Wetted Wall

BAB I PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Absorpsi adalah proses penyerapan pada seluruh permukaan bahan atau zat yang berlangsung dalam suatu kolom atau absorber. Zat yang diserap disebut fase terserap sedangkan yang menyerap disebut absorben kecuali zat padat. Absorben dapat pula berupa zat cair karena itu absorpsi dapat terjadi antara zat cair dengan zat cair atau gas dengan zat cair. Terjadinya proses absorpsi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya, yaitu : -

kemampuan pelarut yang digunakan sebagai absorben

-

laju alir dari pelarut

-

jenis atau tipe kolom yang digunakan

-

kondisi operasi yang sesuai, dll Di dalam suatu kolom absorber, gas yang akan diserap dialirkan pada bagian

bottom kolom, sedangkan liquid atau pelarut dialirkan pada bagian top kolom. Hal ini disebabkan karena gas lebih ringan dan mudah menyebar daripada liquid, sehingga kontak antara liquid dan gas akan berlangsung dengan baik dan juga mempengaruhi banyaknya gas yang diserap oleh pelarut atau liquid. Absorpsi dikelompokan menjadi: 1. Proses absorpsi yang berlangsung secara fisika terdiri dari absorpsi dan dekripsi. 2. Proses absorpsi yang berlangsung secara kimia, proses ini biasanya disertai oleh reaksi kimia. Perpindahan massa merupakan perpindahan satu unsur dari konsentrasi yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah. Misalnya kita masukan gula ke dalam secangkir kopi, dimana gula akan larut dan kemudian berdifusi secara seragam ke dalam secangkir kopi tersebut.

Perpindahan massa merupakan proses penting dalam proses industri, misalnya dalam penghilangan polutan dari suatu aliran keluaran pabrik dengan absorpsi, pemisahan gas dari air limbah, difusi neutron dalam reaktor nuklir.Absorpsi gas merupakan operasi dimana campuran gas dikontakan dengan liquid yang bertujuan untuk melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan menghasilkan larutan gas dalam liquid. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas ke fase liquid. Kecepatan larut gas dalam absorben liquid tergantung pada kesetimbangan yang ada, karena itu diperlukan karakteristik sistem gas liquid.

I.2. Tujuan Adapun tujuan dari percobaan ini adalah: 1. Untuk mengetahui berapa banyak konsentrasi O2 yang terserap 2. Untuk menghitung koefisien perpindahan massa dalam fase liquid (kl) 3. Untuk mengetahui dan memahami proses kerja alat Wetted Wall Absorption Column.

I.3. Permasalahan Masalah dari percobaan ini adalah: 1. Bagaimanakah menentukan Re dan Sh dari data percobaan? 2. Bagaimanakah menentukan koefisien perpindahan massa dalam liquid? 3. Membandingkan nilai Sh vs Re pada masing-masing laju alir udara yaitu 2000 cc/min, 3000 cc/min, dan 4000 cc/min.

I.4. Hipotesis Jika dilihat dari data yang diperoleh dapat diambil kesimpulan bahwa besarnya O2 yang terserap dipengaruhi oleh kecepatan laju alir udara dan laju alir air itu sendiri. Hal ini disebabkan karena semakin banyak udara yang masuk, maka

makin mudah penyerapan O2, juga dengan makin banyaknya air yang disuplai akan menyebabkan luas bidang penyerapan bertambah sehingga memudahkan terjadiunya penyerapan.

I.5. Manfaat Manfaat dari penggunaan Wetted Wall Absorption Colomn dalam industri diantaranya adalah: 1. Dapat mengetahui cara kerja alat wetted wall absorption secara lebih jelas. 2. Dapat menentukan nilai Sh dan nilai Re dari suatu senyawa dengan menggunakan metode wetted wall absorption. 3. Dapat mengetahui hubungan antara Sh number dengan Re number dengan melihat grafik. 4. Dapat membuktikan secara langsung bahwa memang benar terjadi peristiwa absorpsi bila suatu gas dilewatkan pada suatu cairan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Suatu porses 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 dua jenis molekul atau lebih, di mana konsentrasi masing-masing berbeda, maka masing-masing 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 substant yang terdifusi dengan gradient konsentrasi. JA,Z = -DAB Di mana JA,Z merupakan molar flux pada Z,

d A dZ

d A merupakan perubahan konsentrasi dZ

serta DAB adalah difusitas massa atau koefisien difusitas komponen A yang terdifusi melalui komponen B. Karena perpindahan massa atau difusi hanya terjadi dalam campuran, maka pengaruh dari tiap komponen harus diperhitungkan. Misalnya untuk mengetahui laju difusi dari setiap komponen relatif terhadap kecepatan campuran. Kecepatan campuran harus dihitung dari kecepatan rata-rata tiap komponen. Persamaan di atas dikenal dengan persamaan Hukum Frek’s ,dimana DAB adalah koefisien difusivitas. Koefisien Difusivitas. Koefisien Difusivitas tergantung pada : - Tekanan -

Temperatur

-

Komposisi sistem

Koefisien Difusivitas masing-masing fase berbeda-beda. Koefisien difusivitas 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 fluida yang bergerak yang tidak tercampur. Model ini tergantung pada mekanisme perpindahan dan karakterisitk gerakan fluida. Persamaan laju perpindahan massa konvektif sebagai berikut: NA = k . A Dimana,

NA = Perpindahan massa molar zat A A = Perbedaan konsentrasi antara permukaan dengan konsentrasi rata-rata fluida. k = Koefisien perpindahan massa konvektif

Mekanisme perpindahan massa antara permukaan dan fluida termasuk perpindahan massa molekul melalui lapisan tipis fluida stagnan dan aliran laminer. Beberapa operasi perpindahan massa yang termasuk difusi suatu komponen gas ke suatu komponen yang tidak berdifusi antara lain adalah absorpsi dan humidifikasi.

Persamaan

yang

digunakan

untuk

menggambarkan

perpindahan massa konvektif adalah :

N A, Z 

D AB .P PA1  PA 2 RT ( Z 2  Z 1 ) LnPB

dimana: NAZ

= laju perpindahan molar

DAB

= difusivitas

P

= tekanan

R

= konstanta gas

T

= temperatur

koefisien

Z

= jarak Persamaan ini diperoleh dari teori lapisan atau film theory, di mana gas

melewati permukaan liquid. Teori lapisan ini didasarkan pada model dimana tahanan untuk berdifusi dari permukaan liquid ke aliran gas diasumsikan terjadi dalam suatu stagnant film atau laminer film tebal . Dengan kata lain  menunjukkan tebal lapisan liquid. Transfer Massa dari gas ke film falling liquid. Transfer massa dalam wetted wall column Kebanyakan data dari PM antara perm pipa dan aliran fluida telah ditentukan dengan menggunakan wetted wall columns.Alasan mendasar untuk menggunakan kolom-kolom ini untuk penyelidikan PM adalah untuk mengkontakkan luas area antara 2 fase sehingga dapat dihitung dengan tepat. Koefisien PM konvektif untuk falling liquid film dikorelasikan oleh vivian dan peacemen dengan korelasi :

  gZ  KLZ  0,433sc    2 DAB    1 2

Dimana:

2

3

1 6

Re0, 4

Z = Panjang DAB = Difusivitas massa antara komponen A dan B]  = Densitas liquid B  = Viskositas liquid B g = Percepatan gravitasi sc = Schmidt Number (dievaluasikan pada temp film liquid) Re = Reynold number

Koefisien film liquid lebih rendah 10 sampai 20% daripada pers secara teoritis untuk absorpsi dalam film laminer.

Pada wetted wall columns, liquid murni yang mudah menguap dialirkan ke bawah di dalam permukaan pipa ciecular sementara itu gas ditiupkan dari atas atau dari bawah melalui pusat inti pengukuran kelajuan penguapan liquid ke dalam aliran gas diatas permukaan. Untuk menghitung koefisien PM untuk fase gas, gunakan perbedaan gas-gas dan liquid menghasilkan variasi untuk . Untuk itu, Sherwood dan Gilland menetapkan nilai-nilai untuk Re dari 2000 sampai 35000, sc dari 0,6 sampai 2,5 dan tekanan gas 0,1 sampai 3 atm. Hubungan data-data tersebut secara empirik adalah :

shav  0,023 Re

0,83

sc

1 3

dimana: Sh

= Sherwood number

Re

= Reynold number

Sc

= Schmidt number Dalam beberapa operasi perpindahan massa, massa berubah antara dua fase.

Contohnya dalam peristiwa absorpsi. Salah satu alat yang digunakan untuk mempelajari mekanisme yang terjadi dalam operasi perpindahan massa adalah wetted wall column. Pada wettea-wall column, area kontak antara dua fase dibuat sedemikian rupa. Dalam operasi ini aliran lapisan tipis liquid ( Thin Liquid Film) sepanjang dinding kolom kontak dengan gas. Dalam percobaan ini gas yang digunakan adalah udara biasa. Lama waktu kontak dengan gas dan liquid ini relatif singkat selama operasinya normal. Karena hanya sejumlah kecil massa yang terabsorpsi sedangkan liquid diasumsikan konstant ( tidak berubah ). Kecepatan falling film sebenarnya tidak dipengaruhi oleh proses difusi. Pada proses ini terjadi perpindahan massa dan perpindahan momentum. Persamaan differensial untuk perpindahan momentum;

d yx dy

 g  0

dimana: 

= shear stress



= density

g

= gravitasi

y

= jarak

Persamaan untuk profil kecepatan;

g 2 Vx  

 y 1  y 2        6 2    

dimana: Vx

= kecepatan arah x



= tebal film



= viskositas

Kecepatan maksimum;

g 2 Vmax  2 dimana: Vmax = kecepatan maximum Absorpsi gas adalah operasi di mana campuran gas dikontakkan dengan liquid untuk tujuan melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan menghasilkan larutan gas dalam liguid. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas ke liquid. Kecepatan larut gas dalam absorben liquid tergantung pada kesetimbangan yang ada, karena itu diperlukan karakteristik kesetimbangan sistem gas-liquid.

Sistem Dua Komponen Bila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan liquid yang tidak mudah menguap, yang akan larut sampai tercapai keadaan setimbang. Konsentrasi gas yang larut disebut kelarutan gas pada kondisi temperatur dan tekanan yang ada. Pada T tetap, kelarutan gas akan bertambah bila P dinaikkan pada absorben yang sama. Gas yang berbeda mempunyai kelarutan yang berbeda. Pada umumnya kelarutan gas akan menurun bila T dinaikkan.

Sistem Multikomponen Bila campuran gas dikontakkan dengan liquid pada kondisi tertentu, kelarutan setimbang, gas tidak akan saling mempengaruhi kelarutan gas, yang dinyatakan dalam tekanan parsiil dalam campuran gas. Bila dalam campuran gas ada gas yang sukar larut maka kelarutan gas ini tidak mempengaruhi kelarutan gas yang mudah larut. Pada beberapa komponen dalam campuran gas mudah larut dalam liquid, kelarutan masing-masing gas tidak saling mempengaruhi bila gas tidak dipengaruhi oleh sifat liquid. Ini hanya terjadi pada larutan ideal. Karakteristik larutan ideal yaitu: 1. Gaya rata-rata tolak menolak dan tarik menarik dalam larutan tidak berubah, dalam campuran bahan, volume larutan berubah secara linear. 2. Pada pencampuran bahan tidak ada panas yang diserap maupun yang dilepaskan. 3. Tekanan uap total larutan berubah secara linear dengan komposisi. Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorpsi gas dan beberapa operasi lain ialah menara isian. Alat ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk sekunder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi pada bagian bawah, pemasukan zat cair dan distributornya pada bagian atas, sedang pengeluaran gas dan zat cair masing-masing pada bagian atas dan bagian bawah serta tower packing. Penyangga itu harus mempunyai fraksi ruang terbuka yang cukup besar untuk mencegah terjadinya pembanjiran pada piring penyangga itu. Zat cair yang

masuk disebut weak liquor berupa pelarut murni atau larutan encer zat terlarut di dalam pelarut, didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada operasi yang ideal membebaskan permukaan isian secara seragam. Gas yang mengandung zat terlarut disebut fat gas, masuk ke ruang pendistribusian yang terdapat di bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah-celah antara isian berlawanan arah dengan aliran zat cair. Isian itu memberikan permukaan yang luas untuk kontak zatcair dan gas serta membantu terjadinya kontak antara kedua fase. Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah: 1. Harus tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara 2. Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat. 3. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi. 4. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dengan gas. 5. Harus tidak terlalu mahal. Prinsip-prinsip absorpsi tergantung pada banyaknya gas atau zat cair yang akan diolah sifat-sifatnya, rasio antara kedua arus itu, tingkat perubahan konsentrasi dan pada laju perpindahan massa persatuan volume isian. Laju optimum zat cair untuk absorpsi didapatkan dengan menyeimbangkan biaya operasi untuk kedua unit dan baiaya tetap untuk peralatan. Bila gas hanya diumpankan ke dalam menara absorpsi, suhu di dalam menara itu berubah secara menyolok dari dasar menara ke puncaknya. Kalor absorpsi zat terlarut menyebabkan naiknya suhu larutan, penguapan pelarut cenderung menyebabkan suhu turun. Efeknya secara menyeluruh ialah peningkatan suhu larutan, tetapi di dekat dasar kolom suhu itu bisa sampai melewati maksimum. Bentuk profil suhu bergantung pada laju penyerapan zat terlarut, penguapan dan kondensasi pelarut, serta perpindahan kalor antara kedua fase. Laju absorpsi dapat dinyatakan dengan 4 cara yang berbeda yaitu: 1. Menggunakan koefisien individual 2. Menggunakan koefisien menyeluruh atas dasar fase gas atau zat cair.

3. Menggunakan koefisien volumetrik. 4. Menggunakan koefisien persatuan luas.

BAB III METODOLOGI

III.1. Bahan yang Digunakan  Air  Udara

III.2. Alat-alat yang digunakan Wetted Wall Absorption Column terdiri dari :

 Tabung 1 berupa kolom Deoksigenator merupakan tabung bebas O2.  Pompa 1 berfungsi untuk mengalirkan ke kolom deoksigenator.  Pompa 2 berfungsi untuk menyedot air dan dialirkan ke flowmeter air.  Kompressor berfungsi untuk menyedot udara.  Tabung 2 berupa wetted wall yang merupakan tempat terjadinya absorpsi dan adanya aliran film.

 Sensor probe inlet dan outlet berfungsi untuk mendeteksi O2 yang terserap. III.3. Prosedur Percobaan

 Tekan tombol power lalu tekan tombol supply  Tekan tombol pump 1untuk mengalirkan air dari bak penampung ke kolom deoksigenator

 Atur flowmetter untuk air sesuai dengan laju alir yang ditetapkan  Bila kolom deoksigenator penuh dengan air, hidupkan pump 2 yang berfungsi untuk menyedot air dan dialirkan ke flowmetter dan sensor probe dimana alat ini digunakan untuk menghitung laju alir air dan O2 yang terserap dari inlet.

 Kemudian air akan mengalir ke puncak Wetted Wall Absorption Colomn dan selanjutnya akan turun dari puncak ke dasar kolom secara laminer yang berupa lapisan tipis (film)

 Bersamaan dengan itu, O2 mengalir dari dasar kolom setelah terlebih dahulu dipompakan udara oleh Komperessor melalui cakram yang mendistribusi udara ke kolom sehingga O2 naik ke atas dan sebaliknya film turun ke bawah secara counter current. Udara yang dialirkan oleh

kompressor sebelumnya masuk dalam flowmeter udara untuk menghitung laju alir udara.

 Kemudian air yang sudah bebas O2 masuk ke sensor probe untuk menghitung O2 outlet. Dimana kedua alat ini dihubungkan dengan DO meter.

BAB IV HASIL PENGAMATAN & PENGOLAHAN DATA

IV.1. Hasil Pengamatan

Laju Udara

Laju Air

Konsentrasi O2 in

Konsentrasi O2 out

(cc/min)

(cc/min)

(mg/l)

(mg/l)

6,2 6,5 6,9 7,1 7,3

1500

50 80 110 140 170

4,3 4,5 4,7 5,3 6,5

2000

50 80 110 140 170

4,4 4,9 5,4 6,7 6,2

6,3 6,4 6,6 7,0 7,2

2500

50 80 110 140 170

4,7 5,0 5,6 5,8 6,0

6,5 7,0 7,5 7,9 8,2

IV.2. Pengolahan Data 1. KONVERSI SATUAN a. Konversi Laju Alir Udara dan Laju Alir Air dari cc/min menjadi kg / sec  Laju alir udara 1500 cc/min:

1500 cc 1 m3 1min m 3 1,2 kg x x 6  2,5 x 10 5 x 3  3 x10 5 kg / sec min 60 sec 10 cc sec m

 Laju alir udara 2000 cc/min:

2000 cc 1 m3 1min m 3 1,2 kg x x 6  3,33 x 10 5 x 3  3,996 x10 5 kg / sec min 60 sec 10 cc sec m  Laju alir udara 2500 cc/min:

2500 cc 1 m3 1min m 3 1,2 kg x x 6  4,167 x 10 5 x 3  5 ,0004 x10 5 kg / sec min 60 sec 10 cc sec m Pada Laju Alir Udara 1500 cc/min, 2000cc/min dan 2500 cc/min  Laju alir air 50 cc/min:

50 cc 1 m3 1min m 3 1000 kg x x 6  8,3 x 10 7 x  8,3x10 4 kg / sec 3 min 60 sec 10 cc sec m  Laju alir air 80 cc/min:

80 cc 1 m3 1min m 3 1000 kg x x 6  1,3 x 10 6 x 1,3x10 3 kg / sec 3 min 60 sec 10 cc sec m  Laju alir air 110 cc/min:

110 cc 1 m3 1min m 3 1000 kg x x 6  1,83 x 10 6 x 1,83x10 3 kg / sec 3 min 60 sec 10 cc sec m  Laju alir air 140 cc/min:

140 cc 1 m3 1min m 3 1000 kg x x 6  2,3 x 10 6 x  2,3x10 3 kg / sec 3 min 60 sec 10 cc sec m  Laju alir air 170 cc/min: 3 170 cc 1 m3 1000 kg 1min 6 m x x 6  2,83 x 10 x  2,83x10 3 kg / sec 3 min 60 sec 10 cc sec m

b. Konversi Konsentrasi O2 dari mg/l menjadi kg/m3 O2 inlet pada laju alir udara 1500 cc/min 

4,3 mg 10 3 kg x  4,3 x10 3 kg / m 3 l m3

4,5 mg 10 3 kg  x  4,5 x10 3 kg / m 3 3 l m 

4,7 mg 10 3 kg x  4,7 x10 3 kg / m 3 3 l m



5,3 mg 10 3 kg x  5,3 x10 3 kg / m 3 l m3

6,5 mg 10 3 kg  x  6,5 x10 3 kg / m 3 3 l m

O2 outlet pada laju alir udara 1500 cc/min 

6,2 mg 10 3 kg x  6,2 x10 3 kg / m 3 3 l m



6,5 mg 10 3 kg x  6,5 x10 3 kg / m 3 l m3

6,9 mg 10 3 kg  x  6,9 x10 3 kg / m 3 3 l m 

7,1 mg 10 3 kg x  7,1 x10 3 kg / m 3 3 l m



7,3 mg 10 3 kg x  7,3 x10 3 kg / m 3 3 l m

O2 inlet pada laju alir udara 2000 cc/min 

4,4 mg 10 3 kg x  4,4 x10 3 kg / m 3 3 l m



4,9 mg 10 3 kg x  4,9 x10 3 kg / m 3 l m3

5,4 mg 10 3 kg  x  5,4 x10 3 kg / m 3 3 l m 

6,7 mg 10 3 kg x  6,7 x10 3 kg / m 3 3 l m



6,2 mg 10 3 kg x  6,2 x10 3 kg / m 3 3 l m


6,3 mg 10 3 kg x  6,3 x10 3 kg / m 3 3 l m



6,4 mg 10 3 kg x  6,4 x10 3 kg / m 3 3 l m



6,6 mg 10 3 kg x  6,6 x10 3 kg / m 3 l m3

7,0 mg 10 3 kg  x  7,0 x10 3 kg / m 3 3 l m 

7,2 mg 10 3 kg x  7,2 x10 3 kg / m 3 3 l m

O2 inlet pada laju alir udara 2500 cc/min 

4,7 mg 10 3 kg x  4,7 x10 3 kg / m 3 3 l m



5,0 mg 10 3 kg x  5,0 x10 3 kg / m 3 3 l m



5,6 mg 10 3 kg x  5,6 x10 3 kg / m 3 l m3

5,8 mg 10 3 kg  x  5,8 x10 3 kg / m 3 3 l m 

6,0 mg 10 3 kg x  6,0 x10 3 kg / m 3 3 l m


6,5 mg 10 3 kg x  6,5 x10 3 kg / m 3 3 l m



7,0 mg 10 3 kg x  7,0 x10 3 kg / m 3 l m3

7,5 mg 10 3 kg  x  7,5 x10 3 kg / m 3 3 l m



7,9 mg 10 3 kg x  7,9 x10 3 kg / m 3 3 l m



8,2 mg 10 3 kg x  8,2 x10 3 kg / m 3 l m3

2. Menghitung nilai Clm (kg/m3) Rumus: Clm =

C 2  C1 C ln 2 C1

Pada laju alir udara 1500cc/min  Untuk Clm =

C2 = 0,0062 kg/m3 dan

C1 = 0,0043 kg/m3

0,0062  0,0043 0,0062 ln 0,0043

Clm = 0,0051 kg/m3  Untuk Clm =

C2 = 0,0065 kg/m3 dan

C1 = 0,0045 kg/m3

0,0065  0,0045 0,0065 ln 0,0045


C2 = 0,0069 kg/m3 dan

C1 = 0,0047 kg/m3

0,0069  0,0047 0,0069 ln 0,0047

Clm = 0,0057 kg/m3  Untuk

C2 = 0,0071 kg/m3 dan

C1 = 0,0053 kg/m3

Clm =

0,0071  0,0053 0,0071 ln 0,0053


C2 = 0,0073 kg/m3 dan

C1 = 0,0065 kg/m3

0,0073  0,0065 0,0073 ln 0,0065

Clm = 0,0068 kg/m3

Pada laju alir udara 2000cc/min  Untuk Clm =

C2 = 0,0063 kg/m3 dan

C1 = 0,0044 kg/m3

0,0063  0,0044 0,0063 ln 0,0044


C2 = 0,0064 kg/m3 dan

C1 = 0,0049 kg/m3

0,0064  0,0049 0,0064 ln 0,0049

Clm = 0,0056 kg/m3

 Untuk Clm =

C2 = 0,0066 kg/m3 dan

C1 = 0,0054 kg/m3

0,0066  0,0054 0,0066 ln 0,0054


C2 = 0,0070 kg/m3 dan

C1 = 0,0067 kg/m3

Clm =

0,0070  0,0067 0,0070 ln 0,0067


C2 = 0,0072 kg/m3 dan

C1 = 0,0062 kg/m3

0,0072  0,0062 0,0072 ln 0,0062

Clm = 0,0066 kg/m3

Pada laju alir udara 2500 cc/min  Untuk Clm =

C2 = 0,0065 kg/m3 dan

C1 = 0,0047 kg/m3

0,0065  0,0047 0,0065 ln 0,0047


C2 = 0,0070 kg/m3 dan

C1 = 0,0050 kg/m3

0,0070  0,0050 0,0070 ln 0,0050

Clm = 0,0059 kg/m3

 Untuk Clm =

C2 = 0,0075 kg/m3 dan

C1 = 0,0056 kg/m3

0,0075  0,0056 0,0075 ln 0,0056


C2 = 0,0079 kg/m3 dan

C1 = 0,0058 kg/m3

Clm =

0,0079  0,0058 0,0079 ln 0,0058


C2 = 0,0082 kg/m3 dan

Clm =

C1 = 0,0060 kg/m3

0,0082  0,0060 0,0082 ln 0,0060

Clm = 0,0070 kg/m3

3. Menghitung Wp (Wetted meter) Rumus:

Wp = .d

Dimana: d = diameter kolom = 3,16 cm = 3,16 x 10-2 m Wp = (3,14) (3,16 x 10-2 m) Wp = 0,0992 m

4. Menghitung Laju Volumetric Air () (kg / m s) Rumus:  =

Qair wetted perimeter

Dimana: Wp = 0,0992 m Pada aliran udara 1500 – 2500 cc/min  Untuk laju alir air = 8,3 x 10-4 kg / sec

=

8,3 x10 4 kg

s

0,0992 m

 = 8,366 x 10-3 kg/m.sec  Untuk laju alir air = 1,3 x 10-3 kg/s =

1,3 x 10 3 kg

s

0,0992 m

 = 1,31 x 10-2 kg/m.sec  Untuk laju alir air = 1,83 x 10-3 kg/s =

1,83 x 10 3 kg

s

0,0992 m

 = 1,844 x 10-2

kg/m.sec

 Untuk laju alir air = 2,3 x 10-3 kg/s =

2,3 x10 3 kg

s

0,0992 m

 = 2,318 x 10-2

kg/m.sec

 Untuk laju alir air = 2,83 x 10-3 kg/s =

1,83 x 10 3 kg

s

0,0992 m

 = 2,852 x 10-2

kg/m.sec

5. Menghitung Reynold Number (Re) Rumus: Re =

4



Dimana:  = 1,02 x 10-3 Ns/m2

Berikut nilai Re untuk semua laju alir udara (1500-2500 cc/min)



Untuk  = 8,366 x 10-3 kg/m.sec Re =

4 x 8,366 x 10 3 1,02 x 10 3

Re = 32,807 

Untuk  = 1,31 x 10-2 kg/m.sec Re =

4 x 1,31 x 10 2 1,02 x 10 3

Re = 51,372 

Untuk  = 1,844 x 10-2 kg/m.sec Re =

4 x 1,844 x 10 2 1,02 x 10 3

Re = 72,313 

Untuk  = 2,318 x 10-2 kg/m.sec

4 x 2,318 x 10 2 Re = 1,02 x 10 3 Re = 90,901 

Untuk  = 2,852 x 10-2 kg/m.sec Re =

4 x 2,852 x 10 2 1,02 x 10 3

Re = 111,843

6. Menghitung Flux Massa Oksigen (kg / s)

Rumus: J = (C2 – C1) . Qair

Pada laju alir Udara 1500 cc/min 









Untuk C2

= 0,0062 kg/m3 C1 = 0,0043 kg/m3

Qair

= 8,3 x 10-7 m3/sec

J

= (0,0062 - 0,0043 ) kg/m3 x

J

= 1,58 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

= 0,0065 kg/m3 C1 = 0,0045 kg/m3

Qair

= 1,3 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0065 - 0,0045 ) kg/m3 x

J

= 2,60 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

= 1,83 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0069 - 0,0047 ) kg/m3 x

J

= 4,03 x 10-9 kg/sec

1,83 x 10-6 m3/s

= 0,0071 kg/m3 C1 = 0,0053 kg/m3

Qair

= 2,3 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0071 - 0,0053 ) kg/m3 x

J

= 4,14 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

1,3 x 10-6 m3/s

= 0,0069 kg/m3 C1 = 0,0047 kg/m3

Qair

Untuk C2

8,3 x 10-7 m3/s

2,3 x 10-6 m3/s

= 0,0073 kg/m3 C1 = 0,0065 kg/m3

Qair

= 2,83 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0073 - 0,0065 ) kg/m3 x

J

= 2,26 x 10-9 kg/sec

2,83 x 10-6 m3/s

Pada laju alir Udara 2000 cc/min 

Untuk C2 Qair

= 0,0063 kg/m3 C1 = 0,0044 kg/m3 = 8,3 x 10-7 m3/sec









J

= (0,0063 - 0,0044 ) kg/m3 x

J

= 1,58 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

= 0,0064 kg/m3 C1 = 0,0049 kg/m3

Qair

= 1,3 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0064 - 0,0049 ) kg/m3 x

J

= 1,95 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

= 1,83 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0066 - 0,0054 ) kg/m3 x

J

= 2,20 x 10-9 kg/sec

1,83 x 10-6 m3/s

= 0,0070 kg/m3 C1 = 0,0067 kg/m3

Qair

= 2,3 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0070 - 0,0067 ) kg/m3 x

J

= 6,90 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

1,3 x 10-6 m3/s

= 0,0066 kg/m3 C1 = 0,0054 kg/m3

Qair

Untuk C2

8,3 x 10-7 m3/s

2,3 x 10-6 m3/s

= 0,0072 kg/m3 C1 = 0,0062 kg/m3

Qair

= 2,83 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0072 - 0,0062 ) kg/m3 x

J

= 2,83 x 10-9 kg/sec

2,83 x 10-6 m3/s

Pada laju alir air 2500 cc/min 





Untuk C2

= 0,0065 kg/m3 C1 = 0,0047 kg/m3

Qair

= 8,3 x 10-7 m3/sec

J

= (0,0065 - 0,0047 ) kg/m3 x

J

= 1,49 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

= 0,0070 kg/m3 C1 = 0,0050 kg/m3

Qair

= 1,3 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0065 - 0,0045 ) kg/m3 x

J

= 2,60 x 10-9 kg/sec

Untuk C2

8,3 x 10-7 m3/s

1,3 x 10-6 m3/s

= 0,0075 kg/m3 C1 = 0,0056 kg/m3





Qair

= 1,83 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0069 - 0,0047 ) kg/m3 x

J

= 3,48 x 10-9 kg/sec

1,83 x 10-6 m3/s

= 0,0079 kg/m3 C1 = 0,0058 kg/m3

Untuk C2 Qair

= 2,3 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0079 - 0,0058 ) kg/m3 x

J

= 4,83 x 10-9 kg/sec

2,3 x 10-6 m3/s

= 0,0082 kg/m3 C1 = 0,0060 kg/m3

Untuk C2 Qair

= 2,83 x 10-6 m3/sec

J

= (0,0082 - 0,0060 ) kg/m3 x

J

= 6,23 x 10-9 kg/sec

2,83 x 10-6 m3/s

7. Menghitung Luas Area Perpindahan Massa (luas kontak) Rumus: A = .d.z Dimana:  = 3,14 d = 3,16 cm = 3,16 x 10-2 m z = 90 cm = 0,9 m A = (3,14) . (3,16 x 10-2) m . (0,9) m A = 0,0893 m2

8. Menghitung Koefisien Liquid (KL) Rumus: KL =

J A.C lm

Pada aliran udara 1500 cc/min 

Untuk j = 1,58 x 10-9 kg/sec Clm = 0,0051 kg/m3 dan A=0,0893 m2 KL =

1,58 x10 9 kg / sec 0,0051 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 3,469 x 10-6 m/sec 

Untuk j = 2,60 x 10-9 kg/sec Clm = 0,0054 kg/m3dan A=0,0893 m2 KL =

2,60 x10 9 kg / sec 0,0054 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 5,391 x 10-6 m/sec 


4,03 x10 9 kg / sec 0,0057 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 7,917 x 10-6 m/sec 

Untuk j = 4,14 x 10-9 kg/sec Clm = 0,0061 kg/m3 dan A=0,0893 m2

4,14 x10 9 kg / sec KL = 0,0061 kg / m 3 x 0,0893 m 2 KL = 7,6 x 10-6 m/sec 


2,26 x10 9 kg / sec 0,0068 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 3,721 x 10-6 m/sec



1,58 x10 9 kg / sec 0,0052 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 3,402 x 10-6 m/sec 


1,95 x10 9 kg / sec 0,0056 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 3,899 x 10-6 m/sec






6,9 x10 9 kg / sec 0,0068 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 1,136 x 10-5 m/sec 


2,83 x10 9 kg / sec 0,0066 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 4,801 x 10-6 m/sec



1,49 x10 9 kg / sec 0,0055 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 3,033 x 10-6 m/sec 




3,48 x10 9 kg / sec 0,0065 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 5,995 x 10-6 m/sec 


KL =

4,83 x10 9 kg / sec 0,0067 kg / m 3 x 0,0893 m 2

KL = 8,072 x 10-6 m/sec 


6,23 x10 9 kg / sec KL = 0,0070 kg / m 3 x 0,0893 m 2 KL = 9,966 x 10-6 m/sec

9. Menghitung Sherwood Number (Sh) Rumus: Sh = KL

z DL

Dimana: Z = 90 cm = 0,9 m DL= 2,5 x 10-9 m2/s

Pada Laju Udara 1500 cc/min  Untuk KL = 3,469 x 10-6 m/sec Sh = 3,469 x 10 6 m / sec

0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 1248,84  Untuk KL = 5,391 x 10-6 m/sec Sh = 5,391 x 10 6 m / sec

0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 1940,76  Untuk KL = 7,917 x 10-6 m/sec Sh = 7,917 x 10 6 m / sec Sh = 2850,12

0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

 Untuk KL = 7,6 x 10-6 m/sec Sh = 7,6 x 10 6 m / sec

0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 2736  Untuk KL = 3,721 x 10-6 m/sec Sh = 3,721 x 10 6 m / sec

0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 1339,56


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 1503  Untuk KL = 1,136 x 10-5 m/sec Sh = 1,136 x 10 5 m / sec

0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 408,96  Untuk KL = 4,801 x 10-6 m/sec

Sh = 4,801 x 10 6 m / sec

0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 1728,36


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s


0,9 m 2,5 x 10 9 m 2 / s

Sh = 3587,76 k. Data Untuk Membuat Grafik (log Sh vs log Re) Sh = a Reb

ln Sh = ln a + b ln Re persamaan ini analog dengan: y = B + Ax Dimana: Ln Sh = y

ln a = B (intersept)

Ln Re = x

a = antiln B b = slope

Untuk laju alir udara 2000 cc/min Sh

Y = ln Sh

1248,84 1940,76 2850,12 2736 1339,56 

Re 33 51 72 91 112

7,12997 7,570835 7,955116 7,914252 7,200096 37,77027

A = Slope =

X2

XY

3,490642 3,939093 4,281004 4,509771 4,717096

12,18458 15,51646 18,32699 20,33803 22,251

24,88817 29,82222 34,05588 35,69147 33,96355

20,93761

88,61706

158,4213

X = ln Re

n XY   X  Y n X 2  ( X ) 2

=

(5)(158 ,42 )  (20 ,93)(37 ,77 ) (6)(88,61)  (20 ,93) 2

=

1,5739 93,319

Slope = 0,0168 B =

Intersep =

=

Y  X n X

2 2

  XY  X  ( X ) 2

(88,61)(37 ,77 )  (20 ,93)(158 ,42 ) (6)(88,61)  (20 ,93) 2

31,0691 93,319

= Intersep =

0,3329

Y = 0,0168 X + 0,3329 Ln a = 0,3329 a = 1,395 b

Jadi :

Sh =1,395Re0,0168

= 0,0168

Untuk laju alir udara 2000 cc/min Sh

Y = ln Sh

Re 33 51 72 91 112

7,110468 7,246824 7,315218 6,013617 7,454928

1224,72 1403,64 1503 408,96 1728,36



35,14106

Slope =

X2

XY

3,490642 3,939093 4,281004 4,509771 4,717096

12,18458 15,51646 18,32699 20,33803 22,251

24,8201 28,54592 31,31648 27,12004 35,16561

20,93761

88,61706

146,9681

X = ln Re

n XY   X  Y n X 2  ( X ) 2

=

(6)(146 ,96 )  (20 ,93)(35,14 ) (6)(88,61)  (20 ,93) 2

=

146 ,2798 93,319

Slope = 1,5675

Intersep =

=

Y  X n X

2 2

  XY  X  ( X ) 2

(88,61)(35,14 )  (20 ,93)(146 ,96 ) (6)(88,61)  (20 ,93) 2

37 ,8826 93,319

=

Intersep = 0,4059 Y = 1,5675 X + 0,4059 Ln a

Jadi : Sh = 1,5006 Re1,5675

= 0,4059

a = 1,5006 b = 1,5675 Untuk laju alir udara 2500 cc/min Sh

Y = ln Sh

1091,88 1582,56 2143,8 2905,92 3587,76

6,995656 7,366799 7,670335 7,974505 8,185283



38,19258

Slope =

Re 33 51 72 91 112

X2

XY

3,490642 3,939093 4,281004 4,509771 4,717096

12,18458 15,51646 18,32699 20,33803 22,251

24,41933 29,01851 32,83674 35,96319 38,61077

20,93761

88,61706

160,8485

X = ln Re

n XY   X  Y n X 2  ( X ) 2

=

(6)(160 ,84 )  (20 ,93)( 38,19 ) (6)(88,61)  (20 ,93) 2

=

165 ,7233 93,319

Slope = 1,7758 Intersep =

Y  X n X

2 2

  XY  X  ( X ) 2

=

(88,61)(38,19 )  (20 ,93)(160 ,84 ) (6)(88,61)  (20 ,93) 2

=

17 ,6347 93,319

Intersep = 0,1889 Y = 1,7758 X + 0,1889 Ln a = 0,1889

Jadi : Sh = 1,2079 Re 1,7758

a = 1,2079 b = 1,7758

GRAFIK TERLAMPIR !!!

BAB V PEMBAHASAN

Setelah selesai melakukan praktikum Wetted Wall Absorption Column ini, menjadi semakin jelaslah mengenai apa yang menjadi tujuan dari praktikum ini. Terutama dalam hal prinsip dan cara kerja dari Wetted Wall Absorption Column serta mengetahui adanya film yang membantu absorpsi yang terjadi antara zat cair dan zat gas. Pada percobaan yang dilakukan kali ini pada prinsipnya menggunakan dasar dari difusi. Alat yang digunakan adalah Wetted wall absorption column. Dengan Wetted wall absorption column kita mengamati bagaimana terbentuknya lapisan tipis film dari fluida yang mengalir dari atas column dan terjadinya kontak dengan udara secara counter current dimana terjadi perpindahan massa dan perpindahan momentum secara bersamaan. Dalam peristiwa ini juga terjadi absorpsi dimana terjadi perubahan

bentuk massa lapisan film yang terbentuk pada daerah yang dekat dengan permukaan kolom sehingga aliran fluida akan laminer. Air di pompa melalui pompa 1 ke kolom deoksigenator. Kolom ini berfungsi untuk mengurangi kandungan O2 dalam fluida sebelum fluida tersebut dialirkan ke dalam kolom wetted wall absorption. Selain itu kolom ini juga berfungsi sebagai penstabil fluida agar fluida tersebut pada saat memasuki kolom wetted wall tidak memberikan gejolak yang dapat mengganggu jalannya percobaan. By pass pada bagian atas kolom air yang di kembalikan ke bak penampungan, di fungsikan untuk memberikan kestabilan bagi kolom deoksigenator dan juga agar tidak flooding. Prinsip dari kolom ini berdasarkan pada ketinggian air, dimana air pada level yang rendah konsentrasi oksigennya sedikit dibanding pada level yang tinggi. Air masuk ke pompa 2 melalui bagian bawah kolom menuju wetted wall absorption column bagian atas, air masuk dahulu ke sensor probe inlet. sensor probe merupakan alat untuk mengukur kadar/konsentrasi O2 yang terkandung dalam air sebelum air masuk ke kolom wetted wall tempat terjadinya absorpsi. Kemudian kompresor udara dihidupkan dan udara masuk melalui bagian bawah ke kolom wetted wall melalui suatu penyaring udara sehingga tidak semua gas yang terkandung dalam udara tersebut akan ikut masuk ke dalam kolom. Hal ini dimaksudkan agar hanya O2 saja yang mengalir dalam kolom sehingga dapat diketahui perubahan kadar O2 setelah terjadi kontak dengan fluida yang mengalir (dalam hal ini adalah air). Perubahan kadar O2 diketahui dari fluida yang mengalir melalui sensor probe outlet. Untuk mematikan alat ini, dimulai dari belakang ke depan, matikan kompresor, pompa 2, pompa1, sebab matikan kondisi mendadak menyebabkan rusaknya alat, dan aliran balik yang merusak. Hasil data yang diperoleh menunjukkan bahwa kadar O2 keluaran lebih besar daripada kadar O2 pada inlet. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi penyerapan oksigen (O2) oleh fluida (air). Apabila flowrate udara dinaikkan dan flowrate air tetap, maka proses penyerapan oksigen juga akan bertambah besar, hal ini dikarenakan oleh luas permukaan air akan menjadi lebih besar sehingga kontak

dengan udara akan bertambah besar yang menyebabkan proses penyerapan oksigen menjadi lebih besar. Pada percobaan yang telah kami lakukan terlihat bahwa pembentukan lapisan film pada kolom kurang sempurna. Kami berasumsi bahwa banyak faktor yang menyebabkan hal ini terjadi, diantaranya: a. Posisi kolom yang tidak tepat tegak lurus. b. Dinding di dalam tabung dimana dilalui liquid sekaligus tempat terjadinya absorpsi kurang begitu bersih. c. Adanya kebocoran kolom deoksigenator. Dari hasil perhitungan yang telah dilakukan diperoleh hubungan Reynold number dengan Sherwood number adalah sebagai berikut : a. Untuk laju alir udara 1500 cc/min : Sh = 1,395Re0,0168 b. Untuk laju alir udara 2000 cc/min : Sh = 1,5006 Re1,5675 c. Untuk laju alir udara 2500 cc/min : Sh = 1,2079 Re 1,7758 Terlihat dari grafik, menunjukkan pada tiap laju alir Udara dengan rumusnya masing-masing garis gradiennya membentuk garis lurus. Hal ini membuktikan kebenaran dari rumus ini. Secara teori diperoleh hubungan Reynold number dengan Sherwood number adalah :

shav  0,023 Re

0,83

sc

1 3

Dari rumus di atas dapat kita lihat bahwa nilai Sherwood number lebih kecil dari nilai Reynold number. Nilai Sherwood number akan semakin besar apabila nilai Reynold number kita tingkatkan [ rumus Re =

dv ].. 

BAB VI KESIMPULAN . 1. Wetted wall absorption column merupakan alat yang digunakan untuk membuktikan terjadinya proses absorpsi O2 oleh air yang ditandai dengan terbentuknya lapisan film dan meningkatnya kadar O2 outlet pada air lebih besar daripada inlet, yang berprinsip difusi. 2. Proses penyerapan O2 oleh air dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya laju alir air, laju alir udara, ketelitian alat yang digunakan dalam percobaan, dan lain-lain. 3. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas menuju fase liquid. 4. Makin besar laju alir air maka makin besar pula O2 yang diserap oleh air. 5. Makin besar laju alir udara maka makin besar pula O2 yang diserap oleh air.

DAFTAR PUSTAKA

1.

Robert E. Treyball, “Mass Transfer Operation“, 3rd edition, Mc. Graw Hill Book Company, New York, 1987.

2.

Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson, “Fundamental of Momentum”, Heat, and Mass Transfer “, 3rd edition, John Wiley & Sons Inc., New York, 1984.

3.

Perry, RH and Chiton, CH, “Chemical Engineering Hand Book“, 7 th edition, Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd. Tokyo, 1984.

4.

Warren L. Mc. Cabe, Julian c. Smith, dan Peter Harriot, “Operasi Teknik Kimia“, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1993.

GAMBAR ALAT WETTED WALL ABSORPTION COLUMN

KOLOM DEOKSIGENERATOR

KOLOM ABSORBER

PUM1

PUM2

KOMP POWER

DEBIT UDARA

DEBIT AIR

KP P-2

P-1

BAK AIR

Lampiran

Grafik Untuk Laju Udara 1500 cc/min

2 Y

0 0

X 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12

2

4

6

8

10

12

14 X

Y 1,9734 3,5409 5,1084 6,6759 8,2434 9,8109 11,3784 12,9459 14,5134 19,2159

Grafik Untuk Laju Udara Y

25 20 15 10

Grafik Untuk Laju Udara 2500 cc/min

Y

25

20

15

10

5

0 0

2

4

6

8 X

10

12

14

Wetted Wall

Recommend Documents