LABORATORIUM PILOT PLANT SEMESTER GANJIL TAHUN AJARAN 2015/2016
MODUL
: Stirred Tank Reactor
PEMBIMBING
: Dr. Shoerya Shoelarta LRSC, MT
Tanggal Praktikum : 08 Desember 2015 Tanggal Penyerahan Penyerahan : 15 Desember 2015 (Laporan)
Oleh
:
Kelompok 5
Lulu Fauziyyah Arisa
(131411041)
Mohammad Ramdani
(131411042)
Neng Herta Rosmayanti Rosmayanti
(131411043)
Kelas 3B
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG
2015
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Reaktor adalah suatu peralatan proses yang berfungsi sebagai tempat terjadinya suatu reaksi kimia atau nuklir, bukan secara fisika. Reaktor kimia adalah suatu tempat terjadinya reaksi kimia baik dalam ukuran kecil seperti tabung reaksi sampai ukuran yang besar seperti reaktor skala industri. (Smith, 198:325). Ada dua model reaktor yang digunakan dalam reaksi kimia yaitu STR ( Stirred Tank Reactor) dan Plug Flow Reactor (PFR). Perbedaannya adalah pada dasar asumsi konsentrasi komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi serta kondisi operasinya. Reaktor STR dalam industri kimia merupakan peralatan yang kompleks dalam transfer panas, transfer massa, difusi dan friksi yang mungkin ditemui selama reaksi kimia. Keberhasilan pengoperasian reactor STR bergantung pada pencampuran dan pengadukan selama proses. Selain itu, suhu pada pengoperasian STR sangat sulit untuk dikontrol. (Perry, 1999: 23-4). STR berbeda dengan reaktor aliran lainnya seperti PFR ( Plug Flow Reactor ) dan PBR ( Packed Bad Reactor ) karena adanya proses pengadukan (stirred) yang memungkinkan adanya distribusi sifat fisis dan kimiawi secara merata dari zat yang bereaksi di setiap tempat dalam reaktor. Penggunaan STR yang paling banyak adalah dalam memproduksi polimer, barium sulfat dan penanganan limbah. Kekurangan dari STR adalah perubahan reaktan pervolumenya relatif kecil dibandingkan dengan reaktor lain, oleh karena itu dibutuhkan suatu tangki reaktor yang besar untuk menutup kekurangan ini dan hanya bias diterapkan untuk reaksi dalam fasa cair.
1.2 Tujuan
1) Mengetahui proses perpindahan panas pada Stirred Tank Reactor. 2) Mengetahui prinsip kerja Stirred Tank Reactor. 3) Mengetahui pengaruh suhu air pemanas masuk dan keluar terhadap waktu. 4) Mengetahui pengaruh tekanan steam yang dipakai terhadap waktu.
BAB II DASAR TEORI 2.1 Sti r r ed Tank
Reactor
( STR )
Stirred Tank Reactor (tangki berpengaduk) dalam industri kimia digunakan untuk reaksi-reaksi batch ‘tumpak’ dalam skala kecil. Alat ini terdiri dari tangki silindris yang dilengkapi dengan agitator ‘pengaduk’. Tangki ini digunakan untuk pemanasan atau pendinginan, dipakai jaket sehingga air panas atau air dingin dapat dialirkan (dipindahkan). Pengadukan dipakai dalam berbagai aplikasi, misalnya dispersi suatu zat terlarut dalam suatu pelarut, penyatuan dua cairan yang dapat dicampur , produksi slurry dari padatan halus didalam suatu cairan, pengadukan suatu cairan homogen untuk meningkatkan heat transfer ke cairan.Peralatan pengaduk mempunyai berbagai macam variasi menurut aplikasinya, yakni: 1. Axial flow impeler untuk cairan viskositas sedang yang memerlukan gerakan cepat. 2. Flat
blade
turbine
yang
menghjasilkan
aliran
turbulen
pada
arah
radial,
tetapimemerlukan power yang lebih besar. 3. Turbin untuk pengadukan yang merata sekali. 4. Anchor impeller untuk tingkat turbulensi rendah dan efektif digunakan untuk tangki yang dipanaskan atau didinginkan dengan jaket. 5. Helical impeller untuk pengadukan padat cair atau untuk mengadauk pasta, lumpur,atau adonan. Perpindahan panas dan energi pada proses tangki berpengaduk berjaket pada praktikum ini terjadi sangat berbeda dengan proses perpindahan panas yang sering kita jumpai Hal ini disebabkan karena proses yang terjadi adalah proses tak tetap (unsteady state). Jadi koefesien perpindahan panas (U) tidak dapat digunkan dalam persamaan Fourier, yaitu Q = U.A.∆T. Persamaan Fourier tersebut h anya bisa digunakan bila tangki beroperasi secara sinambung/steady state.
Dalam semua kasus, laju total perpindahan panas dapat
diekspresikan dalam bentuk daya gerak penurunan temperatur dan hambatan.
Persamaan Fourier Q = U . A . (T 1 – T2) Dimana:
Q
= laju perpindahan panas ;
T1
= temperatur pada titik 1 ;
T2
= temperatur pada titik 2 ;
U
= koefisien keseluruhan perpindahan panas ;
A
= luas permukaan yang dilalui panas.
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat dan Bahan Alat :
Bahan :
1. Tangki berpengaduk berjaket
1. Air kran 75 L
2. PCT 10 + Thermocouple
2. Steam
3. Selang 4. Ember 5. Stopwatch 6. Thermometer
3.2 Rangkaian Alat
Gambar 1. Skema Stirred Tank Reactor
3.3 Langkah Kerja
Memasukkan air umpan melalui selang dengan membuka tutup reaktor sampai volume 75 L
Mengukur suhu awal air umpan
Menyalakan pompa sirkulasi air (yang dipakai sebagai air pemanas)
Matikan pompa sirkulasi
Mengukur tekanan masuk dan keluar pompa, tekanan steam, suhu masuk dan keluar air pemanas setiap 15 menit selama 90 menit
Membuka aliran steam
Tutup aliran steam
Mengukur suhu akhir air umpan di dalam reaktor dengan mengeluarkannya melalui selang pada bagian bawah reaktor
BAB IV DATA HASIL PENGAMATAN 4.1 Data Awal
Suhu awal air dalam tangki : 25,3 °C Suhu akhir air dalam tangki : 46 °C
4.2 Hasil Pengamatan
Kalor yang diterima air umpan (Q) = 6489.45 kJ
Waktu (menit)
Tin (oC)
TOut (oC)
Psteam
Volume (L)
(bar)
Pompa (bar) Pin
Pout
0
25.3
-
0
1.1
0.5
1.1
15
29.7
20.75
75
2.8
2.0
2.8
30
29.4
20.58
75
3.6
2.8
3.6
45
29.5
20.65
75
2.9
2.0
2.9
60
29.4
20.58
75
3.1
2.3
3.1
75
29
20.30
75
3.4
2.2
3.4
90
28.9
20.23
75
3.5
2.8
3.5
4.3 Grafik Hasil Pengamatan
35 30 25
Suhu air pemanas (oC)
20 Tin
15
Tout
10 5 0 0
20
40
60
80
100
Waktu (menit)
Grafik 1. Pengaruh suhu air pemanas masuk dan keluar terhadap waktu
4 3.5 3
Tekanan Steam (bar)
2.5 2 Psteam (bar)
1.5 1 0.5 0 0
20
40
60
80
100
Waktu (menit)
Grafik 2. Pengaruh tekanan steam terhadap waktu
BAB V PEMBAHASAN
Pada praktikum Stirred Tank Reactor ini menggunakan air keran sebagai umpan dalam prosesnya. Tujuan dari praktikum ini adalah mengetahui proses perpindahan panas pada Stirred Tank Reactor, mengetahui prinsip kerja Stirred Tank Reactor, mengetahui pengaruh suhu air pemanas masuk dan keluar terhadap waktu., serta mengetahui pengaruh tekanan steam yang dipakai terhadap waktu. Prinsip utama kerja STR ini terletak pada steam yang dialirkan menuju reaktor, karena dalam reaktor akan terjadi kontak antara steam dan air umpan sehingga terjadi perpindahan panas dari steam ke air umpan. Pengaduk ( Agitator ) tidak praktikan jalankan dikarenakan umpan yang digunakan berupa air keran, apabila umpan berupa dua larutan maka diperlukan pengadukan agar larutan homogen. Agitator ini bekerja dengan menggunakan motor listrik yang ditaruh pada penutup reaktor. Motor ini dijalankan dengan variable speed unit yang diatur melalui panel control . Terdapat jaket yang menyelimuti reaktor STR berguna untuk mencegah terjadi perpindahan panas menuju lingkungan. Berdasarkan data pengamatan, didapatkan selisih antara suhu awal dan akhir air dalam reaktor yaitu sebesar 20,7ºC. Dapat terlihat pada grafik 1 bahwa suhu air pemanas yang masuk dan keluar cenderung stabil pada suhu 29ºC setelah meningkat selama 15 menit dari kondisi awal. Terlihat perbedaan pada kondisi suhu air pemanas masuk dan keluar yaitu air pemanas yang keluar selalu lebih tinggi suhunya dibandingkan air pemanas yang masuk. Hal ini dapat membuktikan proses berjalan dengan baik yaitu sebagian panas yang masuk digunakan untuk memanaskan air umpan dalam STR. Sedangkan pada grafik 2 terlihat bahwa tekanan steam mengalami fluktuasi namun cenderung meningkat. Proses dalam STR ini sangat diperngaruhi oleh seberapa banyak steam yang digunakan maka besar bukaan katup sangat mempengaruhi proses ini. Kalor yang diterima oleh air umpan sebesar 6489.45 kJ
BAB VI SIMPULAN
1. Proses perpindahan panas di dalam tangki berpengaduk berjaket tergolong kelompok proses unsteady state yang berpengaruh terhadap control proses dan kondisi operasi. 2. Semakin besar bukaan katup steam maka semakin cepat perpindahan panasnya, hal tersebut berbanding lurus dengan volume dan suhu jaket serta berbanding terbalik dengan tekanan steam.
DAFTAR PUSTAKA
1. Job sheet praktikum ‘Tangki Berpengaduk’, Laboratorium Pilot Plant. Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Bandung. 2000. 2. Geankoplis, Christie J. ‘Transport Process and unit Operation’ . Prentice – Hall. Third edition.
LAMPIRAN Massa Air
m = ρ xV = 1000 kg/m 3 x 0.075 m 3 = 75 kg Perpindahan panas (kalor yang diterima air umpan)
Q= m x Cp x dT Q= 75 kg x 4.18 kJ/kg.K x (46-25.3)K Q= 6489.45 kJ
