ABSORBSI 2010
LAPORAN AKHIR PRAKTIKUM UNIT OPERASI PROSES II
DOSEN : IR. PRASWASTI PDK WULAN, MT
ABSORBSI
Disusun Oleh :
Annalisia Rudatin Dhinda Prinita Sari Ikha Muliawati Rudy Wijaya
DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA | 2010 i
ABSORBSI 2010 DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .......................................................................................................................................................................... ii BAB I ...................................................................................................................................................................................... 1 TEORI DASAR ..................................................................................................................................................................... 1 I.1 Definisi ......................................... .................... ........................................... ............................................ ........................................... ........................................... ............................................ ..................................... ............... 1 I.2 Pemilihan Pelarut .................................................................................................................................................. 2 I.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Absorpsi .................................................................................. 3 I.4 Jenis-jenis Kolom Absorber.......................................... .................... ............................................ ............................................ ............................................ ........................................ .................. 4 I.5 Menara Packed Bed .......................................... ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ........................................... ................................. ............ 5 I.5.1 Keunggulan Menara Packed Bed ............................................................................................................. ............................................................................................................. 5 I.5.2 Kelemahan Menara Packed Bed........................................... Bed..................... ............................................ ............................................ ........................................... ....................... 5 I.5.3 Ketentuan Isian dari Menara Packed Bed.......................................... ..................... ........................................... ............................................ .......................... .... 5 I.5.3 Pressure Drop pada Drop pada Packed Bed Column ............................................................................................. Column ............................................................................................. 6 I.6 Persamaan Umum pada Kolom Absorber ................................................................................................... 7 I.6.1 Neraca Massa .................................................................................................................................................. 7 I.6.2 Koefisien Transfer Massa Gas Menyeluruh (K (K OG ..................... ........................................ .................. 8 OG atau K G) ........................................... I.7 Pemilihan Jenis Packing ...................................................................................................................................... 9 BAB II ALAT DAN BAHAN .......................................................................................................................................... 10 BAB III PERCOBAAN ..................................................................................................................................................... 11 III.1 Percobaan 1: Hidrodinamika Packed Column – Pressure Drop (P) Kolom Kering........... 11 III.2 Percobaan 2: Hidrodinamika Packed Column, Hubungan Antara Pressure Drop Udara dengan Laju Alir Air pada Kolom Isian ............................................................................................................ 14 III.3 Percobaan 3 : Absorpsi CO 2 dengan air menggunakan analisis gas ......................................... .................... ......................... 19 III.4 Percobaan 4 : Absorbsi CO 2 Dengan Air Menggunakan Analisis Larutan ................................ .................... ............ 23 III.5 Percobaan 5 : Absorpsi CO 2 dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan Cair .. 27 BAB IV KESIMPULAN ................................................................................................................................................... 33 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................................................ 34
ii
ABSORBSI 2010 DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .......................................................................................................................................................................... ii BAB I ...................................................................................................................................................................................... 1 TEORI DASAR ..................................................................................................................................................................... 1 I.1 Definisi ......................................... .................... ........................................... ............................................ ........................................... ........................................... ............................................ ..................................... ............... 1 I.2 Pemilihan Pelarut .................................................................................................................................................. 2 I.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Absorpsi .................................................................................. 3 I.4 Jenis-jenis Kolom Absorber.......................................... .................... ............................................ ............................................ ............................................ ........................................ .................. 4 I.5 Menara Packed Bed .......................................... ..................... ........................................... ............................................ ............................................ ........................................... ................................. ............ 5 I.5.1 Keunggulan Menara Packed Bed ............................................................................................................. ............................................................................................................. 5 I.5.2 Kelemahan Menara Packed Bed........................................... Bed..................... ............................................ ............................................ ........................................... ....................... 5 I.5.3 Ketentuan Isian dari Menara Packed Bed.......................................... ..................... ........................................... ............................................ .......................... .... 5 I.5.3 Pressure Drop pada Drop pada Packed Bed Column ............................................................................................. Column ............................................................................................. 6 I.6 Persamaan Umum pada Kolom Absorber ................................................................................................... 7 I.6.1 Neraca Massa .................................................................................................................................................. 7 I.6.2 Koefisien Transfer Massa Gas Menyeluruh (K (K OG ..................... ........................................ .................. 8 OG atau K G) ........................................... I.7 Pemilihan Jenis Packing ...................................................................................................................................... 9 BAB II ALAT DAN BAHAN .......................................................................................................................................... 10 BAB III PERCOBAAN ..................................................................................................................................................... 11 III.1 Percobaan 1: Hidrodinamika Packed Column – Pressure Drop (P) Kolom Kering........... 11 III.2 Percobaan 2: Hidrodinamika Packed Column, Hubungan Antara Pressure Drop Udara dengan Laju Alir Air pada Kolom Isian ............................................................................................................ 14 III.3 Percobaan 3 : Absorpsi CO 2 dengan air menggunakan analisis gas ......................................... .................... ......................... 19 III.4 Percobaan 4 : Absorbsi CO 2 Dengan Air Menggunakan Analisis Larutan ................................ .................... ............ 23 III.5 Percobaan 5 : Absorpsi CO 2 dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan Cair .. 27 BAB IV KESIMPULAN ................................................................................................................................................... 33 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................................................................................ 34
ii
ABSORBSI 2010 BAB I TEORI DASAR
I.1 Definisi Absorpsi merupakan proses yang terjadi ketika suatu komponen gas (absorbat) berdifusi ke dalam cairan (absorben) dan membentuk suatu larutan. Prinsip dasar dari absorpsi adalah memanfaatkan besarnya difusivitas molekul-molekul gas pada larutan tertentu. Bila campuran gas dikontakkan dengan cairan yang mampu melarutkan salah satu komponen dalam gas tersebut dan keduanya dikontakkan dalam jangka waktu yang cukup alam pada suhu tetap, maka akan terjadi suatu kesetimbangan dimana tidak terdapat lagi perpindahan massa. Driving force force dalam perpindahan massa ini adalah tingkat konsentrasi gas terlarut (tekanan parsial) dalam total gas melebihi konsentrasi kesetimbangan dengan cairan pada setiap waktu. Sebagai ilustrasi dapat diamati, bila gas (rich ( rich gas) gas) yang mudah larut dalam air dengan konsentrasi tertentu memasuki bagian bawah kolom absorpsi, bergerak anik secara berlawanan arah (countercurrent ( countercurrent ) dengan air murni yang bergerak turun melalui bagian atas kolom, akan jelas terlihat bahwa jumlah gas yang ter;arut dalam total gas keluar akan turun (lean (lean gas) gas) dan konsentrasi gas dalam air akan naik. Laju yang menunjukkan perpindahan molekul etrlarut yang terabsorpsi dikenal dengan interface mass-transfer rate dan rate dan bergantung dengan jumlah permukaan kontak kedua fluida. Jumlah area kontak tersebut berhubungan erat dengan ukuran dan bentuk material isian ( packing ( packing), ), laju cairan, distribusi cairan antar permukaan packing, packing, potensi cairan untuk menggenang, dan sifat-sifat lain.
Gambar I.1 Pergerakan molekul gas ke liquid Berdasarkan Berdasarkan interaksi i nteraksi antara absorbent dan dan absorbate, absorpsi dibedakan menjadi: 1
ABSORBSI 2010 Absorpsi Fisika komponen yang diserap pada absorpsi ini memiliki kelarutan yang lebih tinggi (dibanding komponen gas lain) dengan pelarut (absorben) tanpa melibatkan reaksi kimia.
Contoh: Absorpsi menggunakan pelarut shell sulfinol, Selexol TM , Rectisol TM (LURGI), flour solvent ( propylene carbonate).
Absorpsi Kimia melibatkan reaksi kimia saat absorben dan absorbat berinteraksi. Reaksi yang terjadi dapat mempercepat laju absorpsi, serta meningkatkan kapasitas pelarut untuk melarutkan komponen terlarut
Contoh: Absorpsi yang menggunakan pelarut MEA, DEA, MDEA, Benfield Process (Kalium Karbonat)
I.2 Pemilihan Pelarut Pertimbangan pemilihan pelarut yang digunakan untuk proses absorpsi memiliki kriteria sebagai berikut: a) Tujuan dari proses absorpsi, di antaranya:
Jika tujuan utama operasi untuk menghasilkan larutan yang spesifik, maka pelarut ditentukan berdasarkan sifat dari produk. Contoh: produksi HCl.
Jika tujuan utama adalah menghilangkan kandungan tertentu dari gas, maka ada banyak pilihan yang mungkin. Misalnya air yang merupakan pelarut paling murah, tersedia dalam jumlah yang banyak, dan sangat kuat untuk senyawa polar.
b) Kelarutan Gas Kelarutan gas harus tinggi sehingga dapat meningkatkan laju absorpsi dan menurunkan kuantitas pelarut yang diperlukan. Umumnya, pelarut yang memiliki sifat yang sama dengan bahan terlarut akan mudah dilarutkan. c) Volatilitas Pelarut harus memiliki tekanan uap yang rendah karena jika gas yang meninggalkan kolom absorpsi jenuh dengan pelarut, maka akan ada banyak pelarut yang terbuang. Jika diperlukan, dapat menggunakan cairan pelarut kedua, yaitu yang volatilitasnya lebih rendah untuk menangkap porsi gas teruapkan. 2
ABSORBSI 2010 d) Korosivitas Material bangunan menara dan isinya sedapat mungkin tidak dipengaruhi oleh sifat pelarut. Pelarut yang korosif dapat merusak menara dan oleh sebab itu memerlukan material menara yang mahal atau tidak mudah dijumpai, oleh karenanya kurang disukai. e) Harga Penggunaan
pelarut
yang
mahal dan
tidak
mudah
ter- recovery akan
meningkatkan biaya operasi menara absorber. f) Ketersediaan Ketersediaan pelarut di dalam negri akan sangat berpengaruh terhadap stabilitas harga dan biaya operasi secara keseluruhan. g) Viskositas Viskositas pelarut yang rendah amat disukai karena akan terjadi laju absorpsi yang tinggi, meningkatkan karakter flooding dalam menara, serta perpindahan kalor yang baik. h) Lain-lain Sebaiknya pelarut tidak memiliki sifat toksik, flamable, dan sebaliknya pelarut sedapat mungkin harus stabil secara kimiawi dan memiliki titik beku yang rendah.
I.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Absorpsi a) Luas pemukaan kontak Semakin besar permukaan gas dan pelarut yang kontak, maka laju absorpsi yang terjadi juga akan semakin besar. Hal ini dikarenakan, permukaan kontak yang semakin luas akan meningkatkan peluang gas untuk berdifusi ke pelarut. b) Laju alir fluida Jika laju alir fluida semakin kecil, maka waktu kontak antara gas dengan pelarut akan semakin lama. Dengan demikian, akan meningkatkan jumlah gas yang berdifusi. c) Konsentrasi gas Perbedaan konsentrasi merupakan salah satu driving force dari proses difusi yang terjadi antar dua fluida. d) Tekanan operasi 3
ABSORBSI 2010 Peningkatan tekanan akan meningkatkan efisiensi pemisahan.
e) Temperatur komponen terlarut dan pelarut Temperatur pelarut hanya sedikit berpengaruh terhadap laju absorpsi. f) Kelembaban Gas Kelembaban yang tinggi akan membatasi kapasitas gas untuk mengambil kalor laten, hal ini tidak disenangi dalam proses absorpsi. Dengan demikian, proses dehumidification gas sebelum masuk ke dalam kolom absorber sangat dianjurkan.
I.4 Jenis-jenis Kolom Absorber Secara umum kolom absorber dibagi menjadi tiga, yaitu: a) Packed Bed Column b) Plate Column c) Spray Column
Gambar I.2 Packed Bed Column
Gambar I.3 Plate Coulmn
Gambar I.4 Spray Column Aliran fluida dalam kolom absorber dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: a) Cross-flow → bersilangan
4
ABSORBSI 2010 b) Countercurrent → berlawanan arah c) Co-current → searah
Gambar I.5 Aliran a) Cross-flow dan b) Countercurrent dalam Plate Column I.5 Menara Packed Bed I.5.1 Keunggulan Menara Packed Bed •
Fabrikasi yang minim Kolom isian hanya membutuhkan sejenis packing support dan sebuah distributor cairan untuk tiap ketinggian 10 ft.
•
Versatilitas Materi isian dapat dengan mudah ditukar sehingga mudah meningkatkan efisiensi, menurunkan pressure drop, dan meningkatkan kapasitas.
•
Minim Korosi Larutan asam dan larutan yang bersifat korosif lainnya dapat diatasi oleh packed bed column karena konstruksi kolom terbuat dari material yang tahan korosi.
•
Pressure drop yang rendah Lebih rendah jika dibandingkan dengan jenis Sieve Tray .
•
Capital cost yang rendah Bila digunakan isian plastik dengan diameter kurang dari 3 ft, investasi masih dianggap murah.
I.5.2 Kelemahan Menara Packed Bed
Jika terdapat padatan atau pengotor, maka akan sulit dibersihkan
Isian packed column akan mudah patah selama proses pengisian dan proses pemanasan
Tidak ekonomis jika laju alir pelarut tinggi
I.5.3 Ketentuan Isian dari Menara Packed Bed a) Bersifat inert terhadap fluida b) Kuat tetapi tidak berat 5
ABSORBSI 2010 c) Memiliki fraksi kekosongan yang cukup untuk menjamin kontak yang optimal namun tidak menaikkan pressure drop d) Biaya murah
Terdapat dua metode pengisian packing pada kolom absorber, yaitu: a) Random Packing Pengisian secara acak memberikan luas permukaan spesifik yang besar dan porositas yang lebih kecil, sehingga menurunkan biaya investasi. Namun, pressure drop yang dihasilkan akan lebih besar. b) Regular or Stack Packing Pengisian yang tersusun memberikan pressure drop yang lebih kecil dan efektif untuk laju alir yang tinggi. Namun, investasi lebih besar.
d
Gambar I.6 Jenis isian dalam Packed Bed Column I.5.3 Pressure Drop pada Packed Bed Column Faktor penting yang harus diperhatikan dalam penggunaan kolom isian adalah besarnya pressure drop. Hal ini terutama berkaitan dengan fenomena yang disebut dengan flooding (penggenangan), dimana cairan yang seharusnya bergerak menuruni kolom, tertahan pergerakannya oleh tekanan gas yang terlalu besar atau ruang antar isian terlalu rapat. Fenomena flooding dapat terjadi bila pada laju alir gas konstan, laju alir cairan dinaikkan sehingga cairan mengisi lebih banyak ruang antar isian dan mengurangi ruang gerak gas. Bila hal ini terus terjadi, maka akan timbul fenomena flooding cairan serta kenaikan pressure drop yang tinggi. Hampir sama dengan di atas, untuk laju alir
6
ABSORBSI 2010 cairan turun yang tetap, ternyata laju alir gas ditingkatkan sehingga pressure drop ikut naik, maka akan terjadi flooding. Persamaan Blake-Kozeny digunakan untuk perhitungan pressure drop pada kolom isian:
P L
150 1
2
v0
2
D p
3
...1)
I.6 Persamaan Umum pada Kolom Absorber I.6.1 Neraca Massa Untuk memahami persamaan neraca massa yang berlaku pada kolom absorber, perhatikan gambar berikut:
Gambar I.7 Skema neraca massa pada kolom isian
In = Out Gm1
Lm 2 Gm 2 Lm1
Gm y1 y2 Lm x1 x2
...2) ...3)
Dimana, Gm1 = Laju alir molar inlet gas Gm2
= Laju alir molar outlet gas
Lm1
= Laju alir molar outlet liquid 7
ABSORBSI 2010 Lm2
= Laju alir molar inlet liquid
x
= Fraksi mol gas terlarut dalam liquid murni
y
= Fraksi mol gas terlarut dalam inert gas
I.6.2 Koefisien Transfer Massa Gas Menyeluruh (K OG atau K G) Koefisien transfer massa gas menyeluruh (Overall Mass Transfer Coefficient, gas concentration) merupakan parameter yang erat kaitannya dengan laju difusi atau perpindahan massa gas ke liquid. Semakin besar nilai koefisien, semakin besar pula laju difusi gas. Persamaan yang digunakan untuk menentukan K OG adalah sebagai berikut:
K OG
Ga a AH
P ln i P o P i P o
...4)
Dimana, K OG
= koefisien transfer massa gas menyeluruh (gr.mol/atm.m2.sekon)
Ga
= jumlah gas terlarut dalam liquid
a
= luas spesifik (440 m 2/m3)
AH
= volume kolom
P i
= Fraksi mol inlet tekanan total
P o
= Fraksi mol outlet tekanan total
Persamaan 4) menunjukkan bahwa semakin besar nilai koefisien transfer massa gas, maka jumlah gas yang terlarut dalam liquid akan lebih banyak. Selain itu, persamaan tersebut menunjukkan adanya pengaruh tekanan kolom dalam menentukan nilai koefisien transfer massa gas. Hal ini karena pengaruh adanya isian pada kolom yang menyebabkan pressure drop yang selalu harus diperhitungkan dalam kolom isian. Semakin besar pressure drop maka perpindahan massa gas ke liquid akan semakin kecil.
8
ABSORBSI 2010 I.7 Pemilihan Jenis Packing Pemilihan ukuran packing merupakan dasar dari pembuatan sebuah kolom absorbsi. Pemilihan packing yang baik sangat didasarkan pada pengaturan dan penataan packing yang rumit. Tapi untuk menentukkan jenis packing yang baik sangat didasarkan pada pengalaman yang telah lampau.
Tabel 1 Jenis-jenis packing yang umum dipakai
9
ABSORBSI 2010 BAB II ALAT DAN BAHAN Percobaan dimulai dengan proses persiapan alat dan bahan, adapun alat yang digunakan adalah:
Menara absorpsi sebagai alat berlangsungnya
Tangki air sebagai wadah penyimpanan air berkapasitas 30 Liter
Tangki CO2 sebagai wadah penampungan gas karbondioksida yang akan diabsorpsi
Labu ukur 1 liter sebagai wadah larutan HCl dan NaOH
Pipet tetes untuk meneteskan bahan kimia identifikasi seperti pp dan methyl orange.
Labu Erlenmeyer sebagai wadah untuk melakukan titrasi
Gelas ukur sebagai wadah awal sampel.
Titrator untuk berfungsi sebagai wadah larutan pentritasi.
Stopwatch untuk mengukur waktu pengambilan sampel.
Sedangkan bahan yang diperlukan adalah:
Larutan HCl 0.2 M yang dibuat dengan menggunakan prinsip pengenceran HCL 12 M. Larutan dibuat di lemari asam.
Larutan BaCl2 5% wt
Larutan NaOH 0.027 M
PP sebagai larutan identifikasi yang akan digunakan dalam proses titrasi.
MO (Metil Orange) sebagai larutan identifikasi yang akan digunakan dalam proses titrasi.
Air (H2O) sebagai solvent pada proses absorpsi. Air yang digunakan berasal dari air keran laboratorium POT II Departemen Teknik Kimia UI.
Gas CO2 sebagai zat yang akan diabsorpsi pada praktikum ini.
10
ABSORBSI 2010 BAB III PERCOBAAN III.1 Percobaan 1: Hidrodinamika Packed Column – Pressure Drop ( P) Kolom Kering a. Tujuan Percobaan Mengetahui hubungan antara ∆P pada kolom kering dengan laju alir udara b. Data Percobaan dan Pengolahan Data Percobaan DATA PERCOBAAN Laju Alir ∆ P Udara (mmH2O) (L/Menit) 20 16
PENGOLAHAN DATA Log ∆ P
Log Laju Alir Udara
1,204
1,301
40 60 80
16 16 17
1,204 1,204 1,230
1,602 1,778 1,903
100
18
1,255
2,000
120
19
1,279
2,079
140 160
20 21
1,301 1,322
2,146 2,204
Dari data di atas, kita dapat membuat grafik Log ∆ P Vs. Log laju alir udara. Berikut ini adalah grafiknya:
Grafik Log Δ P Vs. Log Laju Alir Udara 1.350 P 1.300 a t l e 1.250 D g o1.200 l
1.150 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
Log Laju Alir Udara
Gambar III.1.1 Log ∆ P Vs. Log laju alir udara
c. Analisis Analisis Percobaan Sesuai dengan tujuan percobaan 1, yaitu untuk mengetahui hubungan pressure drop pada kolom kering dengan laju alir udara, maka pada percobaan ini kolom isian ( packed column) tidak diisi oleh fluida selain udara. Laju alir udara divariasikan untuk 11
ABSORBSI 2010 mengetahui seberapa besar pengaruh laju alir udara terhadap pressure drop. Nilai pressure drop didapat dari selisih pembacaan manometer yang prinsipnya mengukur tekanan pada bagian atas dan bawah packed column. Perbedaan tekanan antara bagian atas dan bawah packed column ini disebabkan oleh adanya gaya gesek yang terjadi antara udara dengan packing pada kolom isian. Pada percobaan ini, ketika laju alir udara ditingkatkan terjadi fenomena flooding, yaitu suatu fenomena dimana cairan yang seharusnya bergerak menuruni kolom, tertahan oleh tekanan gas yang terlalu besar atau ruang antar isian terlalu rapat dan pressure drop-nya sangat tinggi. Fenomena ini dapat disebabkan oleh dua hal, yaitu: a.
Pada laju alir gas konstan, laju alir cairan dinaikkan sehingga cairan mengisi lebih banyak ruang antar isian dan mengurangi ruang gerak gas.
b. Pada laju alir air yang tetap, laju alir gas ditingkatkan sehingga pressure drop ikut naik Namun, fenomena flooding ini tidak kami ikut sertakan dalam data percobaan beserta pengolahan datanya.
Analisis Data Percobaan Secara umum, dari data pengamatan terlihat bahwa seiring dengan bertambahnya laju alir udara yang melewati packed column maka pressure drop di dalam kolom juga semakin besar. Hal ini disebabkan oleh gaya friksi antara udara dengan packing meningkat seiring dengan kenaikan laju alir udara. Namun, jika kita lihat pada data tersebut terdapat suatu anomali dimana ketika laju alir udara sebesar 20 L/mnt, 40 L/mnt, 60 L/mnt memiliki P yang sama, yaitu 16 mmH2O. Hal ini mungkin dikarenakan karena pressure-nya masih berada dalam tahap inisiasi sehingga tidak terjadi perubahan yang berarti. Kemungkinan lainnya adalah kesalahan dalam pembacaan skala manometer.
Analisis Hasil dan Grafik Percobaan Dilihat dari Gambar II.1.1 yaitu Grafik Log ∆P Vs. Log Laju Alir Udara berbanding lurus. Dengan kata lain, pressure drop dan laju alir udara memiliki hubungan yang saling linier, yaitu peningkatan laju alir udara akan menyebabkan peningkatan pressure drop. Hubungan linear antara laju alir fluida dengan pressure drop pada kolom kering dapat dibuktikan melalui persamaan Ergun di bawah ini: P D 3 1 - v 150 1 .75 G G 2 L 1 - 0 Dv 0
...( X )
12
ABSORBSI 2010
di mana ∆P adalah penurunan tekanan di dalam kolom dan G0 adalah kecepatan massa (mass velocity ) yang
merupakan fungsi dari laju alir fluida. Setelah dimodifikasi
persamaan Ergunnya akan berbentuk seperti persamaan di bawah ini: dP dx
2
1.75 v
Dp
1
2
3
( X .1 )
di mana: dP
= perbedaan tekanan
dx
= panjang kolom
V
= kecepatan superficial
Dp
= diameter partikel
ε
= porositas
Untuk mendapatkan persamaan yang berbentuk linear, maka nilai ∆P dan laju alir udara dari percobaan dilogaritmakan. Berikut ini adalah penjelasannya:
log log log log hubungan antara P dan v menjadi linier
13
ABSORBSI 2010
III.2 Percobaan 2: Hidrodinamika Packed Column, Hubungan Antara Pressure Drop Udara dengan Laju Alir Air pada Kolom Isian 1. Tujuan Percobaan Menguji hubungan antara pressure drop sebagai fungsi dari laju alir udara untuk variasi laju alir air. 2. Prosedur Percobaan 1. Mengisi tanki air hingga ¾ penuh, sekitar 30 liter 2. Menyalakan pompa air dat set C1 untuk memberikan aliran air dengan laju 3 liter/ menit 3. Setelah 30 detik, tutup C1, matikan pompa dan biarkan air turun selama 5 menit 4. Mengukur pressure drop udara pada kolom basah sebagai fungsi dari laju alir udara 5. Mengukur pressure drop udara pada kolom sebagai fungsi laju alir udara dengan berbagai variasi laju alir air
3. Data Percobaan dan Pengolahan Data Percobaan DATA PERCOBAAN
PENGOLAHAN DATA
Laju Alir Air
Laju Alir Udara
delta P
Log Laju Alir Udara
(liter/menit)
(liter/menit)
(mmH2O)
2
20
15
1,301
1,176
2
40
16
1,602
1,204
2
60
16
1,778
1,204
2
80
17,5
1,903
1,243
2
100
20
2,000
1,301
2
120
24
2,079
1,380
2
140
29
2,146
1,462
2
160
34
2,204
1,531
DATA PERCOBAAN
Log P (mmH2O)
PENGOLAHAN DATA
Laju Alir Air
Laju Alir Udara
delta P
Log Laju
Log P
(liter/menit)
(liter/menit)
(mmH2O)
Alir Udara
(mmH2O)
4
20
19
1,301
1,279
4
40
21
1,602
1,322
4
60
22
1,778
1,342
4
80
26
1,903
1,415
4
100
47
2,000
1,672
14
ABSORBSI 2010 4
120
55,5
2,079
1,744
4
140
45
2,146
1,653
4
160
46
2,204
1,663
DATA PERCOBAAN
PENGOLAHAN DATA
Laju Alir Air
Laju Alir Udara
delta P
Log Laju Alir
Log P
(liter/menit)
(liter/menit)
(mmH2O)
Udara
(mmH2O)
6
20
27
1,301
1,431
6
40
31
1,602
1,491
6
60
39
1,778
1,591
6
80
48
1,903
1,681
6
100
53
2,000
1,724
6
120
55
2,079
1,740
6
140
59
2,146
1,771
6
160
60
2,204
1,778
DATA PERCOBAAN
PENGOLAHAN DATA
Laju Alir Air
Laju Alir Udara
delta P
Log Laju
Log P
(liter/menit)
(liter/menit)
(mmH2O)
Alir Udara
(mmH2O)
8
20
33
1,301
1,519
8
40
47
1,602
1,672
8
60
53
1,778
1,724
8
80
62
1,903
1,792
8
100
51
2,000
1,708
8
120
56
2,079
1,748
8
140
64
2,146
1,806
Dari data di atas, kita dapat membuat grafik Log ∆ P Vs. Log laju alir udara dari berbagai variasi laju alir air. Berikut ini adalah grafiknya:
15
ABSORBSI 2010 Grafik Log Delta P Vs. Log Laju Alir Udara dengan Variasi Laju Alir Air 2.000 1.800 1.600 1.400
laju alir air = 2 liter/menit
P a t1.200 l e1.000 D g0.800 o L
laju alir air = 4 liter/menit
laju alir air = 6 liter/menit
0.600 0.400
laju alir air = 8 liter/menit
0.200 0.000 0.000
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
Log Laju Alir Udara
Gambar III.2.1 Log ∆ P Vs. Log laju alir udara dengan berbagai variasi laju alir air
Namun, jika grafik di atas tidak dibuat dalam skala logaritmik akan dihasilkan grafik di bawah ini:
80
Grafik Delta P Vs. Laju Alir Udara
70 60 50
P a t 40 l e D
laju alir air = 2 ltr/mnt laju alir air = 4 ltr/mnt
30
laju alir air = 6 ltr/mnt
20
laju alir air = 8 ltr/mnt
10 0 0
50
100 Laju Alir Udara
150
200
Gambar III.2.2 ∆ P Vs. laju alir udara dengan berbagai variasi laju alir air
4. Analisis Analisis Percobaan Pada dasarnya, percobaan 2 ini hampir sama dengan percobaan 1. Perbedaan antara kedua percobaan tersebut adalah keadaaan packed column dan data yang divariasikan. Pada percobaan 2 ini, packed column yang digunakan keadaannya basah karena selain dialiri oleh fluida gas, packed column ini juga dialiri oleh fluida cair berupa air, sehingga friksi di dalam kolom semakin besar dari keadaan kolom yang kering. Hal ini disebabkan oleh porositas di dalam kolom akan semakin kecil dengan terisinya 16
ABSORBSI 2010 rongga-rongga di dalam packing dengan cairan. Selain itu, packing pada kolom isian akan menyebabkan kontak antara udara dengan air semakin besar. Untuk mengetahui hubungan antara pressure drop dengan laju alir udara pada keadaan kolom yang basah, data yang divariasikan adalah laju alir udara dan laju alir air, sedangkan data yang diukur adalah pressure drop. Untuk melihat pengaruhnya secara efektif maka peristiwa absorpsinya harus dilakukan dengan aliran counter current di mana aliran udara masuk di bawah kolom dan aliran air masuk di atas kolom. Pengukuran perbedaan tekanan yang terbaca pada manometer harus berada dalam keadaan kolom yang steady sehingga diperlukan waktu tunggu beberapa menit sampai kondisi tersebut tercapai. Hal ini dilakukan dengan tujuan meyakinkan praktikan bahwa peristiwa absorpsi telah terjadi secara merata di semua titik.
Analisis Data dan Hasil Berdasarkan data-data yang diperoleh, kenaikan laju alir air dan laju alir udara menyebabkan kenaikan pressure drop. Hal ini sesuai dengan persamaan Ergun yang telah dijelaskan hubungannya pada percobaan 1. Persamaan Ergun menyatakan hubungan yang berbanding lurus, ketika laju alir v naik maka ΔP juga akan naik. Selain laju alir (kecepatan superficial ) air dan udara, ada beberapa faktor lain yang mempengaruhi peningkatan pressure drop, yakni variabelvariabel lain di persamaan Ergun diantaranya panjang kolom, porositas, dan diameter partikel. Ketika praktikan mencoba meningkatkan laju alir air menjadi 10 L/menit, terjadi fenomena flooding seperti yang telah dijelaskan penyebabnya pada analisis percobaan 1. Namun, fenomena ini tidak praktikan masukkan ke dalam data percobaan beserta pengolahan datanya karena nilai pressure drop pada fenomena flooding sangat besar. Pada laju alir air sebesar 4 L/mnt dan 8 L/mnt terjadi anomali data di mana kenaikan laju alir udara tidak selalu diikuti dengan kenaikan pressure drop. Hal ini mungkin diakibatkan oleh beberapa faktor yang akan dijelaskan lebih lanjut pada bagian analisis kesalahan.
Analisis Grafik Dari percobaan 2 ini, praktikan mencoba untuk membuat grafik hasil percobaan dalam dua bentuk, yaitu skala biasa dan skala logaritmik. Ternyata, dengan membuat grafik hasil percobaan dalam skala logaritmik, pengaruh laju alir udara dan air terhadap pressure drop dapat lebih terlihat karena skala grafik pada Gambar III.2.1 lebih kecil dibandingkan dengan grafik pada Gambar III.2.2. Dengan kata lain, untuk kasus 17
ABSORBSI 2010 percobaan ini dapat kita generalisasikan bahwa grafik berskala logaritmik memiliki tingkat akurasi yang lebih baik dibandingkan dengan grafik tanpa skala logaritmik. Dari Gambar III.2.2, kita dapat melihat fenomena pressure drop yang terjadi pada percobaan 1 juga terjadi pada percobaan 2, hanya saja nilai pressure drop-nya lebih besar di percobaan 2. Fenomena ini terjadi karena laju alir udara yang semakin tinggi mengakibatkan waktu kontak akan semakin cepat sehingga transfer massa udara ke air semakin sedikit. Dengan kata lain, komponen ynag terabsorpsi ke air tidak merata. Jika dilihat dari pengaruh laju alir air dengan membuat laju alir udara konstan, maka peningkatan laju alir air akan meningkatkan pressure drop. Pada kolom absorbsi terdapat packing yang juga akan mempengaruhi besarnya absorpsi dan besarnya perbedaan tekanan yang terdapat di kolom. Dengan meningkatkan laju alir air maka volume ruang kosong pada packed column akan semakin kecil karena telah ruang kosong yang ada telah terisi oleh air. Oleh karena itu, laju alir udara harus ditingkatkan agar udara tetap dapat melewati packed column tersebut. Hal ini akan meningkatkan pressure drop karena friksi yang ditimbulkan oleh udara dengan air yang mengisi ruang kosong semakin besar. Selain disebabkan oleh friksi udara-air , peningkatan pressure drop column juga dapat disebabkan oleh peningkatan laju alir air yang menyebabkan partikel air terpecah sehingga transfer massa dari udara ke air akan semakin sedikit dan tidak merata.
Analisis Kesalahan untuk Kedua Percobaan Dari kedua percobaan, yaitu percobaan 1 dan 2 terdapat beberapa anomali data percobaan terhadap teori yang ada. Hal ini mungkin disebabkan oleh : a.
Kesalahan dalam membaca skala manometer sehingga mempengaruhi hasil percobaan.
b.
Kesulitan mengontrol laju alir air dan udara yang masuk ke dalam kolom karena flowmeter sudah kurang akurat.
c.
Tidak meratanya aliran air di seluruh bagian packed column. Terkadang air hanya mengalir pada bagian pinggir kolom.
d.
Waktu untuk memastikan bahwa keadaan packed column telah steady kurang sesuai dengan prosedur percobaan sehingga aliran air kurang merata di seluruh bagian packed column.
e.
Adanya saluran pipa yang bocor, sehingga laju alir udara dan laju alir air yang terbaca pada flowmeter kurang akurat.
18
ABSORBSI 2010 III.3 Percobaan 3 : Absorpsi CO2 dengan air menggunakan analisis gas 1. Tujuan percobaan : menentukan dan mempelajari pola absorbs CO2 dengan air menggunakan alat analisis gas yang tersedia.
2. Data Pengamatan : F1 : laju alir air masuk packed column = 6 liter/menit = 0,1 liter/sekon F2 : laju alir udara masuk packed column
=10liter/menit=0.1667 liter/sekon
F3 : laju alir CO2 masuk packed column
= 15 liter/menit = 0,25 liter/sekon
Sample point V1 (ml)
60 ml
V2 (ml)
1,2 ml
Keterangan: V1 : Volume CO2 dan udara pada pada analisis sample keluaran gas sisa absorpsi (diukur dalam piston) V2 : Volume CO2 yang terlarut dalam NaOH pada analisis sample keluaran gas sisa absorpsi (diukur di dalam tabung liquid overspill ).
3. Hasil Pengolahan Data :
Kandungan CO 2 pada sample gas Didapatkan fraksi volume CO 2 yaitu V2 / V1. Pada perhitungan ini, gas diasumsikan bersifat ideal sehingga untuk gas ideal sehingga dapat dianggap fraksi volume CO 2 tersebut sama dengan fraksi molnya (fraksi volume CO 2 = fraksi mol CO2). Pada percobaan ini juga dilakukan pengecekan terlebih dahulu pada sample yang masuk ke dakam kolom absorpsi agar mempunyai nilai fraksi CO2 yang sama seperti yang diindikasikan oleh flowmeter pada aliran masuk. liter
0,25 V 2 F 3 sekon Y 1 0.375 ..(1) liter liter V F F 0,1667 0.25 2 3 1 sekon sekon
Y1 adalah fraksi mol gas CO 2 pada aliran gas masuk (inlet ) Y 0
V 2 V 1
(2)
V 1,2 ml Y 0 2 0,02 V 1 60 ml
19
ABSORBSI 2010 Y0 adalah fraksi mol gas CO 2 pada aliran gas keluar (outlet ) Dalam menentukan kandungan CO2 pada sampel gas dipergunakan neraca massa pada packed column absorber sebagai berikut :
( F inlet Y inlet ) ( F outlet Y outlet ) Akumulasi
( F inlet Y CO2 inlet ) ( F outlet Y CO2 outlet ) F CO2 terserap Bila diumpamakan Fa dalam satuan liter/sekon adalah CO 2 yang terserap dari puncak kolom hingga dasar kolom, kemudian persamaannya menjadi:
F 2 F 3 Y 1 F 2 F 3 F a Y 0 CO2inlet
CO2outlet
F a
(3)
CO2terserap
sehingga,
F o
Y 1 Y 0 F 2 F 3 0.375 0.02 0.1667 0.25 0.151 liter sekon 1 Y 0 1 0.02
Hasil yang didapatkan dengan satuan liter/sekon selanjutnya dikonversikan menjadi g.mol/sekon (Ga), degan persamaan dibawah: Ga
F 0 22.42
x
P kolom mmHg
x
760 mmHg
273
T kolom 273
(4)
dimana,
P column 760
P 13,6
(5)
dari data yang diperoleh P = 37 mmH2O, maka: P column 760
37 13,6
762 ,72mmHg
T kolom = 21 oC Sehingga didapat: Ga
0.151
x
762 .72
22 .42 760 mmHg
x
273 21 273
0.00627 g .mol
sekon
Sehingga di dapatkan absorsi CO2 sebesar 0.00627 gmol/sekon
4. Analisis Analisis Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui berapa gas CO2 yang dapat terabsorbsi oleh air dengan menggunakan analisis dari sample gas sisa yang tidak terabsorbsi. CO2 yang terabsorbsi merupakan selisih antara CO 2 inlet ke packed column dengan CO 2 yang keluar dari packed column, Sehingga dapat di tulis secara matematis: CO2 terabsorbsi = CO2 inlet – CO2 outlet.
20
ABSORBSI 2010 Atau dengan persamaan F o
Y 1 Y 0 F 2 F 3 1 Y 0
Dengan Prinsip absorbsi yaitu senyawa dengan konsentrasi lebih rendah akan berpindah ke senyawa dengan konsentrasi lebih tinggi. Pada percobaan ini gas CO2 akan dianalisis dengan peralatan Hempl gas. CO 2 dan udara akan dilakukan kontak dengan air. Maka udara dan CO2 yang memiliki konsentrasi lebih tinggi disbanding air akan terabsorb ke air. Karena laju alir gas dan udara yang masuk lebih tinggi dibandingkan dengan laju alir air inlet yang masuk pada packed column, sehingga waktu kontak yang terjadi antara air dan gas akan lebih besar. Hal ini memungkinkan terjadinya proses kontak yang lebih lama, sehingga jumlah gas yang teradsorbsi akan semakin banyak pula. Pada kenyataan, CO2 tidak dapat diabsorbsi seluruhnya oleh air. Oleh karena itu, kita dapat mengetahui jumlah CO2 yang dapat diserap oleh air dengan metode analisis gas ini. Metode analisis gas ini menggunakan data CO2 sisa yang tidak terabsorbsi oleh air, yang merupakan CO2 outlet (CO2 terabsorbsi = CO2 inlet – CO2 outlet). Gas CO2 outlet tersebut akan masuk ke dalam peralatan analisis gas yang bernama peralatan Hempl gas melalui S 3 (lihat gambar). Gas akan didorong oleh piston pada jumlah tertentu. Sebelumnya, kita harus membuang gas sisa yang berada di sekitar absorbtion globe dengan piston, agar semua gas yang berada dalam system keluar semua dan system dalam keadaan vakum. Hal ini dimaksudkan agar tidak ada gas yang tercampur dengan gas yang akan dianalisis. Kemudian piston akan menarik sample gas dalam jumlah tertentu (dalam hal ini V 1 = 60 ml). Sampel ini merupakan gas CO2 yang tidak terabsorb air. Sebenarnya gas ini tidaklah murni CO 2 tetapi merupakan campuran CO2 dan udara. Selanjutnya, piston didorong untuk memasukkan sample gas ke dalam absorbsition globe yang sebelumnya telah berisi NaOH 1M. NaOH berguna untuk mengabsorbsi CO 2 Data yang diambil selanjutnya adalah V2 yang merupakan volume CO 2 yang telah terabsorbsi oleh larutan NaOH yang ditunjukkan oleh skala, yang dalam perhitungan digunakan sebagai jumlah CO2 pada aliran keluar Kemudian piston ditarik kembali, dengan tujuan untuk menghilangkan udara yang tidak terabsorbsi oleh NaOH ke atmosfir, karena NaOH hanya akan mengabsorb CO 2.
Analisis Data dan Hasil
Tujuan pengolahan data percobaan ini adalah untuk menghitung berapa CO 2 yang terabsorbsi oleh air dan menghitung besarnya koefisien transfer gas. Langkah pertama yang dilakukan adalah menghitung jumlah kandungan CO 2 pada sample yang masuk ke dalam packed column. Kandungan CO 2 dapat diketahui dengan menghitung fraksi CO2 pada aliran CO2 maupun udara. Kemudian dihitung jumlah CO2 yang diserap dalam kolom dari analisis sample dalam inlet dan outlet. Sebelumnya kami juga harus 21
ABSORBSI 2010 menghitung fraksi volume CO2 pada aliran gas outlet, yaitu dari nilai V2/V1, dimana V1 merupakan volume CO 2 dan udara pada sample yang akan diabsorbsi oleh NaOH. Sedangkan V 2 merupakan CO2 yang l terabsorb oleh NaOH. Setelah kami memiliki nilai fraksi CO 2 pada aliran gas masukan ataupun keluaran, maka kami dapat menghitung jumlah CO 2 yang terabsorb oleh air di sepanjang kolom (nilai Fa, lihat perhitungan), setelah diubah ke dalam satuan g.mol/sekon didapat nilai G0= 0.00627 gmol/sekon
22
ABSORBSI 2010 III.4 Percobaan 4 : Absorbsi CO2 Dengan Air Menggunakan Analisis Larutan 1. Bahan-Bahan yang Dibutuhkan: ¤
PP indicator
¤
Larutan NaOH 0,0277 M
¤
Larutan Na2CO3 0,01 M
2. Alat-Alat Tambahan: ¤
5 buah Beaker Glass 150 ml
¤
Labu Ukur 1000 ml + tutup
¤
2 buah Gelas Ukur 100 ml
¤
4 buah Erlenmeyer
¤
2 buah Buret
3. Prosedur: Mengisi tangki dengan air baru hingga 30 liter (¾ penuh) Mengalirkan air (3 lt/menit), udara (30 lt/menit), dan CO 2 (15 lt/menit) Menunggu hingga tercapai kondisi steady (15 menit) Mengambil sampel tiap 10 menit dari S4 dan S5 sebanyak 150 ml Mengukur sebanyak 100 ml kemudian memasukkan ke dalam erlenmeyer menambahkan pp sebanyak 15 tetes Menitrasi dengan NaOH 0,0277 M
4. Data Pengamatan : F1 : laju alir air masuk packed column
= 3 liter/menit
= 0,05 liter/detik
F2 : laju alir udara masuk packed column = 30 liter/menit= 0,5 liter/detik F3 : laju alir CO2 masuk packed column = 15 liter/menit= 0,25 liter/detik Konsentrasi NaOH
= 0,0277 M ;
Volume sampel
=100 ml Waktu (menit)
VB di S4(ml)
VB di S5 (ml)
10
18
22
20
21
24
30
24
26
40
28
30
Keterangan : VB : volume NaOH yang ditambahkan dalam titrasi S4 : saluran output yang terletak di bagian bawah kolom absorbsi 23
ABSORBSI 2010 S5 : saluran input yang terletak di tangki
5. Hasil Pengolahan Data: CO2 bebas, Cdi (mol/liter)
= (VB dari S5 × 0,0277 M ) / volume sampel
Cdo (mol/liter)
= (VB dari S4 × 0,0277 M) / volume sampel
Laju inlet (mol/detik)
= Cdi × F3
Laju outlet (mol/detik)
= Cdo × F3
Laju absorpsi Waktu
=laju inlet-laju outlet VB (S4)
Cdo
(menit)
Laju
VB (S5)
Cdi
Outlet
Laju
Laju
Inlet
Absorbsi
10
18
0,4986
0,12465
21
0,5817
0,14543
0,02078
20
21
0,5817
0,14543
24
0,6648
0,1662
0,02078
30
24
0,6648
0,1662
26
0,7202
0,18005
0,01385
40
28
0,7756
0,1939
29
0,8033
0,20083
0,00693
Laju absorbsi rata-rata = 0,01558 mol/detik
Grafik laju absorpsi terhadap waktu 0.025 ) 0.02 k i t e d / l 0.015 o m ( i s p r 0.01 o s b a 0.005 u j a l
0 0
10
20 30 waktu (menit)
40
50
Gambar III.4.1 Grafik hubungan laju absorpsi CO2 vs waktu
6. Analisis
Analisis Percobaan Percobaan ini bertujuan untuk mengetahui laju absorbsi CO 2 ke dalam air dengan
menggunakan analisis larutan. Larutan tersebut merupakan air yang telah mengandung CO 2 karena telah terjadi kontak langsung antara air tersebut dengan gas CO 2 pada kolom sehingga 24
ABSORBSI 2010 terjadi peristiwa absorbsi CO 2 ke dalam air. Sampel larutan adalah air yang berasal dari valve S4 dan S5 di mana sampel dari S4 merupakan air yang baru keluar dari kolom absorber sedangkan S5 adalah air yang berasal dari tangki. Pada kolom absorber, CO2 terabsorb oleh air dengan reaksi sebagai berikut: CO2(g) + H2O(l) H2CO3(l) Dengan demikian air tersebut akan bersifat asam. Oleh karena itu dalam titrasi digunakan titran berupa larutan basa yaitu NaOH. NaOH adalah soda kaustik yang memiliki sifat basa kuat yang dapat menentralkan H2CO3 yang terbentuk dalam kolom absorber dengan melalui reaksi: H2CO3(l) + NaOH(l) Na2CO3(l) + H2O(l) Dalam percobaan ini, data yang diambil adalah volume NaOH yang diperlukan untuk titrasi (V B). Dengan melakukan titrasi menggunakan CO 2, kita dapat mengetahui jumlah CO2 bebas yang terkandung di dalam sampel (Cd). Cd dihitung dengan menggunakan rumus dasar untuk titrasi, yaitu:
V 1 M 1 V 2 M 2 di mana pada percobaan ini subskrip 1 menunjukkan titran (NaOH) dan subskrip 2 menunjukkan sampel, sehingga:
M 2 Cd
V 1
M 1 V 2
Sedangkan laju alir CO 2 inlet dan outlet merupakan hasil kali Cd pada masing-masing tempat dengan laju alir CO 2 keseluruhan (F3).
Analisis Data dan hasil Dari hasil percobaan yang diperoleh menunjukkan bahwa setiap waktu yang sama, air di
dalam tangki selalu menunjukkan lebih banyak kandungan CO 2-nya daripada air keluaran absorber. Hal ini menunjukkan telah terjadi akumulasi CO 2 di tangki atau air yang dipompa ke atas absorber tidak sama dengan air yang baru keluar dari kolom absorber. Hal ini terjadi karena kerja pompa tidak sempurna serta adanya kesalahan dalam ukuran sample yang diambil. Selain itu, pengambilan sample S4 dan S5 juga tidak dilakukan secara bersamaan. Dalam percobaan ini laju absorbsi rata-rata pada kolom yaitu 0,01558 mol/detik . Laju absorbsi pada tangki merupakan laju absorbsi yang dihitung dari volume CO 2 yang bertambah di tangki selama 10 menit yaitu dalam rentang 10-40 menit setelah stedi. Berarti setiap detiknya terjadi akumulasi CO2 pada tangki sebesar 0,01558 mol. Jadi, meskipun tidak terjadi akumulasi air pada neraca massa total, data tersebut menunjukkan bahwa akumulasi CO 2 telah terjadi pada neraca massa komponen sehingga V B di S5 akan selalu lebih besar dari V B di S4.
25
ABSORBSI 2010
Analisis Grafik Dari Grafik Laju Absorpsi CO2 terhadap pertambahan waktu, dapat dilihat bahwa pada
awalnya terdapat peningkatan laju absorpsi sebelum akhirnya cenderung terus menurun. Peningkatan laju absorpsi yang terjadi pada bagian awal dari grafik disebabkan karena pada saat sampel diambil, sistem belum berada pada keadaan yang stedi. Karena air sistem tidak ada yang keluar (sistem tertutup), maka akan timbul akumulasi CO 2. Pada saat air telah menjadi jenuh oleh CO2, air yang keluar dari absorber dengan air dari tangki yang akan dipompa ke atas kolom akan sama kandungan CO 2-nya. Dengan kata lain, S4 dan S5 adalah sama karena air dari tangki (S5) berasal dari keluaran absorber (S4. Sehingga secara teoritis, lama kelamaan laju absorpsi akan semakin berkurang karena kandungan CO 2 dalam inlet dan outletnya akan sama, sehingga secara teoritis grafiknya sebagai berikut: Grafik teoritis Laju Absorpsi CO2 vs Waktu ) k i t e d / l o m ( i s p r o s b A u j a L
waktu (menit)
Gambar III.4.2 Grafik teoritis laju absorpsi CO2 vs waktu Perbedaan grafik yang kami peroleh dengan grafik secara teoritis dikarenakan beberapa hal, di antaranya: Pada saat dilakukan pengambilan sampel, kondisi system belum steady. Pada pengambilan sampel S5 (dari tangki) belum terjadi kemerataan di dalam tangki
sehingga sampel yang diambil belum mewakili kondisi air di tangki secara keseluruhan.
26
ABSORBSI 2010 III.5 Percobaan 5 : Absorpsi CO2 dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan Cair 1. Data Hasil Pengamatan F1 : laju alir air masuk packed column = 3 liter/menit F2 : laju alir udara masuk packed column
= 30 liter/menit
F3 : laju alir CO2 masuk packed column
= 15 liter/menit
Konsentrasi : NaOH
= 0,1 M ;
Volume sampel : 40 ml HCl = 0.0277 M BaCl2 = 100 ml (5% berat) Waktu
S5
S4
T1
T2
T3
T1
T2
T3
0
72,5
99
80
34,8
74,8
40,8
10
45
70
41
18
59
10
20
19,8
49
39
16,3
44,8
14,5
Dimana, T1 : volume HCl yang dibutuhkan untuk menetralisir NaOH dan mengubah karbonat menjadi bikarbonat T2 : total volume HCl
yang ditambahkan hingga mencapai end point kedua atau
volume HCl yang digunakan untuk menetralkan basa NaOH dan Na 2CO3 (dalam ml) T3 : volume asam yang ditambahkan untuk menetralkan NaOH (dalam ml)
2. Pengolahan Data Pada t = 0 Inlet = S5
C NaOH (T 3 / 40ml ) 0,1 M C Na2CO3
80ml
0,1 M 0,2 M 40ml (T - T ) 99 80 2 3 0,1 M 0,5 0,05 M 0,02375 M 40 40
Outlet = S4
C NaOH (T 3 / 40 ml ) 0,1 M 40,8ml / 40 ml 0,1 M 0,102 M
C Na2CO3
(T 2 - T 3 ) 40
0,1 M 0,5
(74,8 - 40,8) 40
0,05 M 0,0425 M
Jumlah NaOH yang digunakan untuk mengabsorpsi CO2 : 27
ABSORBSI 2010 G A2 ( NaOH )
F 1 2
[(C NaOH ) i - (C NaOH )o ]
0,05 2
0,2 0,102 0.00245M
Jumlah karbonat yang terbentuk dari absorpsi CO2:
G A1( Karbonat ) F 1[(C Na2CO3 ) 0 - (C Na2CO3 ) i ] 0,050,0425 0,02375 0,0009375 Atau jika dibuat tabel dengan cara yang sama didapat untuk setiap waktu Waktu
Cinlet (M)
Coutlet (M)
GA1
GA2
(menit)
CNaOH
CNa2CO3
CNaOH
CNa2CO3
gr,mol/men
gr,mol/men
0
0,2
0,02375
0,102
0,0425
0,0009375
0,00201
10
0,1025
0,03625
0,025
0,06125
0,00125
0,00086
20
0,0975
0,0125
0,03625
0,037875
0,0012688
0,00041
Laju (gr mol/menit) 0.0025
Laju Absorpsi CO2 vs Waktu
0.002 0.0015 GA1 0.001
GA2
0.0005 0 0
5
10
15
20
25
waktu (menit) Gambar III.5.1 Laju absorbsi CO2 seiring dengan bertambahnya waktu absorbsi
3. Analisis Percobaan Tujuan percobaan ini adalah untuk mengetahui laju absorpsi CO 2 ke dalam air dengan menggunakan analisis larutan cair. Adapun, cairan yang digunakan dalam percobaan kali ini adalah NaOH. Pada percobaan absorpsi ini, terjadi reaksi antara CO 2 dan NaOH dalam kolom absorpsi sebagai berikut : 2 NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Cara mengetahui jumlah CO 2 yang terabsorpsi pada larutan NaOH adalah dengan mengetahui jumlah NaOH dan Na 2CO3 dalam sampel. Besarnya jumlah NaOH dan Na 2CO3 dalam sampel dapat dihitung dengan metode titrasi menggunakan HCl. O pada percobaan ini, sampel yang ingin diuji diambil dari bawah kolom absorpsi (S 4) dan dari tangki (S5) masing-masing 28
ABSORBSI 2010 sebesar 40 mL. Pengambilan sampel dari tangki dan kolom absorber ini dilakukan untuk membandingkan kandungan NaOH dan Na 2CO3 yang seharusnya sama ketika keadaan telah jenuh. Dari masing-masing sampel yang diambil kemudian dibagi dua bagian, sampel (S 4)1 dan (S5)1 yang akan mengalami proses titrasi pertama dan sampel (S 4)2 dan (S5)2 untuk titrasi kedua.
Pembahasan Titrasi I
Pada titrasi ini digunakan sampel (S 4)1 dan (S5)1 masing-masing sebanyak 40 mL. Titrasi pertama ini bertujuan untuk mengetahui berapa volume yang dibutuhkan untuk menetralkan NaOH dan Na2CO3 secara keseluruhan. Reaksi yang terjadi antara CO 2 dari tabung dan larutan NaOH terjadi sebagai berikut : 2 NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Untuk mengetahui kandungan NaOH yang berlebih dan Na2CO3 yang terbentuk dilakukan proses titrasi. Titrasi yang dilakukan menggunakan HCl, karena NaOH dan Na 2CO3 bersifat basa sehingga untuk menetralkannya dilakukan titrasi dengan menggunakan senyawa yang bersifat asam. Titrasi ini dilakukan dalam dua kali dengan langkah sbb : Titrasi I:
Untuk tahap ini sampel (S 4)1 dan (S5)1 diteteskan larutan pp sebanyak dua tetes. Larutan yang awalnya berwarna bening berubah menjadi berwarna merah muda. Hal ini dikarena larutan sampel mengandung senyawa yang bersifat basa yang dideteksi sebagai NaOH dan Na2CO3. Larutan pp dengan trayek pH 8,6-10 (basa)
Titrasi dengan HCl
Sampel Awal
Gambar III.5.2 Titrasi sampel dengan HCl
Gambar di atas memperlihatkan bahwa setelah proses titrasi dilakukan larutan yang awalnya berwarna merah muda berubah menjadi bening. Hal ini mengindikasikan bahwa NaOH telah bereaksi dengan HCl menjadi NaCl dan terbentuknya NaHCO 3. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut : NaOH + HCl → NaCl + H2O Na2CO3 + HCl → NaHCO3 + NaCl
29
ABSORBSI 2010 Pada titrasi ini, volume HCl yang dibutuhkan untuk menetralkan NaOH dan mengubah Na2CO3 menjadi NaHCO3 disebut dengan volume T 1. Setelah titrasi tahap satu ini, larutan akhir yang berwarna bening kemudian mengalami titrasi tahap dua.
Titrasi 2 :
Pada titrasi kedua ini, percobaan ditujukan untuk mendeteksi terbentuknya H 2CO3, oleh karena itu digunakan indikator methyl orange yang trayek pH indikatornya berada di daerah asam. Ketika diteteskan methyl orange warna sampel menjadi orange. Larutan Methyl Orange Indikator Asam
NaHCO3
Titrasi dengan HCl
H2CO3
VT2 Gambar III.5.3 Titrasi sampel tahap kedua
Idealnya, setelah sampel dititrasi dengan HCl warna sampel berubah menjadi merah muda. Hal ini menunjukkan bahwa H2CO3 telah terbentuk. Dan volume HCl yang dibutuhkan untuk mengubah NaHCO3 menjadi H2CO3 disebut dengan volume T2. Akan tetapi, pada percobaan yang kami lakukan, perubahan warna yang terjadi kurang signifikan sehingga kami hanya mencatat volume saat larutan sedikit berubah warna. Hal ini dikarenakan terdapatnya pengtor atau zatzat lain yang mengganggu proses titrasi.
Pembahasan Titrasi II
Untuk titrasi 2 ini digunakan sampel (S 4)2 dan (S5)2. Pada proses ini, sebelum dititrasi dengan HCl, masing-masing sampel ditambahkan dengan BaCl 2. Volume BaCl2 yang ditambahkan bervariasi, bergantung dari volume untuk titrasi tahap satu dan dua.
Larutan BaCl2
Sampel Awal
Larutan pp
Titrasi dengan HCl
Gambar III.5.4 Titrasi dengan tambahan BaCl2
30
ABSORBSI 2010 Penambahan BaCl 2 ini dimaksudkan agar terjadi pengendapan Na 2CO3 ketika bereaksi dengan BaCl2 dengan reaksi sebagai berikut : Na2CO3 + BaCl2 → BaCO3 + 2 NaCl
Pengendapan Na2CO3 dimaksudkan agar dalam proses titrasi ini volume HCl yang dibutuhkan hanya untuk menetralkan NaOH sehingga HCl tidak bereaksi dengan Na 2CO3. Setelah ditambahkan BaCl 2 kemudian ditambahkan larutan pp sebagai indikator. Kemudian NaOH dititrasi dengan menggunakan HCl menurut reaksi : NaOH + HCl → NaCl + H2O
Volume HCl yang dibutuhkan untuk menetralkan NaOH disebut dengan volume T 3. Dari volume T3 ini dapat diperoleh konsentrasi NaOH sisa yang tidak bereaksi membentuk Na 2CO3 pada reaksi : 2 NaOH + CO2 ⇌
Na2CO3 + H2O
4. Analisis Grafik
Laju (gr mol/menit) 0.0025
Laju Absorpsi CO2 vs Waktu
0.002 0.0015 GA1
0.001
GA2 0.0005 0 0
5
10 15 waktu (menit)
20
25
Gambar III.5.5 Grafik laju absorbsi CO2
Dari hasil pengolahan data yang diperoleh, praktikan membuat grafik hubungan laju absorpsi CO2 pada NaOH terhadap waktu absorpsi. Dari grafik diketahui bahwa laju N aOH (GA2) yang terpakai pada menit awal cukup tinggi, hal ini menandakan bahwa NaOH telah mengabsorb CO2. Pada menit ke sepuluh laju NaOH yang terpakai semakin menurun, hal ini dikarenakan NaOH yang diabsorbsi semakin lama semakin sedikit sebab larutan sudah semakin jenuh dengan Na2CO3. Untuk laju Na2CO3 (GA1) pada menit awal masih sedikit karena baru awal terjadinya proses absorpsi. Pada menit ke sepuluh laju pembentukan Na 2CO3 meningkat, hal ini dikarena proses abosorpsi telah berlangsung optimal membentuk Na 2CO3. Kemudian, laju pembentukan Na2CO3 menurun karena kadar CO 2 di dalam NaOH sudah jenuh sehingga reaksi yang terjadi semakin sedikit.
31
ABSORBSI 2010 Seharusnya sesuai dengan reaksi NaOH dan CO 2, laju pemakaian NaOH sama dengan laju pembentukan Na2CO3, sehingga grafik yang terbentuk seharusnya berhimpitan di akhir, akan tetapi grafik justru berhimpitan di awal yang mengindikasikan beberapa kekurangan seperti : Laju alir CO2 dan NaOH tidak sesuai dengan pengaturan awal sehingga hasil yang diperoleh tidak maksimal Pengambilan data lebih banyak lagi karena jika hanya tiga data kurang merepresentasikan nilai yamg sebenarnya.
32
ABSORBSI 2010 BAB IV KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diberikan oleh praktikan adalah sebagai berikut: Peristiwa absorbsi melibatkan perpindahan massa yang melibatkan pelarutan suatu bahan dari fasa gas ke fasa cair. Fenomena absorbsi dapat pula ditingkatkan dengan cara memperluas permukaan kontak, pada percobaan ini digunakan packing untuk memperbesar luas permukaan kontak. Dapat juga dengan meningkatkan laju alir dari fluida baik gas maupun cairan yang melewati kolom absorbsi. Tujuan dari operasi absorpsi adalah memisahkan gas tertentu dari campuran gas-gas dengan menggunakan pelarut. Umpan yang terletak di bagian bawah kolom absorpsi adalah gas sedangkan umpan bagian atas adalah umpan fasa cair. Semakin tinggi laju udara maka perbedaan tekanan yang terjadi pada kolom absorpsi akan semakin besar. Jumlah karbondioksida yang terabsorbsi secara matematis merupakan selisih antara CO2 inlet dengan CO2 yang keluar menara absorpsi
33
