapan )

Alat ini terdiri dari beberapa bagian:

Tangki Reaktan ( 2 )

Tangki reaktan ini terdiri dari dua buah dengan kapasitas volume masing-masing 5

liter. Pada bagian bawah tangki dilengkapi dengan drain valve yang berfungsi untuk

mengosongkan tangki.

Pompa Umpan ( 6 ) dan ( 7 )

Tipe pompa peristaltic dengan kemampuan pada range 0-95 ml per menit. Operasi

normal dilakukan dengan switch toggle ( 16 ) pada posisi manual. Untuk pengaturan

kecepatan pompa dapat diatur dengan memutar potensiometer.

Sirkulasi Air Panas ( 11 )

Sirkulasi air panas ini digunakan, jika reaktor dioperasikan di atas temperatur kamar.

Air dipanaskan dengan elemen pemanas dalam sirkulator, dipompa dengan pompa

sirkulasi yang terletak dalam sirkulator. Air dikembalikan ke priming vessel ( 21 )

setelah dipanaskan. Sistem sirkulasi dioperasikan pada tekanan sub-atmosfherik untuk

meningkatkan keamanan. Priming vessel ini digunakan untuk mengisi awal sirkulator

dan reactor serta untuk menghembuskan udara.

Control Temperatur Automatis

Control temperatur dijalankan dengan sirkulasi pemanas atau pendingin air melalui

coil yang terletak dalam reactor tubular. Sensor temperatur ( 13 ) dirancang dalam

reactor yang berhubungan dengan pengontrol temperatur otomatis. Temperatur proses

diset dengan menekan tombol ( 23 ) bersamaan dengan tombol ( 24 ), jika untuk

menaikkan temperatur. Sedangkan untuk menurunkan temperatur dengan menekan

tombol ( 23 ) bersamaan dengan tombol ( 25 ). Untuk menghidupkan sirkulator dengan

cara menekan switch toggle ( 26 ) pada posisi “1”.

Pengukur Konduktivitas

Konduktivitas ditunjukkan pada monitor (27) dalam satuan millisiemen. Selama

bereaksi, konduktivitas dari larutan berubah. Dari data ini dapat digunakan untuk

menentukan tingkat dan kecepatan konversi.

Gambar Reaktor Tubular dan Kelengkapannya

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh hasil sebagai berikut :

Dari hasil kalibrasi diketahui bahwa semakin tinggi speed setting maka semakin tinggi pula

laju alir pada pompa, terbukti dari pengaturan speed 4, 6, 8, dan 10 maka laju alir yang

diperoleh oleh pompa 1 sebesar 13, 33, 54, 78 (ml/ menit). Sedangkan untuk pompa 2

diperoleh 29, 48, 65 dan 84 (ml/menit).

Pada selang waktu tertentu, terdapat perubahan nilai konduktivitas. Semakin besar selang

waktu, semakin besar pula nilai konduktivitasnya.

Hasil konversi baik secara titrasi dan konduktivitas memiliki nilai yang hampir sama.

Catatan : Untuk Pembahasan dapat dilihat pada lampiran.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan :

1. Konversi NaOH dilakukan untuk menentukan konsentrasi NaOH yang digunakan.

Konversi ini dapat dilakukan dengan cara melalui hasil titrasi dan penggunaan data dari

konduktivitas.

2. Penentuan kondisi Steady State untuk laju alir yang berbeda memiliki hubungan bahwa

semakin rendah laju alir maka konduktivitasnya akan semakin rendah dan semakin tinggi

laju alir yang digunakan maka konduktivitasnya akan semakin tinggi.

Saran :

1.Lakukan pembagian tugas agar percobaan cepat selesai

2.Dalam melakukan Titrasi sedikit demi sedikit agar tidak melakukan pemborosan

3. Lakukan tetesan sedikit saja ( sekitar 2-3 tetes) indikator pp pada larutan NAOH

4. Hindarkan gelembung-gelembung udara agar kerja pompa lebih lancar dengan menjetikkan

aliran pompa

V. LAMPIRAN

A. Data Percobaan

1. Kalibrasi Pompa

Speed settingLaju Alir Pompa 1

( dm3/detik )

Laju Alir Pompa 2

( dm3/detik )

4

6

8

10

13

33

54

78

29

48

65

84

4 6 8 100

10

20

30

40

50

60

70

80

Chart Title

Grafik Kalibrasi pompa 1

4 6 8 100

10

20

30

40

50

60

70

80

90



2. Titrasi Larutan NaOH umpan dengan HCL 0,01 N yang telah distandarisasi

Volume NaOH

( ml )

Volume HCL 0,01

N (ml)

10

10

10

56

58

57

3. Nilai konduktivitas pada selang waktu tertentu

a. Pada kecepatan alir NaOH 12 mL/menit

Waktu (menit) Konduktivitas (mS)

0 1.72

1.5 1.73

3 1.74

4.5 1.74

6 1.80

7.5 2.05

9 2.12

b. Pada kecepatan alir NaOH 30 mL/menit


0 1.72

1.5 1.74

3 1.78

4.5 1.85

6 1.92

7.5 2.18

9 2.64

c. Pada kecepatan alir 48 mL/menit


0 1.72

1.5 1.73

3 1.76

4.5 1.82

6 1.97

7.5 2.20

9 2.51

4. Laju alir pada NaOH serta Etil Asetat dengan speed setting tertentu.

Kecepatan alir dari NaOH ( Fa1 ) = 12 ml / men = 0.2 x 10-3 dm3 / s



Kecepatan alir dari CH3COOC2H5 ( Fb1 ) = 18 ml / men = 0.3 x 10-3 dm3 / s



Konsentrasi NaOH dalam tangki ( aµ ) = 0,05 ( mol / dm3 )

Konsentrasi CH3COOC2H5 ( bµ ) = 0,05 ( mol / dm3 )

B. Perhitungan Pembuatan Larutan

1. NaOH 0,05 M sebanyak 5 L.

M=MassaBM

x 1

V ( liter )

0 .05 M=gr40

x 1

1 Liter

Gr = 2 gram/1 Liter

Maka untuk membuat 5 liter larutan dibutuhkan NaOH sebanyak 10 gram

2. Etil Acetat 0,05 M sebanyak 5 L.

Volume Etil Acetat =

0,05 x BMρ x kadar

= 0.05 x 88.11

0.090

= 4,985 ml (dalam 100 ml air)

3. HCL 0.01 N

V1.N1=V2.N2

V HCl=600 x0.0112

VHCL= 0.5 mL

Maka volume HCl sebanyak 0.5 ml di encerkan kedalam 600 ml air

C. Perhitungan Standarisasi HCL 0,01 N dengan Na Borak ( Na2BaO7 ) 0,01 N

Volume HCL terpakai = 10 ml

N HCl =

V 1 . N 1

V HCL =

0 .01 x1010

= 0.01 N

D. Perhitungan Titrasi NaOH umpan dengan HCL yang telah distandarisasi

a. V1 . N1 = V2 . N2

56 . 0,01 = 10 . N2

N2 = 0.056 N

b. V1 . N1 = V2 . N2

58 . 0,01 = 10 . N2

N2 = 0.058 N

c. V1. N1 = V2. N2

57 .0.01 = 10.N2

N2 = 0.057 N

E. Perhitungan Titrasi NaOH yang mengalir keluar dari reactor

NaOH (mL) HCl (mL)

10 9

10 5

10 6

a. V1 . N1 = V2 . N2

9 . 0,01 = 10 . N2

N2 = 0.009 N

b. V1 . N1 = V2 . N2

5 . 0,01 = 10 . N2

N2 = 0.005 N

c. V1. N1 = V2. N2

6 .0.01 = 10.N2

N2 = 0.006 N

F. Perhitungan konversi NaOH berdasarkan pengukuran titrasi

Untuk laju alir NaOH 12 mL/menit

Ft = Fa + Fb

= 0.0002 + 0.0003

= 0.0005 L/s

a0 = 0.00020.0005

x 0,05

= 0.02 mol/L

Xa = 0.02−0,001

0.02

= 0.95


Ft = Fa + Fb

= 0.0005 + 0.0006

= 0.0011 L/s

a0 = 0.00050.0011

x 0,05

= 0.022 mol/L

Xa = 0.022−0,001

0.022

= 0.95


Ft = Fa + Fb

= 0.0008 + 0.001

= 0.0018 L/s

a0 = 0.00080.0018

x 0,05

= 0.022 mol/L

Xa = 0.022−0,001

0.022

= 0.95

G. Perhitungan konversi NaOH secara konduktivitas

Untuk laju alir 12 mL/menit

Ft = 0,0005 L/s

b0 = 0.00030.0005

x 0,05

= 0.03 mol/L

a0 = 0.02, b0 = 0,03, nilai a0 < b0, maka a∞ = 0

∆0 = ∆a0 = 0.195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a0

= 0.195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0.02

= 0,0045 siemens

∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞

∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (T – 294)) x c∞

Karena a0 < b0, maka c∞ = a0

∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (303 – 294)) x 0.02

= 0.0017 siemens

∆a∞ = 0.0195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a∞

= 0.0195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0

= 0

∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞

= 0.0017 + 0

= 0.0017 siemens

∆1 = Konduktivitas pada saat konstan – konduktivitas air murni

= 0.00212 – 0,00017 = 0.0019 siemens

a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1

Δ0−Δ∞ ]+a0

=

(0 – 0.02) [ 0 . 0045 - 0 .0019

0 . 0045−0 . 0017 ]+0 .02

= 0.002 mol/L

Xa = 0.02−0.002

0.02

= 0.9


Ft = 0,0011 L/s

b0 = 0.00060.0011

x 0,05

= 0.027 mol/L

a0 = 0.022, b0 = 0.027, nilai a0 < b0, maka a∞ = 0

∆0 = ∆a0 = 0.195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a0

= 0.195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0.022

= 0,0051 siemens

∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞

∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (T – 294)) x c∞


∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (303 – 294)) x 0.022

= 0.002 siemens

∆a∞ = 0.0195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a∞

= 0.0195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0

= 0

∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞

= 0.002 + 0

= 0.002 siemens


= 0.00264 – 0,00017 = 0.0025 siemens

a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1

Δ0−Δ∞ ]+a0

=

(0 – 0.022) [ 0 . 0051- 0 . 0025

0 . 0051−0 . 002 ]+0 .022

= 0.0036 mol/L

Xa = 0.022−0.0036

0.022

= 0.84


Ft = 0,0018 L/s

b0 = 0.001

0.0018 x 0,05

= 0.0275 mol/L

a0 = 0.022, b0 = 0.0275, nilai a0 < b0, maka a∞ = 0

∆0 = ∆a0 = 0.195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a0

= 0.195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0.022

= 0,0051 siemens

∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞

∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (T – 294)) x c∞


∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (303 – 294)) x 0.022

= 0.002 siemens

∆a∞ = 0.0195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a∞

= 0.0195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0

= 0

∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞

= 0.002 + 0

= 0.002 siemens


= 0.00251 – 0,00017 = 0.0023 siemens

a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1

Δ0−Δ∞ ]+a0

=

(0 – 0.022) [ 0 . 0051- 0 . 0023

0 . 0051−0 . 002 ]+0 .022

= 0.0022 mol/L

Xa = 0.022−0.0022

0.022

= 0.9

VI. DAFTAR PUSTAKA

Tim Laboratorium Dasar Proses dan Operasi Pabrik Program Studi D3 Teknik Kimia

Fakultas Teknik Universitas Riau. 2006. Penuntun Praktikum Dasar-Dasar Proses I.

Pekanbaru : Laboratorium Dasar Proses dan Operasi Pabrik Program Studi D3 Teknik

Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau.

Neraca Massa Pada Reaktor Tubular (Lengkap)

Documents

Transcript of Neraca Massa Pada Reaktor Tubular (Lengkap)