KELOMPOK 6 - WWC

LAPORAN RESMI

MATERI

: WETTED WALL COLUMN

KELOMPOK

: 6 / RABU

ANGGOTA

: 1. JUHNIZAR P. BUMINATA

(21030112130124)

2. MINACO RINO

(21030112140043)

3. USYA RAHMATIKA

(21030112120015)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2014

i

WETTED WALL COLUMN

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN RESMI

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO

Materi

: Wetted Wall Column

Kelompok

: 6 / Rabu

Anggota

: 1. Juhnizar P. Buminata

(21030112130124)

2. Minaco Rino

(21030112140043)

3. Usya Rahmatika

(21030112120015)

Semarang, 10 Desember 2014 Mengesahkan, Dosen Pembimbing

Ir. Hantoro Satriadi, MT NIP. 19600115 198810 1 001

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA 2014

ii

WETTED WALL COLUMN

INTISARI Percobaan wetted wall column (WWC) mempelajari perpindahan massa antar fase, yaitu dari cair ke gas. Tujuan percobaan ini adalah menentukan harga koefisien transfer massa (Kgl) pada berbagai variabel operasi laju alir air maupun udara dan menentukan pengaruh bilangan tak berdimensi NRe terhadap NSh. Humidifikasi adalah proses perpindahan atau penguapan air dari fase cair ke dalam campuran gas yang terdiri dari udara dan uap air karena adanya kontak antara cairan yang temperaturnya lebih tinggi dengan campurannya. Dalam proses humidifikasi, tergantung pada beberapa parameter seperti temperature dry bulb, temperature wet bulb, dew point, enthalpy, relative humidity dan persen humidity. Perpindahan massa yang terjadi dari fase cair ke fase gas dapat diketahui dari nilai koefisien perpindahan massa (Kgl). Terdapat beberapa faktor bilangan yang mempengaruhi koefisien perpindahan massa (Kgl), diantaranya adalah bilangan Reynold (NRe), bilangan Schmidt (NSc) dan bilangan Sheerwood (NSh). Proses terjadinya perpindahan massa antar fase ini juga dapat dijelaskan menggunakan teori penetrasi dan teori film. Alat yang digunakan pada percobaan ini meliputi rangkaian alat wetted wall column, rotameter air, rotameter udara, thermometer (dry dan wet), wet test meter, stopwatch. Sedangkan variabel yang digunakan yaitu laju alir air dengan skala rotameter 40, 50, 60, 70, 80 dengan skala rotameter udara tetap 1100 dan laju alir udara dengan skala rotameter 900, 1000, 1100, 1200, 1300 dengan skala rotameter air tetap 60. Percobaan dilakukan dalam dua tahap yaitu tahap persiapan dan tahap operasi. Tahap persiapan meliputi kalibrasi rotameter air dan udara. Tahap operasi dilakukan dengan mengukur suhu dry bulb dan suhu wet bulb pada dasar dan puncak kolom sesuai dengan variabel laju alir dan udara. Dari hasil percobaan, diperoleh data bahwa dengan bertambahnya laju alir air dan udara yang digunakan maka semakin banyak kontak antara uap air dan udara sehingga nilai koefisien perpindahan massa (Kgl) semakin besar. Hubungan laju alir air dan udara terhadap bilangan Reynold (NRe) berbanding lurus. Laju alir meningkat, maka bilangan Reynold juga semakin meningkat. Sedangkan hubungan bilangan Reynold terhadap bilangan Sheerwood dapat dinyatakan dengan persamaan NSh=1,884x10-22(NRe)4,1876 untuk laju alir air dan NSh=4,581x10-13(NRe)1,0056 untuk laju alir udara dengan persen kesalahan masing-masing 33,94 % dan 15,36 %. Kesimpulan dari percobaan ini yaitu semakin besar laju alir maka harga koefisien transfer massa (Kgl) semakin besar. Nilai bilangan Reynold (NRe) semakin besar seiring dengan bertambahnya laju alir air dan udara. Sedangkan hubungan antara NRe terhadap NSh untuk variabel laju alir air dinyatakan dalam persamaan NSh=1,884x10-22(NRe)4,1876 dengan persen kesalahan 33,94%. Untuk variabel laju alir udara dinyatakan dalam NSh=4,581x1013 (NRe)1,0056 dengan persen kesalahan 15,36%. Saran untuk percobaan ini antara lain diusahakan termometer yang digunakan untuk mengukur Td dan Tw tidak bersentuhan langsung dengan pipa, kapas yang digunakan pada thermometer wet bulb harus selalu basah dan skala rotameter air dan udara harus konstan selama proses operasi.


iii

WETTED WALL COLUMN

SUMMARY Wetted wall column (WWC) studied the process of mass transfer between phases from liquid to gas. The purpose of this experiment is to determine the mass transfer coefficient (kgl) on various operating variables of water and air flow rate and determine the effect of a dimensionless number NRe to NSh. Humidification is the process of transferring or evaporation of water from the liquid phase to the gas mixture consisting of air and water vapor, because of the contact between the higher liquid temperature with the mixture. Its depend on several parameters such as dry bulb temperature, wet bulb temperature, dew point, enthalpy, relative humidity, and percent humidity. Mass transfer from the liquid phase to the gas phase can be determined from the number of mass transfer coefficient (Kgl). There are several factors that influence the number of mass transfer coefficient (Kgl) such as Reynold number (NRe), Scmidt number (NSc) and Sheerwood number (NSh). Mass transfer from the liquid phase to the gas phase can also be explained using the penetration theory and film theory. The tools used in this experiment includes a suite of tools wetted wall column, rotameter of water, air rotameter, thermometer (dry and wet), wet test meter, stopwatch. While the variables used are water flow rate of 40, 50, 60, 70, 80 with fixed air rotameter scale 1100 and the air flow rate of 900, 1000, 1100, 1200, 1300 with a fixed scale water rotameter 60. This experiment will consist in two steps: preparation and operation steps. Preparation step are water and air rotameter calibration. Operation step is measuring dry bulb temperature and wet bulb temperature at the bottom and top of the column based on the flowrate of water and the flowrate of air. From the experimental results, data showed that with increasing flowrate of water and air and more contact between water vapor and air, so that the value of mass transfer coefficient (Kgl) is greater. The relationship of water and air flowrate on the Reynold number is proportional. The flowrate increase, the Reynold number is also increasing. While the relationship of the Reynold number to Sheerwood number can be expressed by the equation NSh = 1,884x10-22 (NRe) 4.1876 for water flowrate and NSh = 4,581x10-13 (NRe) 1.0056 for air flowrate with the percent error of each 33,94 % and 15,36 %. The conclusion of the experiment are the flow rate greater so that the mass transfer coefficient (kgl) greater. The Reynolds number (NRe) greater with increasing flow rate of water and air. While the relationship between NRe against NSh to variable water flow rate is expressed by the equation NSh = 1,884x10-22 (NRe) 4.1876 with 33.94% percent error. For variable air flow rate is expressed in NSh = 4,581x10-13 (NRe) 1.0056 with 15.36% percent error. Suggestions for this experiment include thermometer is used to measure dry and wet temperature are not in direct contact with the pipe, cotton is used in the wet bulb thermometer should always be wet and rotameter scale water and air must be constant during the operation.


iv

WETTED WALL COLUMN

KATA PENGANTAR Puji syukur penyusun haturkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena berkat rahmat dan hidayah-Nya, kami dapat menyelesaikan laporan resmi Praktikum Operasi Teknik Kimia. Laporan ini disusun sebagai kelengkapan tugas mata kuliah Praktikum Operasi Teknik Kimia. Laporan Resmi Operasi Teknik Kimia ini berisi materi tentang praktikum “Wetted Wall Column”. Penyusun mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Diyono Ikhsan, SU selaku Penanggung Jawab Laboratorium Unit Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang tahun 2014. 2. Bapak Ir. Hantoro Satriadi, MT selaku Dosen Pembimbing Praktikum Wetted Wall Column Laboratorium Unit Operasi Teknik Kimia. 3. Asisten Laboratorium Unit Operasi Teknik Kimia Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Tahun 2014 Penyusun menyadari pasti ada kekurangan yang perlu diperbaiki. Maka dari itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat penyusun harapkan.

Semarang, 10 Desember 2014 Ttd

Penyusun


v

WETTED WALL COLUMN

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ........................................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................................. ii INTISARI .......................................................................................................................... iii SUMMARY ........................................................................................................................ iv KATA PENGANTAR ........................................................................................................ v DAFTAR ISI ...................................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................................viii DAFTAR TABEL ............................................................................................................... ix BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang ...................................................................................................... 1 I.2 Rumusan Masalah ................................................................................................. 1 I.3 Tujuan.................................................................................................................... 1 I.4 Manfaat........................................................................ .......................................... 1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Humidifikasi ......................................................................................................... 2 II.2 Wetted Wall Column ............................................................................................ 3 II.3 Bilangan Tak Berdimensi ..................................................................................... 4 II.4 Pengertian tentang Koefisien Perpindahan Massa ................................................ 5 II.5 Perpindahan Massa pada Wetted Wall Column ................................................... 7 II.6 Teori Penetrasi ...................................................................................................... 11 II.7 Teori Film ............................................................................................................. 11 BAB III METODE PERCOBAAN III.1 Bahan dan Alat ..................................................................................................... 13 III.2 Variabel ................................................................................................................ 13 III.3 Gambar Alat Utama .............................................................................................. 13 III.4 Respon .................................................................................................................. 14 III.5 Data yang Dibutuhkan .......................................................................................... 14 III.6 Prosedur Percobaan .............................................................................................. 14 III.7 Analisa Hasil Percobaan ....................................................................................... 15


vi

WETTED WALL COLUMN

BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN IV.1 Hasil Percobaan .................................................................................................... 17 IV.2 Pembahasan .......................................................................................................... 18 BAB V PENUTUP V.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 22 V.2 Saran ..................................................................................................................... 22 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 23 LAMPIRAN Laporan Sementara Lembar Perhitungan Referensi Lembar Asistensi


vii

WETTED WALL COLUMN

DAFTAR GAMBAR Gambar II.1

Wetted wall column ..................................................................................... 3

Gambar II.2

Pengaruh koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau dari fase cair ke fase gas .............................................................................. 5

Gambar II.3

Penampang membujur dari wetted wall column untuk bagian dimana perpindahan massa fasa diukur/ditelaah ...................................................... 7

Gambar II.4

Teori penetrasi ............................................................................................. 11

Gambar II.5

Teori film ..................................................................................................... 12

Gambar III.1 Alat praktikum WWC .................................................................................. 13 Gambar IV.1 Grafik hubungan laju alir air terhadap koefisien perpindahan massa cair-gas (Kgl) ............................................................................................... 18 Gambar IV.2 Grafik hubungan laju alir udara terhadap koefisien perpindahan massa cair-gas (Kgl) ............................................................................................... 18 Gambar IV.3 Grafik hubungan laju alir air terhadap NRe .................................................. 19 Gambar IV.4 Grafik hubungan laju alir udara terhadap NRe ............................................. 20 Gambar IV.5 Grafik hubungan log NRe terhadap log NSh pada skala rotameter udara tetap 1100 ..................................................................................................... 20 Gambar IV.6 Grafik hubungan log NRe terhadap log NSh pada skala rotameter air tetap 60 ......................................................................................................... 21


viii

WETTED WALL COLUMN

DAFTAR TABEL Tabel IV.1

Hasil kalibrasi rotameter air ......................................................................... 17

Tabel IV.2

Hasil kalibrasi rotameter udara .................................................................... 17

Tabel IV.3

Hasil operasi WWC dengan variabel laju alir air ........................................ 17

Tabel IV.4

Hasil operasi WWC dengan variabel laju alir udara .................................... 18


ix

WETTED WALL COLUMN

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Perpindahan massa antar fase hampir dijumpai di setiap proses dalam teknik kimia, sebagai contoh: ekstraksi cair-cair, leaching, distilasi, absorbsi, pengeringan, dan pendinginan. Kontak antar fase gas dan cairan dapat terjadi dalam berbagai cara, misalnya: peristiwa dimana cairan dilewatkan kedalam bentuk lapisan film yang bergerak melalui cairan gas dilewatkan melalui tray tower. Dengan adanya kontak antar gas dan cairan, maka akan terjadi perpindahan massa antara gas dan cairan. Oleh karena itu diperlukan koefisien perpindahan massa dari fase gas ke cairan (Kgg) atau sebaliknya (Kgl).

I.2 Rumusan Masalah Praktikum WWC (Wetted Wall Column) merupakan praktikum yang membahas tentang perpindahan massa antar fasa, yaitu gas dan cairan. Pada praktikum ini akan didapatkan besarnya koefisien perpindahan massa (Kgl), kondisi operasi (temperature, tekanan, laju alir udara dan laju alir air) yang mempengaruhi besarnya Kgl dan nilai bilangan tak berdimensi yaitu pengaruh bilangan Reynold terhadap bilangan Sheerwood.

I.3 Tujuan 1. Menentukan besarnya Kgl pada berbagai variabel operasi. 2. Menentukan pengaruh bilangan tak berdimensi NRe terhadap NSh.

I.4 Manfaat 1. Mengetahui kondisi operasi yang mempengaruhi Kgl. 2. Mengetahui fenomena yang terjadi pada saat praktikum Wetted Wall Column.

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

1

WETTED WALL COLUMN

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Humidifikasi Humidifikasi adalah proses perpindahan/penguapan air dari fase cair ke dalam campuran gas yang terdiri dari udara dan uap air karena adanya kontak antara cairan yang temperaturnya lebih tinggi dengan campurannya. Dalam proses humidifikasi, tergantung pada beberapa parameter, diantaranya: 

Temperature Dry Bulb Temperature dry bulb adalah temperatur yang terbaca pada termometer terkena udara bebas namun terlindung dari radiasi dan kelembapan. Temperatur dry bulb sering disebut sebagai temperatur udara, sehingga tidak menujukkan adanya jumlah uap air di udara.



Temperature Wet Bulb Temperature wet bulb adalah temperatur kesetimbangan yang dicapai apabila sejumlah kecil cairan diuapkan ke dalam jumlah besar campuran uap gas yang tidak jenuh. Metode yang dapat digunakan untuk mengukur temperature wet bulb adalah dengan menggunakan termometer yang diselubungi kapas atau kain basah kemudian dialirkan gas yang mempunyai properties T dry dan humidity H. Pada keadaan steady state, air akan menguap ke dalam aliran gas. Kapas atau kain basah akan mengalami pendinginan hingga suhu konstan. Suhu inilah yang disebut T wet bulb. Dalam penerapannya, T wet bulb digunakan untuk menentukan humidity dari campuran airudara.



Dew point Dew point adalah temperatur udara saat saturasi atau temperatur dimana uap air mulai mengembun ketika campuran udara dan uap air didinginkan.



Enthalpi Enthalpi adalah banyaknya kalor (energi) yang ada dalam udara setiap satu satuan massa.



Relative humidity


2

WETTED WALL COLUMN

Relative humidity adalah perbandingan antara fraksi mol uap dengan fraksi mol udara basah pada suhu dan tekanan yang sama (%). 

Persen humidity Persen humidity adalah besarnya kandungan uap air dalam udara kering.

Humidity dinyatakan dengan y. Nilai y dapat dicari dengan menggunakan diagram psikrometrik, dengan mengetahui nilai temperature dry bulb dan temperature wet bulb.

II.2 Wetted Wall Column

Gambar II.1 Wetted wall column Ketika dinding kolom dibasahi dan terisolasi dari lingkungannya sehingga sistem operasi merupakan sistem adiabatik dan cairan diresirkulasi dari bagian dasar kolom melalui reservoir ke puncak kolom, sistem operasi digambarkan sebagai humidifikasi adiabatik. Dalam keadaan ini, hubungan antara komposisi gas dan suhu gas dan cairan dapat dihitung dari termodinamika properti dan neraca massa dan energi. Berdasarkan LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

3

WETTED WALL COLUMN

pertimbangan, dinding kolom yang dibasahi sebagai humidifier adiabatik dengan ketentuan untuk kontrol suhu cairan di reservoir dan penambahan "make up" cairan ke reservoir pada suhu terkontrol. Asumsikan bahwa gas dan cairan seluruh sistem pada awalnya pada suhu yang sama. Massa dari cairan ditransfer sebagai proses penguapan, penurunan suhu yang diperlukan sebagai panas laten penguapan. Suhu cairan yang jatuh di bawah suhu gas, panas ditransfer dari gas ke cairan. Dengan cara ini gas didinginkan dan dilembabkan. Jika cairan masuk ke puncak kolom, harus dipertahankan pada suhu cairan keluar, tingkat suhu menurun cair, dan gradien suhu cairan melalui kolom menurun sedangkan suhu dan kelembaban gas yang masuk tetap konstan. Suhu gas yang keluar akan menurun karena suhu cairan berkurang karena kecepatan transfer panas yang lebih besar diperoleh dengan perbedaan besar dalam suhu antara gas dan cairan. Suhu gas buang akan selalu lebih tinggi dari cairan masuk. Proses pendinginan ini akan berlanjut sampai laju transfer panas dari gas ke cairan hanya setara dengan panas laten yang dibutuhkan untuk menguapkan cairan.

II.3 Bilangan Tak Berdimensi Terdapat beberapa faktor bilangan yang mempengaruhi koefisien perpindahan massa (Kgl) diantaranya meliputi:  Bilangan Reynold (NRe) Dalam mekanika fluida, bilangan Reynolds adalah rasio antara gaya inersia (vsρ) terhadap gaya viskos (μ/L) yang mengkuantifikasikan hubungan kedua gaya tersebut dengan

suatu

kondisi

aliran

tertentu.

Bilangan

ini

digunakan

untuk

mengidentifikasikan jenis aliran yang berbeda, misalnya laminar dan turbulen. Dengan perumusan nilai bilangan sebagai berikut.

Dimana :

vs = kecepatan fluida

L = panjang karakteristik

μ = viskositas absolut fluida dinamis ν = viskositas kinematik fluida: ν = μ / ρ ρ = kerapatan (densitas) fluida  Bilangan Schmidt Bilangan Schmidt merupakan rasio dari momentum dan difusivitas massa. Bilangan ini digunakan untuk menentukan sifat aliran-aliran fluida dimana pada aliran tersebut LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

4

WETTED WALL COLUMN

proses konveksi-difusi momentum dan massa berlangsung secara simultan. Dengan perumusan sebagai berikut.

Dimana :

V = viskositas kinematis (μ/ ) dalam satuan unit (m2/s) D = difusivitas massa (m2/s) µ = viskositas dinamis dari aliran fluida (N.s/m2) = densitas dari fluida (kg/m3)

 Bilangan Sheerwood Bilangan Sheerwood (Nusselt) merupakan bilangan tak berdimensi yang digunakan untuk mengetahui besarnya koefisien transfer massa (Kgl) dimana merupakan rasio dari koefisien konveksi transfer massa dengan difusivitas transfer massa.

Dimana :

L = panjang kolom perpindahan massa (m) D = difusivitas massa (m2/s) K = koefisien transfer massa (m/s)

II.4 Pengertian tentang Koefisien Perpindahan Massa Koefisien perpindahan massa adalah besaran empiris yang diciptakan untuk memudahkan persoalan-persoalan perpindahan massa antar fase, yang akan dibahas disini adalah koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya dari sifatsifat zat untuk menekan. Hal ini dapat diperhatikan pada gambar di dasar ini :

Gambar II.2 Pengaruh koefisien perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau dari fase cair ke fase gas

Koefisien perpindahan massa dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya: LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

5

WETTED WALL COLUMN

1. Kondisi Operasi Kondisi operasi dapat berupa laju alir, temperatur dan tekanan. 2. Kondisi Alat Kondisi alat meliputi diameter dan tinggi/panjang alat. 3. Sifat Bahan Sifat bahan dapat berupa densitas, viskositas, diffusivitas. Bila terjadi perpindahan massa dari fase cair ke fase gas pada bidang selang film, gas – cair dalam hal ini adalah penguapan dari permukaan cairan ke permukaan atau aliran udara. NAy = JAy + XA ( HAy + NBy) ............................................................................. (1) Dimana : NAy = fluks massa komponen A (dalam hal ini air) dalam arah y karena terbawa aliran fluida (gr mole / cm2 det) NBy = fluks massa komponen B (dalam hal ini udara) dalam arah y karena dimana aliran fluida (gr mole / cm2 det) XA = fraksi mol uap air difase gas yang merupakan fungsi dari y dan z JAy = fluks massa komponen A dalam arah y karena difusi molekuler (gr mol / cm2 det) Maka persamaan (1) dapat ditulis kembali sebagai berikut : NAy – XA ( HAy + NBy ) = Jay............................................................................... (2) Menurut Hukum Fid pertama, maka JAy = – C DAB XA / y................................................................................................ (3) Pemecahan persamaan (3) untuk menentukan besarnya Jay memerlukan persyaratan bahwa XA/y diketahui lebih dulu. Untuk memecahkan persoalan yang rumit pada aliran, maka penggunaan persamaan (3) akan sangat menyulitkan. Oleh karena itu, didefinisikan koefisien perpindahan massa. JAy∝ = kg. LoC ( XAo – XA ) ................................................................................... (4) Dimana ( XAo – XA) adalah beda konsentrasi dan dinyatakan dengan fraksi mol dalam arah perpindahan massa y. Pendefinisian ( XAo – XA) ini menentukan definisi yang tepat dari kg, LoC (tanda LoC dari fase gas diganti huruf g). pernyataan lokal disini dimaksudkan untuk menunjukkan bahwa kg dapat berbeda-beda dari satu posisi lain pada permukaan bidang selang perpindahan terjadi. Agar lebih memudahkan pemakaian, maka didefinisikan kg rata-rata yang dinyatakan dengan KgL sebagai berikut . LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

6

WETTED WALL COLUMN

........................................................................................... (5) Menurut definisi dipuncak maka kgL = harga rata-rata kg . LoC untuk seluruh permukaan perpindahan massa J. Tentang ( XAo – XA) pada umumnya dilakukan pendefinisian sebagai berikut : XAo = fraksi mol kompenan A pada fase gas tepat dipergunakan bidang selang XA = fraksi mol rata-rata komponen A, difase gas atau dengan rumus : ................................................................................................. (6) A

= luas penampang aliran gas yang tegak lurus terhadap permukaan perpindahan massa

XA = seperti didefinisikan dipuncakjuga sehingga “cap-muxing arrage” dari XA. LoC.

II.5 Perpindahan Massa pada Wetted Wall Column Guna menelaah perpindahan massa dalam wetted wall column, perhatikan gambar berikut ini:

Gambar II.3 Penampang membujur dari watted wall column untuk bagian dimana perpindahan massa fasa diukur/ditelaah

Kita tinjau sistem setinggi dz. Neraca material komponen A yang dilakukan terhadap segmen tersebut menghasilkan persamaan diferensial sebagai berikut : d(W . XA) / dz = JAy D............................................................................................... (7) dimana, W = laju alir massa gas dalam arah z (gr mole/det)


7

WETTED WALL COLUMN

Dengan menggunakan kenyataan bahwa penambahan laju alir massa dalam arah z hanyalah karena adanya fluks massa JAy maka dapat dituliskan hubungan sebagai berikut: .................................................................................................... (8) Persamaan (7) dan (8) akan menghasilkan hubungan : W

........................................................................................... (9)

Dengan menggunakan (4) maka persamaan (9) dapat diubah menjadi : ..................................................................................... (10) Dalam menyelesaikan persamaan (10) maka perlu penganggapan bahwa XA ratarata (lihat persamaan (6)), maka anggapan tersebut dapat digunakan. Selanjutnya dengan mengabaikan perubahan total dari W sepanjang kolom, mka integrasi persamaan (10) untuk Z = 0 sampai Z = L menghasilkan : ................................................................ (11) Ruas kiri adalah definisi kgl, sedang ekspansi parsiil ruas kanan dapat dengan mudah diintegrasikan. ........................................................................ (12)

Dengan persamaan ini maka kgl dapat ditentukan dari data percobaan. Korelasi empiris dimensi dapat diketahui bahwa kg,l dipengaruhi oleh NRe, NSc, dan factor geometris kolom (L/D). Pengaruh faktor-faktor tersebut dapat dinyatakan sebagai berikut .................................................................................. (13) NRe = bilangan Reynold untuk aliran gas NSc = bilangan Schmidt untuk fasa gas L/D = perbandingan panjang kolom terhadap diameter kolom 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 liquid, seperti pada kasus heat transfer, mekanisme perpindahan massa terjadi dengan cepat. Jika sejumlah campuran gas yang terdiri dari LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

8

WETTED WALL COLUMN

dua jenis molekul atau lebih, dimana konsentrasi masing-masing berbeda, maka masingmasing 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 substan yang terdifusi dengan gradient konsentrasi.

Dimana JA,Z merupakan molar flux pada Z, merupakan perubahan konsentrasi serta DAB adalah diffusivitas massa atau koefisien diffusivitas komponen A yang terdifusi melalui komponen B. Karena perpindahan masssa atau diffui hanya terjadi dalam campuran, maka pengaruh dari tiap komponen harus diperhitungkan. Misalnya, untuk mengetahui laju diffusi dari setiap komponen relative terhadap kecapatan campuran. Kecepatan campuran harus dihitung dari kecepatan rata-rata tiap komponen. Persamaan diatas dikenal dengan persamaan Hukum Frek’s, dimana D AB adalah koefisien diffusivitas. Koefisien diffusivitas tergantung pada: 1. Tekanan 2. Temperatur 3. Komposisi Sistem Koefien diffusivitas masing-masing fase berbeda-beda. Koefien diffusivitas 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 fluyida yang bergerak yang tidak tercampur. Model ini tergantung pada mekanisme perpindahan dan karakteristik gerakan fluida. Persamaan laju perpindahan massa konvektif sebagai berikut: NA = kτ . ΔτA Dimana, NA = peprindahan massa molar zat A ΔτA = perbedaan konsentrasi antara permukaan dengan konsentrasi rata-rata fluida kτ = koefien perpindahan massa konvektif Mekanisme perpindahan massa antar permukaan dan fluida termasuk perpindahan massa molekul melalui lapisan tipis fluida stagnan dan aliran laminar. LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

9

WETTED WALL COLUMN

Beberapa operasi perpindahan massa yang termasuk difusi suatu komponen gas ke suatu komponen yang tidak berdifusi antara lain adalah absorbsi dan humidifikasi. Persamaan yang digunakan untuk menggambarkan koefisien perpindahan massa konvektif adalah:

Dimana: NAZ = laju perpindahan molar DAB = diffuisivitas P

= tekanan

R

= konstanta gas

T

= temperature

Z

= jarak

Persamaan ini diperoleh dari teori lapisan atau film theory, dimana gas melewati permukaan liquid. Teori lapisan ini didasarkan pada model dimana tahanan untuk berdifusi dari permukaan liquid ke aliran gas diasumsikan terjadi dalam suatu stagnan film atau laminar film tebal. Dengan kata lain, menunjukkan tebal lapisan liquid. 1. Transfer massa dari gas ke film falling liquid 2. Transfer massa dalam wetted wall column Kebanyakan data dari transfer massa antara perm pipa dan aliran fluida telah ditentukan dengan menggunakan wetted wall columns. Alasan mendasar untuk menggunakan kolom-kolom ini untuk penyelidikan transfer massa adalah untuk mengontakkan luas area antara 2 fase sehingga dapat dihitung dengan tepat. Koefisien transfer massa konvektif untuk jatuhnya liquid film dikorelasikan oleh Vivian dan pecamenet dengan korelasi:

Dimana: Z

= panjang

DAB = diffuisivitas massa antara komponen A dan B ρ

= densitas liquid B

μ

= viskositas liquid B

g

= percepatan gravitasi

Sc = Schimdt number (dievaluasikan pada tempeartur film liquid) LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

10

WETTED WALL COLUMN

Re = Reynold number

II.6 Teori Penetrasi Teori penetrasi yang dinyatakan oleh Trey Ball menyatakan kontak 2 fluida. Pada gambar (a) gelembung gas membesar melalui liquid yang mengabsorbsi gas. Partikel liquid mulamula berada di puncak gelembung dimana partikel liquid siap sepanjang permukaan gelembung. Pada gambar (b) terlihat dimana liquid dengan gerakan turbulen memperlihatkan arus eddy constant.

Gambar II.4 Teori penetrasi Mula-mula partikel gas terlarut tidak seragam dan mula-mula arus eddy dianggap diam, jika arus eddy dibiarkan berkontak dengan gas pada permukaannya, konsentrasi liquid permukaan gas Ca yang berada pada kelarutan keseimbangan gas dari liquid selama partikel liquid menjadi penentu difusi unsteady state atau penetrasi solute pada arah Z. Untuk waktu yang pendek dan difusinya berlangsung pelan di dalam molekul solute yang larut tidak pernah mencapai kedalaman Zp sesuai dengan ketebalan arus eddy. Keadaan puncak yang ada pada fenomena transfer massa dalam dinding kolom yang dibasahi adalah : CAo pada 9 = 0 , untuk semua Z CA pada Z = 0 , 9 > 0 CAo pada Z = ∞ , untuk semua 9

II.7 Teori Film Gambar di dasar ini memperlihatkan cairan yang sedang jatuh pada lapisan (film) dengan aliran laminer ke dasar pada permukaan rotameter yang vertikal berkontak LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

11

WETTED WALL COLUMN

dengan gas A yang larut ke dalam cairan dengan konsentrasi A yang seragam CA0 dari pada A pada puncaknya.

Gambar II.5 Teori film

Pada permukaan cairan, konsentrasi gas terlarut CA, yang berada dalam keseimbangan dengan tekanan A pada fase gas karena C A > CA0 gas terlarut ke dalam cairan. Koefisien perpindahan massa Kgl dengan sejumlah gas terlarut setelah liquid terjenuh sejauh L dan dihitung. Masalah ini dapat dipecahkan dengan penyelesaian simultan persamaan kontinuitas. Untuk komponen A dengan persamaan yang menggambarkan liquid yaitu persamaan laminer. Persamaan simultan dan jumlah persamaan diferensial partikel menjadi lebih mudah dengan beberapa asumsi : 1. Tidak ada reaksi kimia 2. Pada arah A kondisinya tidak berubah 3. Kondisinya steady state 4. Kecepatan adsorbsi gas sangat kecil 5. Difusi A pada arah yang diabaikan dibandingkan dengan gerakan ke dasar 6. Sifat-sifat fisiknya constan


12

WETTED WALL COLUMN

BAB III METODE PERCOBAAN

III.1 Bahan dan Alat Bahan: - Udara - Air Alat: - Stopwatch - Thermometer

III.2 Variabel 



Variabel Tetap Waktu Kalibrasi Air

= 10 detik

Volume Wet Test Meter

=4L

Laju Alir Udara Tetap

= 1100

Laju Alir Air Tetap

= 600

Variabel Berubah Laju Alir Rotameter Udara = 900, 1000, 1100, 1200, 1300 Laju Alir Rotameter Air

= 400, 500, 600, 700, 800

III.3 Gambar Alat Utama

Gambar III.1 Alat praktikum WWC LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

13

WETTED WALL COLUMN

Keterangan : 1. Blower 2. Rotameter udara 3. Rotameter air 4. Kolom perpindahan massa

III.4 Respon 1. Kalibrasi Rotameter Air Volume air yang ditampung (ml) dan waktu 10 detik pada setiap laju alir. 2. Kalibrasi Rotameter Udara Waktu yang dibutuhkan (detik) untuk 1 kali putaran dengan volume wet test meter 4L. 3. Tahap Operasi Suhu (°C) Wet Bulb dan Dry Bulb di dasar dan puncak kolom pada variabel laju alir air dan variabel laju alir udara pada waktu 10 menit. 4. Analisa Data Hasil Percobaan Mahasiswa diharapakan dapat: a. Membuat kurva hubungan koefisien transfer massa (Kgl) dengan laju alir dan dapat menjelaskan fenomena-fenomena yang terjadi. b. Mengetahui pengaruh NRe terhadap NSh. c. Mencari konstanta a dan b dari persamaan bilangan tak berdimensi yang telah disusun.

III.5 Data yang Dibutuhkan 1. Waktu untuk 1 kali putaran jarum wet test meter (sekon) 2. Volume air selama 10 detik (ml) 3. Td dan Tw input 4. Td dan Tw output

III.6 Prosedur Percobaan Pelaksanaan pekerjaan dapat dibagi dalam dua tahap yaitu tahap persiapan dan tahap operasi.


14

WETTED WALL COLUMN

A. Tahap Persiapan 1. Kalibrasi Rotameter Udara 

Menjalankan rotameter udara.



Mengisi wet test meter volume 4 liter dengan air sehingga putaran jarum konstan.



Memasang wet test meter dengan air sehingga putaran jarum konstan.



Mengatur skala rotameter pada penunjukkan waktu tertentu (use valve).



Menghitung waktu yang diperlukan untuk jarum pada wet test meter melakukan satu putaran.



Mengulangi sampai 3x.



Ulangi langkah di atas untuk skala rotameter udara yang lain.

2. Kalibrasi Rotameter Air 

Mengalirkan air dengan membuka kran pada jarak tertentu.



Membaca skala rotameter pada penunjuk tertentu.



Mengalirkan air selama 10 detik dan menampung airnya untuk mengetahui volumenya.



Mengukur volume air.



Mengulangi sampai 3x.



Mengulangi langkah diatas untuk skala rotameter yang lain.

B. Tahap Operasi 1. Mengalirkan air dari kran air pada penunjukkan skala rotameter tertentu. 2. Mengalirkan udara pada penunjukkan skala rotameter udara tertentu. 3. Mengukur suhu wet bulb (ujung termometer diselubungi kapas basah) dan dry bulb pada puncak dan dasar kolom. 4. Membaca dan mencatat suhu pada termometer. 5. Ulangi langkah 1-4 sebanyak 4 skala lainnya.

III.7 Analisa Hasil Percobaan 1. Dari percobaan didapatkan data Td dan Tw pada input serta Td dan Tw pada output 2. Dengan menggunakan diagram Psychrometric didapatkan nilai Y (humidity) 3. Perhitungan Kgl LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

15

WETTED WALL COLUMN

Dimana X*A1 → plot Tw in, XA1 = Ym dan X*A2 → plot Tw out, XA2 = Yk 4. Perhitungan NSh

ℎ=

(

) ; a dan b dicari dengan metode Least Square

5. Perhitungan prosentase kesalahan


16

WETTED WALL COLUMN

BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil Percobaan Tabel IV.1 Hasil kalibrasi rotameter air Volume (ml)

Skala

Rata-rata

Q air (m3/s)

I

II

III

40

125

120

125

123,33

0,0000123

50

150

155

155

153,33

0,0000153

60

180

185

185

183,33

0,0000183

70

215

215

215

215

0,0000215

80

245

240

240

241,67

0,0000242

Tabel IV.2 Hasil kalibrasi rotameter udara Waktu (sekon)

Skala

Rata-rata

Q udara (m3/s)

I

II

III

900

31

31

33

31,67

0,0001263

1000

21

20

20

20,33

0,0001967

1100

15

14

15

14,67

0,0002727

1200

13

13

12

12,67

0,0003157

1300

12

12

11

11,67

0,0003428

Tabel IV.3 Hasil operasi WWC dengan variabel laju alir air Skala

Td in

Tw in

Td out

Tw out

Air

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

40

35,2

25,5

30,2

50

35,4

26,5

60

35,4

70 80

Kgl

NRe

NSh

27,5

5,441 x 10-6

314

7,99 x 10-12

30,1

27,4

5,822 x 10-6

390

9,96 x 10-12

26,4

30,6

27,3

4,812 x 10-6

467

1,81 x 10-11

34,2

24,8

30

26,6

2,422 x 10-5

547

5,10 x 10-11

34,7

24,9

30,7

27

4,303 x 10-5

615

1,37 x 10-10


17

WETTED WALL COLUMN

Tabel IV.4 Hasil operasi WWC dengan variabel laju alir udara Skala

Td in

Tw in

Td out

Tw out

Udara

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

900

34,4

25,3

28,8

1000

34,1

25,5

1100

34,9

1200 1300

Kgl

NRe

NSh

26,4

3,337 x 10-5

170,21

7,54 x 10-11

29,4

26,4

4,359 x 10-5

265,08

1,23 x 10-10

25,3

29,5

26,9

9,26 x 10-5

367,5

2,49 x 10-10

34,7

25,7

29,8

26,8

6,071 x 10-5

425,53

1,80x 10-10

35,3

26,5

30,5

26,9

5,926 x 10-5

462

1,86 x 10-10

IV.2 Pembahasan IV.2.1 Pengaruh Laju Alir terhadap Harga Kgl

Gambar IV.1 Grafik hubungan laju alir air terhadap koefisien perpindahan massa cair-gas (Kgl)

Gambar IV.2 Grafik hubungan laju alir udara terhadap koefisien perpindahan massa cair-gas (Kgl) LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

18

WETTED WALL COLUMN

Berdasarkan gambar IV.1 dan gambar IV.2 diatas, terlihat bahwa semakin besar laju alir, maka nilai koefisien perpindahan massa (Kgl) semakin besar karena pengaruh bertambahnya debit air maupun udara. Kgl merupakan koefisien perpindahan massa cair-gas. Semakin besar laju alir maka semakin banyak kontak antara uap air dan udara sehingga perpindahan massa cair-gas juga semakin besar. hal ini ditunjukkan pada persamaan berikut.

Keterangan : D

= diameter kolom

L

= panjang kolom

Qu

= laju alir volumetrik udara

ρu

= densitas udara

BMu = berat molekul udara Y’

= Td in saturasi (100% humidity) Dari persamaan diatas, harga Kgl berbanding lurus dengan W, dimana W juga

berbanding lurus dengan laju alir volumetrik udara (Qu) sehingga bisa disimpulkan semakin besar laju alir maka harga Kgl semakin besar.

IV.2.2 Pengaruh Laju Alir terhadap NRe

Gambar IV.3 Grafik hubungan laju alir air terhadap NRe


19

WETTED WALL COLUMN

Gambar IV.4 Grafik hubungan laju alir udara terhadap NRe Dari hasil percobaan yang ditunjukkan oleh kedua gambar grafik diatas dapat dilihat bahwa semakin besar laju alir maka bilangan Reynold (NRe) semakin besar pula. Hal ini sesuai dengan persamaan berikut.

Sesuai dengan persamaan diatas, bilangan Reynold (NRe) sebanding dengan laju alir volumetrik air (Qa) maupun laju alir volumetrik udara (Qu), sehingga semakin besar laju alir maka semakin besar pula bilangan Reynoldnya.

IV.2.3 Hubungan antara NRe dan NSh

Gambar IV.5 Grafik hubungan log NRe terhadap log NSh pada skala rotameter udara tetap 1100 LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA

20

WETTED WALL COLUMN

Gambar IV.6 Grafik hubungan log NRe terhadap log NSh pada skala rotameter air tetap 60 Dari hasil percobaan seperti yang ditunjukkan pada gambar IV.5 dan gambar IV.6 dapat dilihat bahwa semakin besar harga bilangan Reynold (NRe) maka semakin besar pula harga bilangan Sherwood (NSh). Harga NRe yang besar mengindikasikan bahwa alirannya semakin turbulen sehingga nilai koefisien perpindahan massa (Kgl) juga semakin besar. Hubungan NRe dan NSh ditunjukkan pada persamaan berikut. NSh = a(NRe)b ; a dan b dicari dengan metode least square Sesuai dengan persamaan diatas, NSh berbanding lurus dengan NRe sehingga jika NRe besar maka NSh juga semakin besar. Dari hasil percobaan, diperoleh persamaan hubungan antara bilangan Reynold dan bilangan Sherwood pada variabel laju alir air yaitu NSh = 1,884 x 10-22 (NRe)4,1876 dengan persen kesalahan 33,94%. Sedangkan pada variabel laju alir udara, NSh = 4,581 x 10-13 (NRe)1,0056 dengan persen kesalahan rata-rata sebesar 15,36%.


21

WETTED WALL COLUMN

BAB V PENUTUP

V.1 Kesimpulan 1. Semakin besar laju alir alir air maupun udara maka nilai koefisien perpindahan massa (Kgl) semakin besar. 2. Semakin besar laju alir air maupun udara maka bilangan Reynoldnya semakin besar. 3. Hubungan antara bilangan Reynold dan bilangan Sherwood dapat dinyatakan dengan persamaan NSh = a(NRe)b dimana untuk laju alir air, NSh = 1,884 x 10-22 (NRe)4,1876 dan untuk laju alir udara adalah NSh = 4,581 x 10-13 (NRe)1,0056.

V.2 Saran 1. Usahakan termometer untuk mengukur Td dan Tw tidak bersentuhan satu sama lain ataupun menempel pada pipa. 2. Kapas yang digunakan pada termometer untuk mengukur Tw harus selalu dalam keadaan basah. 3. Skala rotameter udara dan air harus selalu konstan pada saat operasi WWC berlangsung.


22

WETTED WALL COLUMN

DAFTAR PUSTAKA Anonim. 2009. “Mass Transfer in Falling Films”. Penjabaran Rumus Wetted Wall Column. http://www.hemiri.com/LionImages/PDFStore/MASS%20TRANSFER%20IN%20 FALLING%20FILMS.pdf

(diakses tanggal 25 Oktober 2014)

Bird, RB. Stewart, Wt and Light Foote, E. N. “Transport Phenomena”. John Willey and Jason. 1968. Mc Cabe, WL and J Smith. “Unit Operation”. Mc Graw Hill Book. New York. 1956. Treybal, RE. “Mass Transfer Operation”. 3rd ed. Mc Graw Hill Book Co. Book of Japan. 1980.


23

LAPORAN SEMENTARA PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA

Materi : Wetted Wall Column

Disusun oleh : Kelompok

: 6 / Rabu

Anggota

: 1. Juhnizar P. Buminata (21030112130124) 2. Minaco Rino

(21030112140043)

3. Usya Rahmatika

(21030112120015)

LABORATORIUM UNIT OPERASI TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2014

HASIL PERCOBAAN A. Kalibrasi Rotameter Udara Waktu (detik)

Laju Alir Udara

I

II

III

900

31

31

33

1000

21

20

20

1100

15

14

15

1200

13

13

12

1300

12

12

11

B. Kalibrasi Rotameter Air Laju Alir Air

Volume (ml) I

II

III

40

125

120

125

50

150

155

155

60

180

185

185

70

215

215

215

80

240

245

240

C. Tahap Operasi 

Laju Alir Air = 60

Laju Alir

Td in

Td out

Tw in

Tw out

Td awal

Tw awal

900

34,4

28,8

25,3

26,4

28

27

1000

34,1

29,4

25,5

26,4

28,7

27

1100

34,9

29,5

25,3

26,9

29

27

1200

34,7

29,8

25,7

26,8

29,5

26

1300

35,3

30,5

26,5

26,9

32,5

28

Udara



Laju Alir Udara = 1100

Laju Alir

Td in

Td out

Tw in

Tw out

Td awal

Tw awal

40

35,2

30,2

25,5

27,5

35

25

50

35,4

30,1

26,5

27,4

36

28

60

35,4

30,6

26,4

27,3

31

26,2

70

34,2

30

24,8

26,6

35

28

80

34,7

30,7

24,9

27

32,2

27

Air

PRAKTIKAN

Juhnizar P. B., Minaco R., Usya R.

Semarang, 22 Oktober 2014 MENGETAHUI ASISTEN

Agnes Priska T. NIM. 21030111130054

LEMBAR PERHITUNGAN

Diameter kolom

= 18.8 cm

= 0.188 m

Panjang kolom

= 5.987 cm

= 0.05987 m

Densitas air

= 0.995341 gr/ml

= 995.341 kg/m3

Densitas udara

= 0.0011313 gr/ml

= 1.1313 kg/m3

Viskositas air

= 0.83 cp

= 8.3x10-4 kg/m.s

Viskositas udara

= 0.018 cp

= 1.8 x 10-5 kg/m.s

Suhu ruangan

= 30oC

= 303 K

Tekanan udara

= 1 atm

= 1.0132 x 10-5 N/m2

A. Kalibrasi rotameter air (t = 10 s) ; Skala Udara = 1100 Skala

Volume (ml)

Rata-rata

Qair (m3/s)

I

II

III

40

125

120

125

123,33333

0,0000123

50

150

155

155

153,33333

0,0000153

60

180

185

185

183,33333

0,0000183

70

215

215

215

215

0,0000215

80

240

245

240

241,66667

0,0000242

B. Kalibrasi rotameter udara (volume air 4L = 0,004 m3) ; Skala Air = 60 Skala

Volume (ml)

Rata-rata

Qudara (m3/s)

I

II

III

900

31

31

33

31,666667

0,0001263

1000

21

20

20

20,333333

0,0001967

1100

15

14

15

14,666667

0,0002727

1200

13

13

12

12,666667

0,0003157

1300

12

12

11

11,666667

0,0003428

Rumus yang digunakan Quk =

Qum = Vm = Vk = Dalam persamaan ini, Quk, Qum

= debit air keluar, masuk (m3/s)

Vol

= volume udara yang mengalir (m3)

Vm,Vk

= volume udara masuk, keluar (m3)

Tdi, Tdo

= suhu dry bulb masuk, keluar (K)

Pm, Pk

= tekanan udara masuk, keluar (N/m2)

Ym, Yk

= molal humidity udara masuk, keluar (mol air/mol udara kering)

Karena dalam percobaan Pm=Pk= 1 atm, maka persamaan menjadi :

Ym dan Yk dapat dicari dari diagram psikhometrik Tw diplotkan pada garis 100% humidity kemudian tarik garis saturasi adiabatic ke Td, maka didapat Y: 

Tw in, Td  Ym



Tw out, Td out  Yk

C. Perhitungan bilangan Reynold air ; v = Q/A ; D=diameter kolom D. Perhitungan tebal lapisan film ; g= konstanta grafitasi=9,8 m/s2

E. Perhitungan bilangan Reynold udara

F. Perhitungan Kgl

XA2*  Plot Tw out ; XA2 = Yk Dimana W = BMu = 28,97 kg/mol Y’= Td in saturasi (100% humidity)

G. Perhitungan bilangan Sherwood

Kgl

= Koefisien transfer massa udara (mol/m2.s)

Pm

= tekanan parsiil rata-rata (N/m2)

Pt

= tekanan total =1,0132x105 N/m2

R

= konstanta gas ideal = 8,314 Nm/kmol.K

T

= Temperature absolute = 30+273 = 303 K

DAB

= 2,6384 x 105 m2/s Difusifitas air udara (m2/s), dengan interpolasi dari data yang di dapat dari Treyball table 2-1

H. Perhitungan bilangan Sherwood persamaan ; a dan b dicari secara least square

I. Perhitungan persentase kesalahan

Variabel laju alir air (skala rotameter udara 1100) Skala air

Tdin (oC)

Twin(oC)

40

35,2

25,5

Tdout(oC) Twout(oC) Ym=XA1 Yk=XA2 30,2

27,5

0,013

0,0145

50

35,4

26,5

30,1

27,4

0,0124

0,0142

60

35,4

26,4

30,6

27,3

0,012

0,014

70

34,2

24,8

30

26,6

0,01

0,0134

80

34,7

24,9

30,7

27

0,01

0,0135

Skala

Tdin

Tdout

air

(oC)

(oC)

40

35,2

50

NRe

Ym

Yk

Vm/Vk

Qa

30,2

0,013

0,0145

1,014987

0,0000123

314

0,0002556

35,4

30,1

0,0124

0,0142

1,015680

0,0000153

390

0,0002749

60

35,4

30,6

0,012

0,014

1,013806

0,0000183

467

0,0002917

70

34,2

30

0,01

0,0134

1,010459

0,0000215

547

0,0003076

80

34,7

30,7

0,01

0,0135

1,009672

0,0000242

615

0,0003199

Tdin

Y’

W

Skala

Qudara

air

NRe Udara

air

XA1*=YA1 XA2*=YA2

40

0,0002727

367

308,2

0,033

1,0310E-05

0,015

0,016

50

0,0002727

367

308,4

0,0315

1,0325E-05

0,014

0,0157

60

0,0002727

367

308,4

0,0324

1,0316E-05

0,0145

0,0155

70

0,0002727

368

307,2

0,0306

1,0334E-05

0,0115

0,0148

80

0,0002727

368

307,7

0,033

1,0310E-05

0,0118

0,0152

Skala

Kgl

PA1

PA2

Pm

40

5,441E-06

1,497E+03

1,596E+03

1,013E+08

7,99E-12

50

5,822E-06

1,399E+03

1,566E+03

5,955E+07

9,96E-12

60

4,812E-06

1,448E+03

1,546E+03

1,013E+08

1,81E-11

70

2,422E-05

1,152E+03

1,478E+03

3,065E+07

5,10E-11

80

4,303E-05

1,182E+03

1,517E+03

2,975E+07

1,37E-10

air

Hubungan antara NRe dan NSh NSh = a(NRe)b Log NSh = log a+b log NRe y = mx+c

NSh

Skala air Log NRe Air (sb X) Log Nsh (sb Y) 40

314

2,49692965

50

390

2,59106461

60

467

2,66931688

70

547

2,73798733

80

615

2,78887512

Persamaan least square nya menjadi: y = mx + c = b log (NRe) + log a = 4,1876x - 21,725 m = b = 4,1876 c = log a = (-21,725) a = 1,884E-22 maka (NSh)p = a (NRe)b = 1,884E-22 (NRe)4,1876 Perhitungan % kesalahan % kesalahan = NRe air

(NSh)h

(NSh)p

% Kesalahan

314

7,99E-12

5,38447E-12

48,39 %

390

9,96E-12

1,33457E-11

25,37 %

467

1,81E-11

2,83812E-11

36,23 %

547

5,10E-11

5,50295E-11

7,322 %

615

1,37E-10

8,98863E-11

52,41 %

Rata-rata kesalahan

33,94 %

Variabel Laju alir udara (skala rotameter air 60) Skala udara

Tdin (oC) Twin(oC) Tdout(oC) Twout(oC) Ym=XA1 Yk=XA2

900

34,4

25,3

28,8

26,4

0,0138

0,0186

1000

34,1

25,5

29,4

26,4

0,0139

0,018

1100

34,9

25,3

29,5

26,9

0,0143

0,0188

1200

34,7

25,7

29,8

26,8

0,0141

0,0179

1300

35,3

26,5

30,5

26,9

0,014

0,0176

Skala

Tdin

Tdout

o

o

Ym

Yk

Vm/Vk

Qa

NRe

( C)

( C)

900

34,4

28,8

0,0138

0,0186

1,013756

0,0000183

467

0,0002917

1000

34,1

29,4

0,0139

0,018

1,011452

0,0000183

467

0,0002917

1100

34,9

29,5

0,0143

0,0188

1,013355

0,0000183

467

0,0002917

1200

34,7

29,8

0,0141

0,0179

1,012389

0,0000183

467

0,0002917

1300

35,3

30,5

0,014

0,0176

1,012222

0,0000183

467

0,0002917

Skala

Qudara

udara

NRe

Tdin

Udara

(°C)

Y’

W

air

δ

udara

XA1*=YA1 XA2*=YA2

900

0,0001263

170,21

34,4

0,0328

4,776E-06

0,0178

0,0203

1000

0,0001967

265,08

34,1

0,033

7,437E-06

0,018

0,02

1100

0,0002727

367,5

34,9

0,0317

1,032E-05

0,0179

0,02

1200

0,0003157

425,53

34,7

0,0326

1,194E-05

0,0182

0,0201

1300

0,0003428

462

35,3

0,0324

1,297E-05

0,0182

0,02

Skala

Kgl

PA1

PA2

Pm

NSh

900

3,3372E-05

1,772E+03

2,016E+03

4,048E+07

7,54E-11

1000

4,3593E-05

1,792E+03

1,987E+03

5,061E+07

1,23E-10

1100

9,2609E-05

1,782E+03

1,987E+03

4,820E+07

2,49E-10

1200

6,071E-05

1,811E+03

1,996E+03

5,328E+07

1,80E-10

1300

5,9264E-05

1,811E+03

1,987E+03

5,624E+07

1,86E-10

udara

Hubungan NRe dan NSh NSh = a(NRe)b Log NSh = log a+b log NRe y = mx+c

Skala udara Log NRe udara (sb X) Log NSh (sb Y) 900

2,230985

-10,12263

1000

2,423377

-9,910095

1100

2,565257

-9,603801

1200

2,62893

-9,744727

1300

2,664642

-9,730487

Persamaan least square nya menjadi: y = mx + c = b log (NRe) + log a = 1,0056x – 12,339 m = b = 1,0056 c = log a = -12,339 a = 4,581E-13 maka NSh = 4,581E-13 (NRe)1,0056 Perhitungan % kesalahan % kesalahan = NRe udara

(NSh)h

(NSh)p

% Kesalahan

170,21

7,54E-11

8,0256E-11

6,051 %

265,08

1,23E-10

1,253E-10

1,835 %

367,5

2,49E-10

1,7403E-10

43,08 %

425,53

1,80E-10

2,0168E-10

10,75 %

462

1,86E-10

2,1906E-10

15,09 %

Rata-rata kesalahan

15,36 %

MASS TRANSFER IN FALLING FILMS Flow of a liquid down a flat vertical plate. Consider a plane of unit area parallel to the surface at a distance x from the free surface. Force Balance τx= -A µ du/dx = A ρ g x x dx = - (µ/ρ g) du x2/2 = -(µ/ρ g) u = constant at x = z ; u = 0 and ∴ constant = z2/2

∴ u = (ρ g/2 µ).[z2 – x2]

The volume of liquid flowing in unit time through a unit width is given by,

q = u dx = ρ g/2 μ. z x dx Note: in the case of wetted wall column the unit width will be a unit width of the circumference of the wetted wall. q = ρ g/3 μ z3 Hence for a given flow rate, q, the mass flow rate is, =ρq

Where is the mass flow rate per unit length of the periphery. The thickness of the liquid film, z =

At x = 0 ; u = umax ∴ umax = (ρ g/2 µ).z2

I

µ

µ!

= "

= (ρ g/2 µ). [

µ! "

]2

= [ (9/8). (g 2/ ρ µ)]1/3

The mean (average) velocity is, uav = q/z = (ρ g/3 µ).z2

∴ uav = 2/3 umax

Residence time, t = L/ umax = 2L/3 uav, where L is length of column.

Re = ρ uav dh/ µ, where dh is the hydraulic diameter. dh = 4 . cross sec8onal area of flow/we:ed perimeter = 4.#.D.z/ #D = 4z

∴ Re = 4ρ uav z/ µ = 4 / µ Liquid Film Mass Transfer Coefficient in Wetted Wall Column The following assumptions are considered here, 1- The partial pressure of solute in gas phase is constant, this is true if (i) Gas phase is pure solute. (ii) Gas flow rate is large, solute absorbed is negligible thus partial pressure does not change appreciably. 2- The liquid concentration at the interphase is in equilibrium with the bulk of the gas. 3- Resistance to mass transfer is totally in the liquid phase, i.e., kl = KOL.

According to the Penetration theory, $%&

(

$'

)x=0 =

%(& ) %&* √,-.

And the rate of mass transfer at the interface,

II

$%&

NA = -A. DAB (

$'

)x=0 = -A. DAB

%(& ) %&* √,-.

moles/unit time

Total amount of absorption over time, t is: WA = - A. DAB

%(& ) %&* /,-&0

WA = 2A C4( C4 )

. 1.

.2/" 5 678 9

For the wetted wall column, Residence time = (2 L/3 uav) = L/umax Interfacial area, A = π. d. L < π. d. umax.t ; where d is inside column diameter. Volume of liquid leaving the column in time, t (residence time) is: V = π. d. z.uav.t

= π. d. z.uav. (2 L/3 uav)

= 2π. d. z. L/3

The increase in liquid concentration due to absorption is: ∆C <

total number of moles of solute absorbed volume of liquid leaving column in residence time t

∆C < ∆C =

MN

4 %(& ) %&* O&0 ,.1..PQ

,.1..P %(& ) %&*

∆%

%(& ) %&*

,.1..PQ

=

" R N&0 O STU

V678

, " WXY

III

Mass transfer coefficient kl is calculated from: NA = kl.A (C4( - CA0) = V ZC

= kl.#.d.L (C4( - CA0) = #.d.z.uav ZC

∴ kl = kl =

Or,

P %(& ) %&*

.[TU P

kl = But,

.[TU \%

= ," &0 [ V-

V-&0 ,P

TU

V-&0 [TU ,P

/u]^

Re = 4ρ uav z/ µ à µ d/

/u]^ = _b c

=e

à µ

µf

b " g h

d/

i

Substitute for Γ from earlier and rearrange to get, µ d/V

1/3 /u]^ = Re _bk c

∴ kl =

V-&0 ,P

1/3

Re

1/3

= 0.725 Re

_

µ d/V

c

bk

µ d/V

_ c

Multiply by z/DAB

-&0 P

µ d/V d/

∴ kl z/DAB = 0.725 Re1/3 _ c kl z/DAB = 0.725 Re Sh = 0.725 Re

1/3

1/3

_

µ

-&0

_ c P

_

-&0

d/

c

d/ d/ "

c

p n/o n/o lm _ c q

_ c P

rsn/t IV

_

µ"

d/V

c

This equa8on is applicable for Laminar flow (Re<1200) in We:ed Wall Column. For Turbulent flow we use the relation, uN

-&0

=

à

d

; where ED is the Eddy diffusivity.

And, E- = (Re.DAB / 1200)1/2 d/

Substitute for DAB by ED from above in equation (*). kl = 0.725 Re1/3 _

µ d/V

kl = 0.0209 Re5/6 _

c

µ d/V

c

-&0

_

P

à

d/

c

d

-&0 P

And, p n/o

Sh = 0.0209 Re5/6 lmn/o _ c q

V

rsn/t

DIPERIKSA KETERANGAN NO TANGGAL 1

9/12/2014

-

Perbaiki isi, intisari, summary Bab III, IV, lampiran, dapus Lengkapi satuan-satuan Sesuaikan daftar isi Samakan ukuran kertas

2

13/12/2014

-

Perbaiki Bab IV (format), daftar isi Perhatikan spasi paragraf

3

15/12/2014

-

Perbaiki daftar isi, Bab IV

4

15/12/2014

ACC

TANDA TANGAN

KELOMPOK 6 - WWC

Recommend Documents