Laporan Praktikum Pfr- Ismail Hamzah (171411047).docx

LAPORAN PRAKTIKUM LABORATORIUM TEKNIK KIMIA 2 PLUG FLOW REACTOR Dosen pembimbing : Ir. Umar Chayam

Oleh: Ismail Hamzah

(171411047)

Kelas 2B (D3-Teknik Kimia)

JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2019

I.

DASAR TEORI PLUG FLOW REACTOR

Plug flow reactor adalah suatu alat yang digunakan untuk mereaksikan suatu reaktan dalam hal ini fluida dan mengubahnya menjadi produk dengan cara mengalirkan fluida tersebut dalam pipa secara berkelanjutan (continiuous). Biasanya reaktor ini dipakai untuk mempelajari berbagai proses kimia yang penting seperti perubahan senyawa kimia, reaksi termal dan lain-lain. dimana katalis diletakkan pada suatu pipa lalu dari sela-sela katalis dilewatkan bahan baku seperti air melewati sela-sela pasir pada saringan. Plug flow reactor biasa digunakan untuk mempelajari beberapa proses penting seperti reaksi termal dan reaksi kimia plasma dalam aliran gas yang cepat serta daerah katalis. Dalam beberapa kasus, hasil yang didapat hanya membantu kita dalam memahami karakteristik prose-proses kimia, tetapi juga dapat memberikan kita pengertian praktis dari proses-proses kimia yang penting. Model reaktor alir pipa (RAP) atau plug flow reactor (PFR) merupakan reaktor dimana reaksi kimia berlangsung secara kontinu sepanjang system aliran. Reaktor alir pipa sering juga disebut sebagai reaktor alir sumbat atau Continuous Tubular Recators (CST). Reaktor alir pipa ini digunakan untuk memperkirakan sifat-sifat reaktor kimia sehingga variable kunci reaktor seperti dimensi reaktor bisa dihitung. Reaktor ini memiliki karakteristik dalam mekanisme reaksi. Pada umumnya karakteristik reaktor alir pipa pada kondisi ideal yaitu: 1. Reaktor ini biasanya berupa tube (tabung) yang bereaksi dengan aliran fluida 2. Diasumsikan tidak terjadi pengadukan (mixing) 3. Aliran plug merupakan jenis aliran yang terjadi pada reaktor ini (reaktor alir) 4. Sebagian besar mixing dari jenis reaktor ini beroperasi pada level intermediet 5. Pencampuran sempurna dalam dimensi radial (konsentrasi seragam) 6. Tidak ada pencampuran pada aliran aksial atau tidak terjadi disperse aksial (aliran terpisah)

1. Prinsip Kerja Plug flow reactor Reaktor alir pipa merupakan reaktor dimana cairan bereaksi dan mengalir dengan cara melewati tube (tabung) dengan kecepatan tinggi, tanpa terjadi pembentukan arus putar pada aliran cepat. Reaktor alir pipa pada hakekatnya hampir sama dengan pipa dan relative cukup mudah dalam perancangannya. Reaktor ini biasanya dilengkapi dengan selaput membrane untuk menambah yield produk pada reaktor. Produk secara selektif ditarik dari reaktor

sehingga keseimbangan dalam reaktor secara kontinu bergeser membentuk lebih banyak produk. Pada umumnya reaktor alir pipa dilengkapi dengan katalisator. Seperti sebagian besar reaksi pada industry kimia, reaksinya membutuhkan katalisator secara signifikan pada suhu layak (standar). Dalam

PFR, satu atau lebih reaktan dipompakan kedalam suatu pipa.

Biasanya reaksi yang digunakan pada reaktor ini adalah reaksi fasa gas. Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa sehingga semakin panjang pipa maka konversi yield akan semakin tinggi. Namun tidak mudah untuk menaikkan konversi karena didalam PFR konversi terjadi secara gradien. Pada awalnya kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun setelah panjang pipa tertentu atau pipa bertambah panjang maka jumlah reaktan akan berkurang dan kecepatan reaksi berlangsung lebih lambat dan akan semakin lambat seiring panjangnya pipa. Artinya, untuk mencapai konversi 100% panjang pipa yang dibutuhkan adalah tak terhingga. Beberapa hal penting dalam reaktor alir pipa adalah: a. Perhitungan dalam model PFR mengasumsikan tidak terjadinya pencampuran (mixing) dan reaktan bergerak secara aksial bukan radial b. Katalisator dapat dimasukkan melalui titik yang berbeda dari titik masukan dimana katalisator ini diharapkan dapat mengoptimalkan reaksi dan terjadi penghematan daya dan kondisi operasi juga bisa diminimalkan sehingga produk yang dihasilkan akan menjadi lebih banyak lagi. Hal ini yang sangat menguntungkan penggunaan PFR ini sehingga reaktor ini banyak digunakan. c. Umumnya PFR memiliki konversi yang lebih besar dibandingkan dengan reaktor alir tangki berpengaduk (RATB) dalam volume yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama reaktor alir pipa memberikan hasil yang lebih besar dibandingkan RATB. Didalam reaktor alir pipa, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga waktu tinggal (τ) sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir melalui reaktor ideal ini disebut dengan plug. Saat plug mengalir sepanjang reaktor alir pipa, fluida bercampur sempurna dalam arah radial bukan dalam arah axial (dari arah depan atau belakang). Setiap plug dengan volume berbeda dinyatakan sebagai kesatuan yang terpisahpisah (hampir seperti batch reaktor) dimana plug mengalir turun melalui pipa reaktor ini. Reaktor alir pipa juga dikenal sebagi reaktor aliran piston atau reaktor aliran turbular. Reaktor-reaktor tersebut memiliki

persamaan diferensial biasa, dimana pemecahan

persamaan tersebut dapat diselesaikan jika boundary condition diketahui. Model reaktor alir pipa digunakan untuk berbagi jenis fluida, seperti: cairan, gas, dan slurry. Walaupun aliran

turbulen dan difusi aksial menyebabkan pencampuran arah axial pada berbagai reaktor namun pada reaktor alir pipa kondisi ini memiliki efek yang kecil dan diabaikan. Pada kasus model reaktor alir pipa yang paling sederhana, beberapa asumsi pokok harus dibuat untuk menyederhanakan masalah ini. Perlu diperhatikan bahwa tidak semua asumsi ini perlu, namun pemindahan asumsi ini menambah kerumitan masalah. Model reaktor alir pipa dapat digunakan pada reaksi lipat ganda (multiple reaction) serta reaksi yang melibatkan perubahan suhu, tekanan dan densitias fluida. Walaupun kerumitan ini diabaikan, namun selalu relevan dalam proses industri. Adapun asumsi yang diguanakan pada model reaktor ini sebagai berikut: 1. Aliran plug (plug flow) 2. Keadaan steady state 3. Densitas fluida konstan (untuk cairan dan juga berlaku untuk gas yang tidak mengalami penurunan tekanan, perubahan mol dan perubahan temperatur). 4. Diameter pipa konstan 5. Reaksi tunggal (single reaction) 6. Zat mengalir di dalam pipa dengan distribusi kecepatan datar 7.

Kecepatan pengadukan ke arah radial berlangsung sangat cepat sehingga pada setiap penampang pipa R, T,P dan komposisi fluida selalu uniform (seragam), dan perbedaan terjadi di sepanjang pipa R

8. Setiap partikel fluida yg mengalir mempunyai waktu tinggal sama 9. Fluida dalam fasa gas berlangsung pada tekanan tetap dan fluida dalam fasa cair berlangsung pada volume dan tekanan tetap Dalam aplikasinya, reaktor alir pipa digunakan pada reaksi: a.

Reaksi skala besar

b. Reaksi cepat c.

Reaksi homogen atau heterogen

d. Reaksi kontinu e.

Reaksi pada temperatur tinggi

2. Keuntungan dan Kerugian Menggunakan PFR Dikatakan ideal jika zat pereaksi dan hasil reaksi mengalir dengan kecepatan yang sama diseluruh penampang pipa. Keuntungan menggunakan PFR adalah reactor ini memberikan volume yang lebih kecil daripada RATB, untuk konversi yang sama.

Kerugian dari penggunaan PFR adalah: 1. Harga alat dan biaya instalasi tinggi. 2. Memerlukan waktu untuk mencapai kondisi steady state. 3. Untuk reaksi eksotermis kadang-kadang terjadi “Hot Spot” (bagian yang suhunya sangat tinggi) pada tempat pemasukan . Dapat menyebabkan kerusakan pada dinding reaktor.

Gambar 2. Mekanisme Bagaimana Reaktan Berubah Menjadi Produk di Dalam PFR

Gambar 1. Ilustrasi Sederhana Plug Flow Reactor

Gambar 3. Plug Flow Reactor

3. Karakteristik Plug Flow Reactor 1. 2. 3.

4. 5.

Karakteristik yang dapat mendeskripsikan bagaimana kinerja dari plug flow reactor adalah sebagai berikut : Pola aliran adalah plug flow. Aliran reaktan sepanjang plug flow reactor di dalam vesel tertutup kemudian akan berubah menjadi produk setelah keluar dari PFR. Kecepatan aliran volumetris dapat bervariasi secara kontinyu kearah aliran sebab perubahan densitas. Setiap elemen fluida merupakan sistem tertutup (dibandingkan reactor CSTR); yaitu, tidak ada pencampuran kearah axial, meskipun terjadi pencampuran sempurna searah radial (dalam vesel silinder). Sebagai konsequensi dari (3) sifat-sifat fluida dapat berubah secara kontinyu kearah radial tapi konstan secara axial (pada posisi axial tertentu) Setiap elemen fluida mempunyai residence time yang sama seperti yang lain (dibandingkan CSTR).

4. Kegunaan Plug Flow Reactor 1.

2. 3.

Ada berbagai macam kegunaan dari plug flow reactor, diantaranya : Model RAP seringkali digunakan untuk sebuah reactor yang mana sistem reaksi (gas atau cair) mengalir pada kecepatan relatif tinggi (Re>>, sampai mendekati PF) melalui suatu vesel kosong atau vesel yang berisi katalis padat yang di packed. Reaktor dapat digunakan dalam operasi skala besar untuk produksi komersial, atau di laboratorium atau operasi skala pilot untuk mendapatkan data perancangan. Plug flow reactor sering digunakan di dalam reaksi biologis dimana substrat mengalir ke dalam reactor dan terkonversi menjadi produk dengan bantuan enzim.

II.

ALAT DAN BAHAN A. Alat pendukung:  Konduktometer  Suntikan  Cup plastic  Tabung reaksi  Rak tabung reaksi

B. Bahan :  Larutan CuSO4 jenuh  Kristal CuSO4  Aquades

1 set 1 buah 32 buah 6 buah 1 buah 100 mL 25

gram 100 mL

III. PROSEDUR KERJA A. Persiapan Awal : 1. Pastikan alat yang akan digunakan dalam keadaan baik 2. Periksa air di dalam tangki air, pastikan air yang akan digunakan mencukupi kebutuhan kegiatan praktikum 3. Siapkan larutan CuSO4 jenuh 100mL B. Prosedur kegiatan Praktikum 1. Nyalakan pompa dengan menekan saklar yang terhubung dengan listrik 2. Tekan tombol ON pada pompa 2 3. Atur bukaan valve agar air dapat mengalir 4. Biarkan air mengalir terlebih dahulu sehingga aliran air di dalam pipa tidak memiliki gelembung udara. 5. Atur bukaan pompa untuk variasi laju alir 6. Suntikan 10mL CuSO4 kedalam pipa yang sudah dialiri air dengan laju alir tertentu secara tiba-tiba 7. Hitung waktu yang dibutukan dari larutan CuSO4 pada awal penyuntikan sampai keluar menjadi produk. 8. Hitung konduktivitas fluida setelah keluar dari tabung PFR. C. Kurva kalibrasi 1. Siapkan Kristal CuSO4, aquades, tabung reaksi dan labu takar 100ml 2. Timbang Kristal CuSO4 sebanyak 25 gram lalu campurkan dengan aquades di dalam labu takar 100 mL

3. Buat larutan CuSO4 dengan konsentrasinya menjadi 200 ppm, 160 ppm, 120 ppm, 80 ppm, 60 ppm, 20 ppm, dan 0 ppm. 4. Catat dan ukur konduktivitasnya IV. DATA a. Data dasar Densitas air

= 997 𝑘𝑔/𝑚3 = 0,89 × 10−3

Viskositas air

𝑘𝑔 𝑚

.𝑠

b. Dimensi Reaktor 5

2,54 cm



D=



L = 418 cm x



𝑉 = 4 𝜋𝐷 2 𝐿

8

inch x

1 inch 1m 100 cm

x

1m 100 cm

= 0,015875 m

= 4,18 m

1

𝑉 = 0,25 × 3,14 × (0,015875 𝑚)2 × 4,18 𝑚 𝑉 = 8,269 × 10−4 𝑚3 

𝐴 = 2𝜋𝑟( 𝑟 + 𝐿) 𝐴 = 2 . 3,14 . 0,0079375 (0,0079375 + 4,18) 𝐴 = 0,208 𝑚2

c. Kalibrasi konduktivitas CuSO4 Nomor Label

C larutan (ppm)

1

200

Konduktivitas (mS/cm) 3,929

2

160

3,609

3

120

3,166

4

80

2,496

5

40

1,736

6

0

0,074

d. Run 1 dengan laju alir : 2 LPM Waktu (t) 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

Konduktivitas (mS/cm) 0,357 0,361 0,362 0,362 0,362 0,362 0,362 0,365 0,366 0,366 0,366 0,368 0,368 0,392 0,585 0,728

Waktu (t) 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62

Konduktivitas (mS/cm) 0,895 0,936 0,951 0,91 0,836 0,724 0,684 0,672 0,633 0,619 0,617 0,609 0,552 0,54 0,44

e. Run 2 dengan laju alir : 3 LPM Waktu (t) 1,2 2,4 3,6 4,8 6 7,2 8,4 9,6 10,8 12 13,2 14,4 15,6 16,8 18

Konduktivitas (mS/cm) 0,383 0,382 0,383 0,383 0,383 0,383 0,383 0,387 0,387 0,387 0,388 0,388 0,394 0,753 1,573

Waktu (t) 19,2 20,4 21,6 22,8 24 25,2 26,4 27,6 28,8 30 31,2 32,4 33,6 34,8 36

Konduktivitas (mS/cm) 1,867 1,552 1,292 1,02 0,829 0,698 0,614 0,533 0,51 0,499 0,487 0,463 0,454 0,452 0,419

f. Run 3 dengan laju alir : 4 LPM Waktu (t) 1,03 2,06 3,09 4,12 5,15 6,18 7,21 8,24 9,27 10,3 11,33 12,36 13,39 14,42 15,45

Konduktivitas (mS/cm) 0,378 0,362 0,361 0,361 0,359 0,359 0,359 0,359 0,359 0,359 0,356 0,354 0,351 1,666 1,762

Waktu (t) 16,48 17,51 18,54 19,57 20,6 21,63 22,66 23,69 24,72 25,75 26,78 27,81 28,84 29,87

Konduktivitas (mS/cm) 1,351 0,925 0,71 0,616 0,556 0,531 0,514 0,495 0,469 0,454 0,44 0,439 0,437 0,428

g. Run 4 dengan laju alir : 5 LPM Waktu (t) 0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,8 5,6 6,4 7,2 8 8,8 9,6 10,4 11,2 12

Konduktivitas (mS/cm) 0,345 0,361 0,361 0,361 0,361 0,362 0,362 0,365 0,365 0,371 0,371 0,434 0,891 1,679 2,149

Waktu (t) 12,8 13,6 14,4 15,2 16 16,8 17,6 18,4 19,2 20 20,8 21,6 22,4 23,2 24

Konduktivitas (mS/cm) 1,76 1,387 0,945 0,65 0,583 0,535 0,492 0,49 0,487 0,463 0,443 0,443 0,402 0,437 0,432

V.

PENGOLAHAN DATA

a. Kurva Kalibrasi Konduktivitas

Konduktivitas (mS/cm)

Kurva Kalibrasi CuSO4 5000 4000 3000

y = 18.26x + 675.67 R² = 0.9167

2000 1000 0 0

50

100

150

200

250

Konsentrasi CuSO4

b. Data Perubahan Konsentrasi run pertama Kecepatan = 2LPM = 3 × 10−5 𝑚3 /𝑠𝑒𝑐 No. Sa mp el

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Waktu awal (detik)

Waktu akhir (detik)

selisih waktu

Waktu tengah

Waktu tengah kuadrat

Kondu ktivitas

ti-1

ti

ti

˄i∆𝐭𝐢

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44

𝐭𝐢𝟐 1 9 25 49 81 121 169 225 289 361 441 529 625 729 841 961 1089 1225 1369 1521 1681 1849

˄i

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42

∆𝐭𝐢 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Pengolahan data untuk residence time ( 𝝉 ) 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

0,357 0,361 0,362 0,362 0,362 0,362 0,362 0,365 0,366 0,366 0,366 0,368 0,368 0,392 0,585 0,728 0,895 0,936 0,951 0,91 0,836 0,724

0,714 0,722 0,724 0,724 0,724 0,724 0,724 0,73 0,732 0,732 0,732 0,736 0,736 0,784 1,17 1,456 1,79 1,872 1,902 1,82 1,672 1,448

0,714 2,166 3,62 5,068 6,516 7,964 9,412 10,95 12,444 13,908 15,372 16,928 18,4 21,168 33,93 45,136 59,07 65,52 70,374 70,98 68,552 62,264

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43

Pengolahan data untuk variansi (𝝈𝟐 )

𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢 0,714 6,498 18,1 35,476 58,644 87,604 122,356 164,25 211,548 264,252 322,812 389,344 460 571,536 983,97 1399,216 1949,31 2293,2 2603,838 2768,22 2810,632 2677,352

44 46 48 50 52 54 56 58 60

23 24 25 26 27 28 29 30 31

46 48 50 52 54 56 58 60 62

2 2 2 2 2 2 2 2 2

45 47 49 51 53 55 57 59 61

2025 2209 2401 2601 2809 3025 3249 3481 3721

34,1



𝜏̅ = 𝜏̅ =

∫0 𝑡 𝐶 𝑑𝑡 𝑑𝑡 1183,076 34,1

∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

=

∑𝑖 𝑡𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖

= 34,694 sekon

Perhitungan variansi ∞

∫0 𝑡 2 𝐶 𝑑𝑡

𝜎 = 𝜎2 =

∞

∫0 𝐶 𝑑𝑡 49969,28 34,1

∑𝑖 𝑡𝑖2 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖 ̅̅̅ ∑𝑖 𝑡𝑖2 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ̅̅̅ 2 2 ̅̅̅ − 𝜏 = −𝜏 = − 𝜏2 ∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖

− 34,6942 = 261,701 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛2

Dispersion Number 𝐷 𝜎2 𝑁𝐷 = dicari dengan definisi 2 𝜇𝐿 𝜏

=2

1 𝜎2 𝑁𝐷 = 2 𝜏2

𝑁𝐷 = 

1 261,701 2 34,694 2

Reynolds Number ρ.D.v NRe = ;𝑣 μ

= 0,109

=

𝑄 𝐴 3×10

NRe =

−5

997.0,015875.( 0,208 ) 0,89x10−4

2770,2 2968,896 3039,666 3220,038 3466,306 3684,45 3586,896 3759,48 3274,48

∑𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢 1183,076

∑𝑖 𝑡𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

≅

∞ ∫0 𝐶

2



61,56 63,168 62,034 63,138 65,402 66,99 62,928 63,72 53,68

Perhitungan RTD ∞



1,368 1,344 1,266 1,238 1,234 1,218 1,104 1,08 0,88

∑ 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

∑ ˄i∆𝐭𝐢

Jumlah

0,684 0,672 0,633 0,619 0,617 0,609 0,552 0,54 0,44

= 25,6494

𝐷 𝜇𝐿

49969,28



Effective volume

𝑉𝑒𝑓𝑓 =

𝜏 ×𝑄 𝑉 𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 𝑉𝑒𝑓𝑓 =

34,694 × 3 × 10−5 8,269 × 10−4

= 1,258

c. Data Perubahan Konsentrasi run kedua Kecepatan = 3 LPM = 5 × 10−5 𝑚3 /𝑠𝑒𝑐 No. Sa mp el

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Waktu awal (detik)

Waktu akhir (detik)

selisih waktu

Waktu tengah

Waktu tengah kuadrat

Kondu ktivitas

ti-1

ti

∆𝐭𝐢

ti

𝐭𝐢𝟐

˄i

0 1,2 2,4 3,6 4,8 6 7,2 8,4 9,6 10,8 12 13,2 14,4 15,6 16,8 18 19,2 20,4 21,6 22,8 24 25,2 26,4 27,6 28,8 30 31,2 32,4 33,6 34,8

1,2 2,4 3,6 4,8 6 7,2 8,4 9,6 10,8 12 13,2 14,4 15,6 16,8 18 19,2 20,4 21,6 22,8 24 25,2 26,4 27,6 28,8 30 31,2 32,4 33,6 34,8 36

1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2

0,6 1,8 3 4,2 5,4 6,6 7,8 9 10,2 11,4 12,6 13,8 15 16,2 17,4 18,6 19,8 21 22,2 23,4 24,6 25,8 27 28,2 29,4 30,6 31,8 33 34,2 35,4

0,36 3,24 9 17,64 29,16 43,56 60,84 81 104,04 129,96 158,76 190,44 225 262,44 302,76 345,96 392,04 441 492,84 547,56 605,16 665,64 729 795,24 864,36 936,36 1011,24 1089 1169,64 1253,16

0,383 0,382 0,383 0,383 0,383 0,383 0,383 0,387 0,387 0,387 0,388 0,388 0,394 0,753 1,573 1,867 1,552 1,292 1,02 0,829 0,698 0,614 0,533 0,51 0,499 0,487 0,463 0,454 0,452 0,419

˄i∆𝐭𝐢 0,4596 0,4584 0,4596 0,4596 0,4596 0,4596 0,4596 0,4644 0,4644 0,4644 0,4656 0,4656 0,4728 0,9036 1,8876 2,2404 1,8624 1,5504 1,224 0,9948 0,8376 0,7368 0,6396 0,612 0,5988 0,5844 0,5556 0,5448 0,5424 0,5028

Pengolahan data untuk residence time ( 𝝉 ) 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

Pengolahan data untuk variansi (𝝈𝟐 )

0,27576 0,82512 1,3788 1,93032 2,48184 3,03336 3,58488 4,1796 4,73688 5,29416 5,86656 6,42528 7,092 14,63832 32,84424 41,67144 36,87552 32,5584 27,1728 23,27832 20,60496 19,00944 17,2692 17,2584 17,60472 17,88264 17,66808 17,9784 18,55008 17,79912

0,165456 1,485216 4,1364 8,107344 13,40194 20,02018 27,96206 37,6164 48,31618 60,35342 73,91866 88,66886 106,38 237,1408 571,4898 775,0888 730,1353 683,7264 603,2362 544,7127 506,882 490,4436 466,2684 486,6869 517,5788 547,2088 561,8449 593,2872 634,4127 630,0888

𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢

∑ ˄i∆𝐭𝐢 22,8312

Jumlah



∑𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢

437,7686

10070,76

Perhitungan RTD ∞

𝜏̅ = 𝜏̅ = 

∑ 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

∫0 𝑡 𝐶 𝑑𝑡 𝑑𝑡 437,7686 22,8312

∑𝑖 𝑡𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

≅

∞ ∫0 𝐶

∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

=

∑𝑖 𝑡𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖

= 19,1741 sekon

Perhitungan variansi ∞

2 2 ∑𝑖 𝑡𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖 ∑𝑖 𝑡𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ̅̅̅2 𝜎2 = ∞ − 𝜏̅̅̅2 = − 𝜏̅̅̅2 = −𝜏 ∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖 ∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ∫0 𝐶 𝑑𝑡

∫0 𝑡 2 𝐶 𝑑𝑡

𝜎2 = 

10070,76 22,8312

− 19,17412 = 73,4503 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛2

Dispersion Number 𝐷 𝜎2 𝑁𝐷 = dicari dengan definisi 2 𝜇𝐿 𝜏

=2

𝐷 𝜇𝐿

1 𝜎2 𝑁𝐷 = 2 𝜏2

𝑁𝐷 = 

1 73,4503 2 19,17412

Reynolds Number ρ.D.v NRe = ;𝑣 μ

= 0,099

=

𝑄 𝐴 5×10

NRe = 

−5

997.0,015875.( 0,208 ) 0,89x10−4

= 42,748

Effective volume

𝑉𝑒𝑓𝑓 =

𝜏 ×𝑄 𝑉 𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 𝑉𝑒𝑓𝑓 =

19,1741 × 5 × 10−5 8,269 × 10−4

= 1,16

d. Data Perubahan Konsentrasi run ketiga Kecepatan = 4 LPM = 6,67 × 10−5 𝑚3 /𝑠𝑒𝑐 No. Sa mp el

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Waktu awal (detik)

Waktu akhir (detik)

selisih waktu

Waktu tengah

Waktu tengah kuadrat

Kondu ktivitas

ti-1

ti

∆𝐭𝐢

ti

𝐭𝐢𝟐

˄i

0,515 1,545 2,575 3,605 4,635 5,665 6,695 7,725 8,755 9,785 10,815 11,845 12,875 13,905 14,935 15,965 16,995 18,025 19,055 20,085 21,115 22,145 23,175 24,205 25,235 26,265 27,295 28,325 29,355 30,385 31,415

0,265225 2,387025 6,630625 12,99603 21,48323 32,09223 44,82303 59,67563 76,65003 95,74623 116,9642 140,304 165,7656 193,349 223,0542 254,8812 288,83 324,9006 363,093 403,4072 445,8432 490,401 537,0806 585,882 636,8052 689,8502 745,017 802,3056 861,716 923,2482 986,9022

0 1,03 2,06 3,09 4,12 5,15 6,18 7,21 8,24 9,27 10,3 11,33 12,36 13,39 14,42 15,45 16,48 17,51 18,54 19,57 20,6 21,63 22,66 23,69 24,72 25,75 26,78 27,81 28,84 29,87 30,9 Jumlah

1,03 2,06 3,09 4,12 5,15 6,18 7,21 8,24 9,27 10,3 11,33 12,36 13,39 14,42 15,45 16,48 17,51 18,54 19,57 20,6 21,63 22,66 23,69 24,72 25,75 26,78 27,81 28,84 29,87 30,9 31,93 ∑ ˄i∆𝐭𝐢 17,82621

1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03 1,03

0,378 0,362 0,361 0,361 0,359 0,359 0,359 0,359 0,359 0,359 0,356 0,354 0,351 1,666 1,762 1,351 0,925 0,71 0,616 0,556 0,531 0,514 0,495 0,469 0,454 0,44 0,439 0,437 0,428 0,426 0,411

Pengolaha n data untuk variansi (𝝈𝟐 )

˄i∆𝐭𝐢

Pengolaha n data untuk residence time ( 𝝉 ) 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

0,38934 0,37286 0,37183 0,37183 0,36977 0,36977 0,36977 0,36977 0,36977 0,36977 0,36668 0,36462 0,36153 1,71598 1,81486 1,39153 0,95275 0,7313 0,63448 0,57268 0,54693 0,52942 0,50985 0,48307 0,46762 0,4532 0,45217 0,45011 0,44084 0,43878 0,42333

0,20051 0,576069 0,957462 1,340447 1,713884 2,094747 2,47561 2,856473 3,237336 3,618199 3,965644 4,318924 4,654699 23,8607 27,10493 22,21578 16,19199 13,18168 12,09002 11,50228 11,54843 11,72401 11,81577 11,69271 11,80039 11,9033 12,34198 12,74937 12,94086 13,33233 13,29891

0,103263 0,890026 2,465465 4,832312 7,943852 11,86674 16,57421 22,06626 28,34288 35,40408 42,88844 51,15765 59,92925 331,7831 404,8122 354,6749 275,1828 237,5998 230,3753 231,0232 243,845 259,6281 273,8306 283,022 297,7829 312,6401 336,8743 361,1258 379,8789 405,1029 417,7853

∑ 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

∑𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢

293,3054

5921,432

𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢



Perhitungan RTD ∞

𝜏̅ = 𝜏̅ = 

∫0 𝑡 𝐶 𝑑𝑡 𝑑𝑡 293,3054 17,82621

∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

=

∑𝑖 𝑡𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖

= 16,4536 sekon

Perhitungan variansi ∞

∫0 𝑡 2 𝐶 𝑑𝑡

2

𝜎 =

𝜎2 = 

∑𝑖 𝑡𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

≅

∞ ∫0 𝐶

∞

∫0 𝐶 𝑑𝑡

2

2

∑𝑖 𝑡𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖 ̅̅̅2 ∑𝑖 𝑡𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ̅̅̅2 − 𝜏̅̅̅2 = −𝜏 = −𝜏 ∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖

5921,432 − 16,45362 = 61,4546 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛2 17,82621

Dispersion Number 𝐷 𝜎2 𝑁𝐷 = dicari dengan definisi 2 𝜇𝐿 𝜏

=2

𝐷 𝜇𝐿

1 𝜎2 𝑁𝐷 = 2 𝜏2

𝑁𝐷 = 

1 61,4546 2 16,45362

Reynolds Number ρ.D.v NRe = ;𝑣 μ

= 0,1135

=

𝑄 𝐴 6,67×10

NRe = 

−5

997.0,015875.( 0,208 ) 0,89x10−4

= 57,027

Effective volume

𝑉𝑒𝑓𝑓 =

𝜏 ×𝑄 𝑉 𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 𝑉𝑒𝑓𝑓 =

16,4536 × 6,67 × 10−5 8,269 × 10−4

= 1,33

e. Data Perubahan Konsentrasi run keempat Kecepatan = 5 LPM = 8,34 × 10−5 𝑚3 /𝑠𝑒𝑐 No. Sa mp el

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Waktu awal (detik)

Waktu akhir (detik)

selisih waktu

Waktu tengah

Waktu tengah kuadrat

Kondu ktivitas

ti-1

ti

∆𝐭𝐢

ti

𝐭𝐢𝟐

˄i

0 0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,8 5,6 6,4 7,2 8 8,8 9,6 10,4 11,2 12 12,8 13,6 14,4 15,2 16 16,8 17,6 18,4 19,2 20 20,8 21,6 22,4 23,2 Jumlah

0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,8 5,6 6,4 7,2 8 8,8 9,6 10,4 11,2 12 12,8 13,6 14,4 15,2 16 16,8 17,6 18,4 19,2 20 20,8 21,6 22,4 23,2 24

0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8

∑ ˄i∆𝐭𝐢 15,2696

0,4 1,2 2 2,8 3,6 4,4 5,2 6 6,8 7,6 8,4 9,2 10 10,8 11,6 12,4 13,2 14 14,8 15,6 16,4 17,2 18 18,8 19,6 20,4 21,2 22 22,8 23,6

0,16 1,44 4 7,84 12,96 19,36 27,04 36 46,24 57,76 70,56 84,64 100 116,64 134,56 153,76 174,24 196 219,04 243,36 268,96 295,84 324 353,44 384,16 416,16 449,44 484 519,84 556,96

0,345 0,361 0,361 0,361 0,361 0,362 0,362 0,365 0,365 0,371 0,371 0,434 0,891 1,679 2,149 1,76 1,387 0,945 0,65 0,583 0,535 0,492 0,49 0,487 0,463 0,443 0,443 0,402 0,437 0,432

˄i∆𝐭𝐢 0,276 0,2888 0,2888 0,2888 0,2888 0,2896 0,2896 0,292 0,292 0,2968 0,2968 0,3472 0,7128 1,3432 1,7192 1,408 1,1096 0,756 0,52 0,4664 0,428 0,3936 0,392 0,3896 0,3704 0,3544 0,3544 0,3216 0,3496 0,3456

∑ 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

∑𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢

189,9574

2832,446

Pengolahan data untuk residence time ( 𝝉 ) 𝐭𝐢˄i∆𝐭𝐢

Pengolahan data untuk variansi (𝝈𝟐 )

0,1104 0,34656 0,5776 0,80864 1,03968 1,27424 1,50592 1,752 1,9856 2,25568 2,49312 3,19424 7,128 14,50656 19,94272 17,4592 14,64672 10,584 7,696 7,27584 7,0192 6,76992 7,056 7,32448 7,25984 7,22976 7,51328 7,0752 7,97088 8,15616

0,04416 0,415872 1,1552 2,264192 3,742848 5,606656 7,830784 10,512 13,50208 17,14317 20,94221 29,38701 71,28 156,6708 231,3356 216,4941 193,3367 148,176 113,9008 113,5031 115,1149 116,4426 127,008 137,7002 142,2929 147,4871 159,2815 155,6544 181,7361 192,4854

𝐭𝐢𝟐 ˄i∆𝐭𝐢



Perhitungan RTD ∞

∫0 𝑡 𝐶 𝑑𝑡

𝜏̅ = 𝜏̅ = 

∞ ∫0 𝐶

189,9574 15,2696

∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

=

∑𝑖 𝑡𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖

= 12,4402 sekon

Perhitungan variansi ∞

∫0 𝑡 2 𝐶 𝑑𝑡

2

𝜎 = 𝜎2 = 

𝑑𝑡

∑𝑖 𝑡𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖

≅

∞

∫0 𝐶 𝑑𝑡 2832,446 15,2696

−

𝜏̅̅̅2

∑𝑖 𝑡𝑖2 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖 ̅̅̅2 ∑𝑖 𝑡𝑖2 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 ̅̅̅2 = −𝜏 = −𝜏 ∑𝑖 𝐶𝑖 ∆𝑡𝑖 ∑𝑖 ˄𝑖 ∆𝑡𝑖 2

− 12,4402 = 30,7372 𝑠𝑒𝑘𝑜𝑛2

Dispersion Number 𝐷 𝜎2 𝑁𝐷 = dicari dengan definisi 2 𝜇𝐿 𝜏

=2

1 𝜎2 𝑁𝐷 = 2 𝜏2

𝑁𝐷 = 

1 30,7372 2 12,44022

Reynolds Number ρ.D.v NRe = ;𝑣 μ

= 0,099

=

𝑄 𝐴 8,34×10

NRe = 

−5

997.0,015875.( 0,208 ) 0,89x10−4

= 71,305

Effective volume

𝑉𝑒𝑓𝑓 = 𝑉𝑒𝑓𝑓 =

𝜏 ×𝑄 𝑉 𝑛𝑦𝑎𝑡𝑎 12,4402 ×8,34×10−5 8,269×10−4

= 1,25

𝐷 𝜇𝐿

f.

Kurva Hubungan antara konduktivitas terhadap waktu

Kurva Perilaku Plug Flow Reactor Konduktivitas (mS/cm)

2.5 2 1.5

Run keempat Run kedua

1

Run ketiga 0.5

Run pertama

0 0

20

40

60

80

Waktu (sekon)

VI.

PEMBAHASAN

Plug flow reactor (PFR) merupakan reaktor yang bersifat kontinyu atau berkelanjutan. Dalam PFR, satu atau lebih reaktan dipompakan kedalam suatu pipa. Biasanya reaksi yang digunakan pada reaktor ini adalah reaksi fasa gas. Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa sehingga semakin panjang pipa maka konversi yield akan semakin tinggi. Namun pada praktikum ini kami tidak melakukan pencampuran reaksi, tetapi kami hanya mencampurkan CuSO4 jenuh dengan air untuk mengetahui prinsip kerja dari alat ini saja. Pertama kami harus mengetahui instrumentasi alat apa saja yang kami gunakan serta fungsinya sebelum melakukan praktikum. Pada praktikum ini kami melakukan variasi terhadap laju alir umpan masuk yaitu 2Lpm, 3Lpm, 4Lpm dan 5 Lpm. Pompa dinnyalakan dan kami menunggu aliran dalam keadaan seady state agar pada saat CuSO4 diinjeksikan dapat bercampur dengan merata. Sletelah CUSO4 dimasukan kami melakukan sampling di aliran keluar eaktor sebanyak 32 sample. Dan setelah itu kami mengukur konduktivitasnya, dari pengukuran konduktivitas ini kami dapat mengetahui konsentrasi CuSO4 yang terdapat pada sample karena semakin besar konduktivitasnya semakin besar pula konsentrasinya Dari data hasil percobaan kami mendapatkan grafik konduktivitas terhadap waktu, dapat diliihat pada grafik semakin lama waktunya konduktivitas akan semakin menurun. Karena sesuai karakteristik dari PFR semakin lama maka konsentrasi CuSO4 akan semakin berkurang. Pada Run Satu sampel awal memiliki konduktivitas yang kecil tetapi setelah beberapa saat konduktivitas nya semakin bertambah dan setelah itu konduktivitasnya kembali mengecil. Tetapi pada Run kedua, ketiga dan konduktivitasnya langsung mengalami kenaikan yang sangat signifikan ini diebabkan karena pada laju alir yang tinggi larutan CuSO4 masih berkumpul pada satu titik sehngga konduktivitasnya langsung mengalamai kenaikan. Dari hasil perhitungan run keempat adalah aliran yang paling baik karena memiliki nilai variansi yaitu 30,737 sekon2 atau nilai paling kecil dari setiap run. Diketahui jika suatu aliran

memiliki nilai variansi mendekati nol maka aliran tersebut memiliki karakteristik menyerupai reaktor PFR. Dan juga nilai dispersion numbernya sebesar 0,099 artinya memiliki error lebih besar dari 5%.

VII.

Kesimpulan

1. Nilai mean residence time (RTD) untuk: Run pertama = 34,6940 s Run kedua = 19,1741 s Run ketiga = 16,4536 s Run keempat = 12,4402 s 2. Nilai variansi untuk: Run pertama = 261,701 s2 Run kedua = 73,4503 s2 Run ketiga = 61,4546 s2 Run keempat = 30,7372 s2 3. Nilai dispersion number (ND) untuk : Run pertama = 0,109 Run kedua = 0,099 Run ketiga = 0,1135 Run keempat = 0,099 4. Nilai Reynolds number (NRe) untuk : Run pertama = 25,6494 Run kedua = 42,748 Run ketiga = 57,027 Run keempat = 71,305 5. Nilai Volume effective (Veff) unutk : Run pertama = 1,258 Run kedua = 1,16 Run ketiga = 1,33 Run keempat = 1,25

DAFTAR PUSTAKA

Siagian,

Elsagita. 2010. PLUG FLOW https://id.pdfcoke.com/document/213978728/Plug-Flow-Reactor. tanggal 5 maret 2019 pukul 19.00 WIB

REACTOR. Diakses pada

Hirmawan, Ahmad Andika. RINGKASAN MATERI PLUG FLOW REACTOR (PFR) SERTA APLIKASINYA

DI

INDUSTRI

KIMIA.

https://id.pdfcoke.com/document/229633769/Ringkasan-Materi-Plug-Flow-Reactor. Diakses pada tanggal 7 maret 2019 pukul 09.00 WIB