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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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)
CA¿ : konsentrasi oksigen di fasa cair yang ada dalam
kesetimbangan dengan tekanan parsial oksigen di
fasa gas (mg oksigen/L)
18
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
Pemanasan
V : volum cairan (dm3)
t : waktu pemanasan (s)
PAG : tekanan parsial oksigen di fasa gas (atm)
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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)
CA¿ : konsentrasi oksigen di fasa cair yang ada dalam
kesetimbangan dengan tekanan parsial oksigen di
fasa gas (mg oksigen/L)
t : waktu pemanasan (s)
25
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
Pemanasan
PAG : tekanan parsial oksigen di fasa gas (atm)
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
kesetimbangan dengan tekanan parsial oksigen di
fasa gas (mg oksigen/L)
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Penghilangan Oksigen Terlarut dalam Air dengan
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
Top Related