Penghilangan kadar Oksigen dalam air dengan pamanasan

PROPOSAL PRAKTIKUM KHUSUS

OPERASI TEKNIK KIMIA

PENGHILANGAN OKSIGEN TERLARUT

DALAM AIR DENGAN PEMANASAN

Disusun Oleh:

Mohammad Abdur Rohman 09/281522/TK/

35040Bernardinus Andrie Luiren 11/313083/TK/

37785Fildzah Hanifati 11/313562/TK/

37953Aksioma Dewayani 11/319135/TK/

38266

Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan

Pemanasan

Affifah Ambar Rafsanjani 11/319173/TK/

38303Evan Caesario

Tedjososrokuntjoro

11/319177/TK/

38307

LABORATORIUM PROSES PEMISAHAN

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

2013

2


Pemanasan

LEMBAR PENGESAHAN

PENGHILANGAN OKSIGEN TERLARUT

DALAM AIR DENGAN PEMANASAN

Disusun oleh:

Nama NIM Tanda TanganMohammad Abdur Rohman 09/281522/TK/

35040Bernardinus Andrie Luiren 11/313083/TK/

37785Fildzah Hanifati 11/313562/TK/

37953Aksioma Dewayani 11/319135/TK/

38266Affifah Ambar Rafsanjani 11/319173/TK/

38303Evan Caesario

Tedjososrokuntjoro

11/319177/TK/

38307

Asisten I

Yogyakarta, 25 November 2013

Asisten II

3


Pemanasan

Irsyadia Nindya Wardana Danu Purwanugraha

Dosen Pembimbing Praktikum

Dr. Ir. Aswati Mindaryani,

M.Sc.

NIP.

Mengetahui,

Koordinator Praktikum OTK

Prof. Ir. Wahyudi Budi Sediawan,

SU., Ph. D.

NIP. 19530917 198003 1 001

PENDAHULUANA. Latar Belakang

Kegunaan air dalam proses industri sangat banyak,

selain sebagai air baku pada industri air minum dan

pemutar turbin pada pembangkit listrik, juga sebagai alat

bantu utama dalam kerja pada proses-proses industri.

Air mengandung gas terlarut seperti oksigen, dimana

air umumnya mengandung 4-8 ppm oksigen. Oksigen dapat

larut dalam air karena molekul-molekul oksigen menempati

ruang diantara molekul air. Kelarutan okigen dalam air

bergantung pada suhu. Oksigen terlarut dalam air sangat

4


Pemanasan

menentukan baku mutu air sebagai air baku di industri,

sebagai contoh pada air umpan boiler.

Dalam penyediaan umpan boiler dibutuhkan air dengan

kandungan gas-gas terlarut didalamnya kecil, seperti gas

oksigen, dan karbon dioksida. Pengaruh adanya gas karbon

dioksida dalam air dapat meyebabkan air bersifat asam.

Bila gas ini terkandung dalam air, maka air menjadi

korosif terhadap pipa yang akan membentuk besi karbonat

yang larut. Di dalam air yang terkandung 2-50 ppm CO2, air

bersifat korosif. Korosi juga dapat terjadi akibat dari

oksidasi yang disebabkan berikatannya logam dengan

oksigen yang terkandung di dalam air.

Korosi merupakan suatu proses oksidasi pada logam.

Besi yang mengalami korosi membentuk karat dengan rumus

Fe2O3. X H2O. Pada proses pengaratan, besi (Fe) bertindak

sebagai pengoksidasi. Persamaan reaksi pembentukan karat

sebagai berikut :

Anode : Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e-

(1)

Katode : O2(g) +4H+ +4e- 2 H2O (l)

(2)

Karat yang terbentuk pada logam akan mempercepat

proses pengaratan berikutnya. Oleh karena itu, karat

disebut juga autokatalis.

Besi atau logam yang berkarat bersifat rapuh, mudah

larut, dan bercampur dengan logam lain, serta bersifat

racun. Hal ini tentu berbahaya dan merugikan. Jika

5


Pemanasan

berkarat, besi yang digunakan sebagai pondasi atau

penyangga jembatan menjadi rapuh sehingga mudah ambruk.

Pada alat-alat produksi dalam industri makanan dan

farmasi tidak boleh menggunakan logam yang mudah

berkarat. Hal ini disebabkan karat yang terbentuk mudah

larut dalam makanan, obat-obatan, atau senyawa kimia yang

diproduksi. Oleh karena itu, untuk kepentingan industri

biasanya digunakan peralatan stainlessteel yang anti karat.

Di Industri untuk menghilangkan oksigen terlarut

dalam air dapat menggunakan prinsip deaerasi. Metode

deaerasi ini dapat dibagi menjadi dua, yaitu metode

deaerasi dengan sistem pemanasan dan metode deaerasi

dengan sistem penambahan zat kimia (perlakuan kimia).

Metode deaerasi dengan system pemanasan memiliki prinsip

dasar bahwa dengan system pemanasan, apabila suhu

dinaikkan pada air maka kelarutan dari gas-gas akan

berkurang. Jadi syarat-syarat terjadinya deaerasi secara

maksimal itu sangat tergantung pada suhu. Jika suhu tidak

sesuai dengan yang seharusnya, maka deaerasi tersebut

tidak berjalan baik.

Sedangkan cara penentuan oksien terlarut yang

dipilih adalah dengan metode elektrokimia menggunakan

alat DO meter. DO meter dipilih karena prinsip kerjanya

yang sederhana dan kadar DO dapat langsung terbaca,

sehingga pengukuran lebih efisien.

B. Tujuan

6


Pemanasan

Percobaan ini bertujuan untuk :

1. Mengetahui hubungan antara suhu dengan kadar oksigen

terlarut dalam air dengan menggunakan alat DO meter.

2. Mengetahui hubungan antara suhu (T) dengan konstanta

Henry (H).

3. Menentukan nilai Kc koefisien perpindahan massa total

oksigen dari larutan ke udara.

C. Tinjauan Pustaka

a. Dissolved Oxygen (DO)

Dissolved oxygen adalah banyaknya oksigen yang terlarut

dalam air. Oksigen masuk ke dalam air melalui difusi

langsung pada interface gas-cair, dengan proses aerasi

air maupun dari fotosintesis tumbuhan air (Renn, 1968).

Faktor-faktor yang mempengaruhi konsentrasi oksigen

terlarut dalam air meliputi suhu, kedalaman, musim,

polusi, dan limbah organik (Murphy, 2007).

Sumber oksigen terlarut dalam air:

1. Fotosintesis

Fotosintesis adalah proses metabolisme pada tanaman

yang menggunakan energi sinar matahari dan klorofil

untuk mengubah karbon dioksida menjadi oksigen. Proses

ini hanya berlangsung pada siang hari, sementara itu

proses respirasi dan dekomposisi, yang memerlukan

oksigen, berlangsung teus-menerus. Oleh karena itu,

kandungan oksigen terlarut dalam air bekurang pada

malam hari.

7


Pemanasan

2. Difusi

Oksigen dalam air juga berasal dari atmosfer. Di

udara, konsentrasi oksigen sekitar 21%, sedangkan di

air, konsentrasi oksigen hanya sekitar 1%. Ketika udara

dan air bertemu, akan ada perbedaan konsentrasi oksigen

yang signifikan, yang menyebabkan molekul oksigen di

udara mendifusi ke air. Proses difusi akan semakin

meluas dengan adanya udara yang bergerak. Difusi adalah

pergerakan zat dari daerah berkonsentrasi tinggi ke

daerah konsentrasi rendah. Kelarutan oksigen dalam

cairan pada peristiwa difusi kecil sehingga tahanan

perpindahan massa pada fase gas dapat diabaikan. Hal

ini menyebabkan tahanan yang mengontrol proses adalah

tahanan di fase cair.

b. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Dissolved Oxygen

Menurut Fujaya (2000), tingkat kelarutan oksigen

dalam perairan kadarnya bertolak belakang dengan

beberapa parameter kualitas air lainnya. Kadar oksigen

akan meningkat pada suhu yang rendah dan akan

berkurang seiring dengan naiknya suhu. Selain itu,

kelarutan oksigen juga akan menurun bila terjadi

kenaikan alkalinitas, dan pH.

Menurut Achmad (2004), pengaruh suhu sangat penting

dalam kasus oksigen. Kelarutan oksigen dalam air pada

berbagai suhu berpengaruh terhadap kelarutan gas-gas

dalam air. Dengan kenaikan suhu air, terjadi penurunan

8


Pemanasan

kelarutan oksigen (O2) yang diikuti dengan naiknya

kecepatan pernapasan organisme perairan, sehingga

sering menyebabkan adanya suatu keadaan naiknya

kebutuhan oksigen diikuti oleh turunnya kelarutan gas

tersebut dalam air.

Kadar oksigen (O2) dalam perairan tawar akan

bertambah dengan semakin rendahnya suhu dan

berkurangnya kadar alkalinitas. Pada lapisan permukaan,

kadar oksigen akan lebih tinggi karena adanya proses

difusi antara air dengan udara bebas. Dengan

bertambahnya kedalaman akan mengakibatkan terjadinya

penurunan kadar oksigen terlarut dalam perairan

(Salmin, 2000).

c. Metode Penghilangan Dissolved Oxygen dalam air

1. Dengan pemanasan

Suhu adalah faktor yang dapat mengurangi jumlah

oksigen terlarut (O2) di dalam air. Ikatan yang

terdapat pada gas-gas terlarut di dalam air sangat

labil dan mudah terlepas ke udara. Suhu yang semakin

tinggi dapat mengurangi kadar oksigen terlarut di

dalam air karena semakin tinggi suhu volume air

semakin berkurang, sehingga gas -gas yang berada di

dalam air, termasuk gas oksigen terlarut (O2)

menjadi terlepas dari permukaan air (www.ehow.com).

9

http://www.ehow.com/


Pemanasan

2. Dengan Penambahan Zat Kimia

Zat kimia yang biasanya digunakan untuk

menurunkan konsentrasi oksigen di dalam air adalah

hidrazin. Hidrazin mempunyai formulasi N2H4. Hidrazin

akan bereaksi dengan oksigen membentuk air dan gas

nitrogen, sehingga kandungan oksigen terlarut dalam

air berkurang. Reaksi hidrazin dengan oksigen adalah

sebagai berikut :

N2H4 + O2→ N2 +2H2O

(3)

d. Metode Pengukuran Dissolved Oxygen dalam Air

Ada dua metode yang biasanya digunakan untuk

mengetahui konsentrasi O2 terlarut dalam air, yaitu :

1. Metode Winkler

Metode ini dikembangkan oleh Winkler pada tahun 1988

selama menempuh gelar Ph.D. Metode Winkler ini

menggunakan titrasi iodometri untuk menentukan jumlah

DO dalam sampel air. Larutan divalent manganese dan asam

kuat ditambahkan ke sampel sebagai reagen. DO yang ada

dalam sampel akan mengoksidasi senyawa divalent manganese.

Kemudian iodine yang ada di dalam asam dititrasi dengan

natrium thiosulfate dan pati sebagai indikator

(www.cnr.uidaho.edu).

Sampel di dalam botol yang berisi air ditambahkan

reagen tertentu sehingga terbentuk senyawa asam dan

10


Pemanasan

dititrasi dengan senyawa netral menyebabkan terjadinya

perubahan warna. Titik perubahan warna disebut titik

akhir titrasi. Setelah itu dilakukan perhitungan,

sehingga dapat diketahui konsentrasi oksigen terlarut

dalam sampel.

Reaksi yang terjadi:

Saat di dalam sampel ditambahkan reagen:

2 Mn2+(OH)2 + O2 → 2 Mn+4O(OH)2

(4)

2 Mn+4O(OH)2 + 4H2SO4 → 2Mn+4(SO4)2 + 6H2O

(5)

2Mn+4(SO4)2 + 4KI → 2Mn+2SO4 + 2K2SO4 + 2I2

(6)

Saat titrasi:

4Na2S2O3 + 2I2 → 2NaS4O6 + 4NaI

(7)

Secara stoikiometris, maka 4 mol natrium thiosulfate

dititrasi untuk setiap mol oksigen (O2). Sehingga 1 ml

0,025 M natrium thiosulfate adalah ekuivalen dengan 0,025

meq oksigen. Nilai ini biasanya dikalikan 8 mg/meq

untuk mendapatkan 1 mg O2 (www.cnr.uidaho.edu).

2. Metode Elektrokimia dengan DO meter

Metode ini merupakan metode yang paling banyak dan

biasa digunakan karena cara kerja alatnya yang cukup

sederhana. Ada dua tipe DO probe/DO meter yang

11


Pemanasan

tersedia, yaitu laboratorium probe dan field probe. Cara

kerja kedua alat tersebut sama hanya tempat

pengunaannya yang berbeda. Dua elektroda probe yang

sensitif terhadap oksigen dibenamkan ke dalam larutan

elektrolit (air yang mengandung oksigen terlarut)

sehingga terjadi arus listrik. Elektroda tersebut

dilapisi dengan semi-permeable membrane yang menerima

molekul DO. Ketika molekul oksigen melalui membran maka

arus listrik terjadi. Perubahan ini menyebabkan

pergerakan jarum pada DO meter. Semakin banyak DO yang

ada di sampel, maka semakin banyak arus listrik yang

terjadi sehingga semakin besar pula angka yang terbaca

pada DO meter. DO meter ini didesain sedemikian rupa

sehingga langsung dapat membaca jumlah DO dalam air. DO

meter dapat digunakan untuk mengukur O2 dengan kisaran

nilai 0-50 ppm dan ketelitiannya 0,1 ppm

(www.dep.state.pa.us).

3. Kelebihan dan Kekurangan Analisis dengan Metode

Winkler dan DO meter

Metode Winkler DO meter

+ Lebih akurat dan teliti + Lebih sederhana dan

cepat mengukurnya

12

http://www.dep.state.pa.us/


Pemanasan

-Penentuan titik akhir

titrasi sulit dilakukan

+ Dapat mengukur beberapa

sampel-Pada saat titrasi

iodometri dapat terjadi

kesalahan karena penguapan

I2

-Perlu dilakukan

kalibrasi terlebih dahulu

sebelum digunakan

e. Transfer Massa Dissolved Oxygen dalam Air

Transfer massa merupakan gerakan molekul-molekul

dari elemen fluida yang disebabkan adanya suatu gaya

pendorong, misalnya difusi molekuler, difusi olakan dan

transfer massa konveksi. Transfer massa jauh lebih

kompleks dibandingkan dengan transfer panas atau

transfer momentum, karena transfer massa terjadi di

dalam suatu campuran, sehingga pengaruh satu komponen

terhadap komponen lainnya sangat besar, dan media

transfernya juga turut bergerak (Treyball, 1982).

Perpindahan massa baik secara molekuler maupun

secara konveksi sangat tergantung dari gradien

konsentrasi. Ketika kesetimbangan tercapai, maka

kecepatan perpindahan massa netto=0, perpindahan massa

antar fasa pun memerlukan gaya pendorong yang berupa

beda fugasitas, karena deviasi terhadap keadaan

setimbang merupakan driving force untuk terjadinya

transfer massa maka perlu didefinisikan kesetimbingan

antar fasa. Kesetimbangan di interface:

13


Pemanasan

PAi = H CAi

(8)

Jika sudah dicapai keadaan ini maka kesetimbangan

dinamis dapat tercapai.

Suatu sistem yang terdapat lebih dari satu fasa,

misal untuk antar fasa cair-gas atau cair-cair yang

immiscible dapat dijelaskan dengan two film theory atau two

resistances (Treyball, 1982).

D. DASAR TEORI

1. Hubungan Koefisien Transfer Massa (Kca), Waktu (t), dan

Konsentrasi Oksigen Terlarut (CA)

Gambar 1. Teori Dua Film untuk Oksigen Terlarut dalam

Air

14


Pemanasan

Pada gambar 1 merupakan two film theory untuk oksigen

terlarut dalam air dengan konstanta Henry yang besar

atau (H >>) yang menyebabkan oksigen susah larut dalam

air.

Pada film cairan memiliki fluks molar :

NA=kC (CAL−CAi)NAkC

=(CAL−CAi)

(9)

Sedangkan fasa gas memiliki fluks molar :

NA=kG (PAi−PAG)NA

HkG=PAi

H−PAG

H

(10)

Persamaan (9) dan (10) dijumlah didapat :

NAkC

+NA

HkG=CAL−CAi+

PAi

H−PAG

H

(11)

dimana CA¿ =

PAGH

(12)

NAkC

+NA

HkG=CAL−

PAG

H

(13)

NAkC

+NA

HkG=CAL−CA

¿

(14)

15


Pemanasan

NA( 1kC+

1HkG)=CAL−CA¿

(15)

Dengan 1kC

+1HkG

=1Kc

(16)

Maka, persamaan ( 7 ) menjadi :

NA1Kc

=CAL−CA¿

(17)

NA=Kc(C¿¿ AL−CA¿)¿

(18)

Dengan :

NA : fluks molar oksigen di cairan (mg oksigen/ dm2.s)

kC : koefisien transfer massa oksigen di fase cairan

(dm/s)

CAL : konsentrasi oksigen di fasa cairan (mg/L)

CAi : konsentrasi oksigen di fasa interface (mg/L)

kG : koefisien transfer massa di fase gas (mg

oksigen/dm2.s)

PAi : tekanan parsial oksigen di fasa interface (atm)

PAG : tekanan parsial oksigen di fasa gas (atm)

H : konstanta Henry

CA¿ : konsentrasi oksigen di fasa cair yang ada dalam

kesetimbangan dengan tekanan parsial oksigen di

fasa gas (mg oksigen/L)

16


Pemanasan

Kc : koefisien transfer massa total oksigen (dm/s)

Oksigen termasuk suatu zat yang susah larut dalam

air

1Kc

=1kC

+1HkG

dengan H >> maka 1Kc

1kC

Hal tersebut menyimpulkan bahwa tahanan pada fasa

cairan yang mengontrol transfer massa yang terjadi.

Oksigen yang mengalami transfer massa di dalam air

yang dipanaskan pada suhu-suhu tertentu dapat dicari

nilai Kc yaitu koefisien transfer massa total oksigen,

dimana:

Neraca massa oksigen di larutan dalam labu leher tiga

( unsteady state ):

Massa O2 masuk – massa O2 keluar = massa O2 akumulasi

0−¿ Kca(C¿¿ A−CA¿)V=

ddt (V.CA )¿

(19)

−¿ Kca(C¿¿ A−CA¿)V=V

dCA

dt¿

(20)

17


Pemanasan

−¿ Kca(C¿¿ A−CA¿)=

dCA

dt¿

(21)

−∫t=0

t=t

KCadt= ∫CA=CA0

CA=CA 1(C¿¿A−CA

¿)dCA¿

(22)

−KCat=ln( CA−CA¿

CA0−CA¿ )

(23)

KCa=−1tln( CA−CA

¿

CA0−CA¿ )

(24)

Dimana, CA¿ =

PAGH

(25)

Dengan ,

Kca : koefisien transfer massa total oksigen (s-1)

CA : konsentrasi oksigen di fasa cairan tiap saat

(mg/L)




18


Pemanasan

V : volum cairan (dm3)

t : waktu pemanasan (s)


H : konstanta Henry ( atm L/mg )

b. Hubungan Konstanta Henry (H) dan Suhu (T)

A F

T+dT, P+dP T+dT, P+dP

B E

T, P+dP T, P+dP

C D

liq T, P vap

∆gAF=∆gAB+∆gBC+∆gCD+∆gDE+∆gEF

(26)

=0 =0

0=∆gAB+∆gBC+∆gDE+∆gEF

(27)

0=SL.dT−VL.dP+VG.dP−SG.dT

(28)

Karena, VL≪VG maka VL 0

19


Pemanasan

0=(SL−SG )dT+VG.dP

(29)

(SL−SG )dT=−VG.dP

(30)

Dengan, VG=RTP dan (SL−SG ¿=

−∆HT maka persamaan 30

menjadi :

−∆HT

dT=−RTP

dP

(31)

∫T=¿

T=T ∆HT2

dT= ∫P=PAo

P=PAsat

RPdP

(32)

−∆HT

+∆H¿ =Rln

PAsat

PAo

(33)

lnPAsat

PAo=

−∆HR

(1T

−1¿ )

(34)

Untuk kesetimbangan uap-cair dalam larutan dan gas

ideal :

20


Pemanasan

fAv=fA

l

P.yA.∅A=PAsat.xA.γA

Untuk larutan dan gas ideal, ∅A=1dan γA=1, maka :

P.yA.=PAsat.xA

PA=PAsat.xA

Sedangkan hukum Henry

PA=H.xA

Sehingga , PAsat dapat didekati dengan besaran Henry

ln HH0

=−∆HR

(1T

−1¿ )

(35)

HH0

=exp (−∆HR (1T−

1¿ ))

(36)

H=H0exp (−∆HR (1T−

1¿ ))

(37)

lnH=lnH0+∆HRTo

−∆HRT

(38)

Persamaan di atas dapat diubah menjadi :

21


Pemanasan

ln (H )=α−β(1T

)

(41)

Dengan,

α=(ln(H0)+∆HRT0 )

(42)

β=∆HR

(43)

Keterangan :

∆G = beda free gibbs energy, Joule

∆H = beda enthalpy, Joule

SL = entropi cairan, Joule/K

SG = entropi gas, Joule/K

VG = volume gas, m3

VL = volume cairan, m3

R = konstanta gas ideal

T = suhu, K

T0 = suhu referensi, K

H = konstanta Henry

H0 = konstanta Henry referensi

PAsat = tekanan uap murni pada T=T

PAo = tekanan uap murni pada T= T0

22


Pemanasan

c. Hubungan Konsentrasi Oksigen Terlarut (CA) dan Waktu

(t) pada Keadaan Non-Isotermal

Dari neraca massa di dapat persamaan :

−Kca(C¿¿ A−CA¿)=

dCA

dt¿

(21)

Dengan,

CA¿=PAG

H

(25)

H=exp(α+β(1T

))

(44)

T = T0+ vt

(45)

Sehingga,

dCA

dt=−Kca(C¿¿A−

PAG

H)¿

(46)

23


Pemanasan

dCA

dt=−Kca(C

¿¿A−

PAG

exp(α+β(1T ))

)¿

(47)

dCA

dt=−Kca¿¿

(48)

dCA

dt=−Kca.CA+KCa

PAG

exp(α+β

T0+vt )(49)

Penyelesaian selanjutnya dapat diselesaikan secara

analitis dengan menggunakan penyelesaian persamaan

differensial linier orde 1 (Bernoulli) dan trapezoidal

atau secara numeris dengan menggunakan pemrogramaan

computer (Runge Kutta orde 4).

i) Penyelesaian dengan cara analitis

dCA

dt+Kca.CA=

Kca.PAG

exp(α+β

T0+vt )(50)

24


Pemanasan

e∫Kca.dtCA=∫Kca.PAG

exp(α+β

T0+vt )e∫Kca.dtdt+C

(51)

eKca.tCA=∫Kca.PAG

exp(α+β

T0+vt )eKca.tdt+C

(52)

eKca.tCA=∫Kca.PAGexp(Kca.t−α−β

T0+vt)dt+C

(53)

CA=

∫Kca.PAGexp(Kca.t−α−β

T0+vt)dt

eKca.t + CeKca.t

(54)

Dengan,

Kca : koefisien transfer massa total oksigen (s-1)

CA : konsentrasi oksigen di fasa cairan tiap saat

(mg/L)




t : waktu pemanasan (s)

25


Pemanasan


H : konstanta Henry ( atm L/mg )

v : kecepatan kenaikan temperature (℃/menit ¿

T0 : suhu awal (℃¿

ii)Penyelesaian dengan cara numeris

Penyelesaian dengan cara numeris menggunakan metode

Runge-Kutta Order 4 sebagai berikut :

dCA

dt=−Kca¿¿

(49)

k1=f (tn,Can)

(55)

k2=f(tn+∆t2,Can

+∆t2×k1)

(56)

k3=f(tn+∆t2,Can

+∆t2×k2)

(57)

k4=f (tn+∆t,Can+∆t×k2 )

(58)

tn+1=tn+∆t

(59)

26


Pemanasan

Can+1=Can+∆t6× (k1+2k2+2k3+k4)

(60)

iii) Per

bandingan hasil penyelesaian dengan analitis dan

numeris

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.5

1

1.5

2

2.5

t

CA

Gambar 2. Grafik yang Diperoleh dengan Penyelesaian

Menggunakan Metode Analitis

27


Pemanasan

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

0.5

1

1.5

2

2.5

t

CA

Gambar 3. Grafik yang Diperoleh dengan Penyelesaian

Menggunakan Metode Numeris

Dari kedua grafik di atas dapat disimpulkan

bahwa, penyelesaian dengan analitis dan numeris

menunjukkan hasil yang sama.

PELAKSANAAN PERCOBAANA. Alat

Alat – alat yang digunakan dalam percobaan ini adalah :

1. Labu leher tiga 500 ml 1 buah

2. Gelas ukur 1000 ml 1 buah

3. Pendingin balik 1 set

4. Termometer alkohol 1 buah

5. Gelas beker 1000 ml 1 buah

6. Water bath 1 set

28


Pemanasan

7. Corong gelas 1 buah

8. Pipet ukur 10 ml 1 buah

9. Bola penghisap 1 buah

10. Gelas arloji 1 buah

11. Pengaduk kaca 1 buah

12. DO meter 1 set

13. Statif 1 set

14. Klem 2 buah

15. Tabung Reaksi 3 buah

16. Kompresor 1 set

17. Tabung oksigen 3 buah

18. Pengaduk merkuri 1 set

19. Selang pengambil sampel 1 set

B. Bahan

Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah:

1. Aquadest yang diperoleh dari Laboratorium Proses

Pemisahan, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Gadjah Mada.

2. Na2S2O3 yang diperoleh dari Laboratorium Proses

Pemisahan, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik,

Universitas Gadjah Mada.

C. Rangkaian Alat

29


Pemanasan

Keterangan:

1.Labu leher tiga 500

mL

2.Waterbath

3.Motor listrik

4.Pengaduk merkuri

5.Pendingin bola

6.Statif dan klem

7.Kompresor

8.Termometer alkohol

9.Pengambil sampel

10.Penyumbat

11. Steker

12.DO meter

13.Tabung Reaksi

14.Probe DO meter

Aliran air

pendingin

Gambar 4. Rangkaian Alat Percobaan

D. Cara Kerja

1. Kalibrasi DO meter

Natrium thiosulfate sebanyak 2 gram dilarutkan dalam 100

ml aquadest. Angka pada DO meter diubah menjadi 0

sebagai kadar DO dalam larutan Na2S2O3 yang merupakan

larutan blangko.

30


Pemanasan

2. Pernyiapan Sampel

Sebanyak 1000 ml aquadest diambil dan dimasukkan ke

dalam gelas ukur berukuran 1000 ml. Aquadest tersebut

didinginkam dengan diremdam dalam baskom berisi air dan

se batu samapi suhunya 10oC. Kemudian aquadest

dijenuhkan dengan udara dari kompresor, dengan cara

memasukkan ujung selang yang sudah dilengkapi dengan

pemecah gelembung ke dalam aquadest. Penggelembugan ini

dilakukan selama 15 menit. Setelah 15 menit, ukur

kadar DO dalam aquadest menggunakan DO meter dan

dicatat hasilnya.

3. Pengukuran Laju Transfer Massa dan Kelarutan Oksigen

dalam air

Alat percobaan dirangkai sesuai gambar. Suhu dan

kadar DO larutan sampel (aquadest yang telah jenuh

dengan udara) diukur menggunakan termometer dan DO

meter yang telah dikalibrasi. Kemudian, hasilnya di

catat.

Larutan sampel sebanyak 500 ml dimasukkan ke dalam

labu leher tiga. Pengaduk merkuri diatur pada 200 rpm.

Larutan sampel di panaskan di dalam waterbath sampai

suhunya konstan 40oC. Ukur kadar DO pada saat larutan

mencapai suhu 40oC pertama kali menggunakan DO meter

dan setiap setelah melakukan pengukuran probe DO meter

di celupkan ke dalam larutan blangko untuk di

kalibrasi kembali. Setiap selang waktu 30 detik di

ukur pula kadarnya hingga didapatkan 3 data kostan.

31


Pemanasan

Lakukan langkah tersebut untuk suhu 50 oC, 60 oC, 70 oC,

dan 80 oC dengan mengganti larutan sampel.

E. Analisis Data

1. Menentukan Hubungan H dengan T

Hubungan H dengan T dapat dicari dengan turunan

persamaan:

lnH=α+βT

(41)

Persamaan tersebut dapat dilinearkan menjadi

y=A+Bx

(61)

Diselesaikan dengan regresi linier:

B=n∑ x∑y−∑ xy

n ¿¿¿

(62)

A=∑ y−A∑xn

(63)

dengan,

T = suhu larutan, K

y = ln H

x =1/T

32


Pemanasan

H = konstanta henry hasil percobaan, atm

L/mg

2. Menentukan Koefisien Transfer Massa (Kca) Non-Isothermal

Nilai Kca dapat dihitung dengan persamaan

Kcadt=dCA

CA¿−CA

(64)

CA¿=PAG

H

(25)

dengan,KCa = koefisien transfer massa, s-1

t = waktu tertentu, s

CA = konsentrasi O2 dalam cairan setiap saat,

mg/L

CA0 = konsentrasi O2 dalam cairan pada saat to,

mg/L

CA¿ = konsentrasi oksigen di fasa cair yang

ada dalam kesetimbangan dengan

tekanan parsial oksigen di fasa gas (mg

oksigen/L)

H = konstanta henry hasil percobaan, atm

L/mg

PAG = tekanan parsial oksigen di udara, 0,21

atm

33


Pemanasan

dCA

CA ¿−CA diselesaikan dengan trapezoidal untuk tiap waktu

Data percobaan dibuat dalam daftar di bawah ini:

X (t) Y (dCA

CA¿−CA)

Selanjutnya x dan y diplotkan dalam grafik kemudian

diliniearisasikan pada Microsoft Excel, diperoleh slope=

KCa

3. Menghitung nilai Kca rata – rata

KCa=∑1

nKca

n(65)

dengan,

KCa = koefisien transfer massa, s-1

n = jumlah data

4. Menghitung Konsentrasi Oksigen tiap waktu

Konsentrasi oksigen tiap waktu dihitung dengan

persamaan

34


Pemanasan

CA=∫Kca.PAGexp(Kca.t−α−β

T)dt

eKca.t +C

eKca.t

(54)

dengan,

Kca = koefisien transfer massa total oksigen (s-1)

CA = konsentrasi oksigen di fasa cairan tiap saat

(mg/L)

CA¿ = konsentrasi oksigen di fasa cair yang ada dalam



t = waktu pemanasan (s)

PAG = tekanan parsial oksigen di fasa gas (atm)

H = konstanta Henry ( atm L/mg )

T = suhu (oC)

5. Menghitung Kesalahan Relatif Konsentrasi Oksigen tiap

waktu

KesalahanRelatif=|CApersamaan−CApercobaanCApersamaan |x100 %

35


Pemanasan

DAFTAR PUSTAKAAchmad, R. 2004,“Kimia Lingkungan”, Universitas Negeri,

Jakarta.

Fujaya, Y., 2000, “Fisiologi Ikan Dasar. Pengembangan

Teknik Perikanan”, Rineka Cipta, Jakarta.

Murphy, Sheila., "BASIN: General Information on Dissolved

Oxygen", Boulder Community Network - Serving Boulder

County since 1994, Web, 20 November 2013.

Renn, and Charles,E.,1968,“Investigating Water Problem :

A Water Analysis Manual”, LaMotte,Co., Chestertown.

Salmin, 2000,“Kadar Oksigen Terlarut diPerairan Sungai

Dadap”, Goba, Muara

Susanto, 1991, “Membuat Kolam Ikan. Penebar Swadaya”,

Jakarta.

Treyball, R.E.,1982, “Mass Transfer Operation”, 3 ed,

14-78, Mc Graw Hill Kogakusha, Ltd., Tokyo.

“http://digilib.batan.go.id/ppin/katalog/index.php/

searchkatalog/downloadDatabyId/1875/0216-3128-2006-

2-096.pdf.”

“http://www.cnr.uidaho.edu/fish503al/002%20Oxygen/FISH

%20503%20Winkler%20titration%20lab%20day%20I.pdf.”

36

http://www.cnr.uidaho.edu/fish503al/002%20Oxygen/FISH%20503%20Winkler%20titration%20lab%20day%20I.pdf

http://www.cnr.uidaho.edu/fish503al/002%20Oxygen/FISH%20503%20Winkler%20titration%20lab%20day%20I.pdf


Pemanasan

“http://www.dep.state.pa.us/dep/deputate/waterops/

redesign/NPDES%20Lab/Chapter%204.doc”

“http://www.ehow.com/info_8015474_conditions-reduce-

dissolved-oxygen-water.html#ixzz2lG38dWGs”

37

http://www.dep.state.pa.us/dep/deputate/waterops/redesign/NPDES%20Lab/Chapter%204.doc

http://www.dep.state.pa.us/dep/deputate/waterops/redesign/NPDES%20Lab/Chapter%204.doc


Pemanasan

LAPORAN SEMENTARA

PRAKTIKUM KHUSUS OPERASI TEKNIK KIMIA

PENGHILANGAN OKSIGEN TERLARUT DALAM AIR DENGAN PEMANASAN

Praktikan :

1. Mohammad Abdur Rohman 09/281522/TK/

350402. Bernardinus Andrie Luiren 11/313083/TK/

377853. Fildzah Hanifati 11/313562/TK/

379534. Aksioma Dewayani 11/319135/TK/

382665. Affifah Ambar Rafsanjani 11/319173/TK/

383036. Evan Caesario

Tedjososrokuntjoro

11/319177/TK/

38307

Hari / Tanggal :

Asisten : Irsyadia Nindya Wardana, Danu Purwanugraha

Data Percobaan :

Suhu percobaan : oC

Tekanan : atm

1. Kalibrasi DO meter

Berat Na2S2O3 : gram

Volume aquadest : mL

38


Pemanasan

2. Konsentrasi oksigen dalam aquadest pada berbagai suhu

CO2 sebelum dipanaskan :

NoDetik

ke-

CO2 pada suhu, ppm

40oC 50 oC 60 oC 70 oC 80 oC1 2 3 456789101112131415

Yogyakarta, ______________________ 2013

Asisten, Praktikan,1.

2.3.

39


Pemanasan

4.5.

6.

40

Penghilangan kadar Oksigen dalam air dengan pamanasan

Documents

Transcript of Penghilangan kadar Oksigen dalam air dengan pamanasan