Modul 2.08 Humidifikasi

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

MODUL 2.08 Kontaktor Gas Cair I. Pendahuluan

Reaktor 2 fasa gas-cair adalah contoh reaktor polifasa yang paling sederhana. Disebut polifasa karena reaktor tersebut terdiri dari 2 fasa yang dapat dibedakan secara jelas, termasuk fasa-fasa yang tidak saling melarut. Pada umumnya operasi/ proses indusrtri kimia berlangsun dengan kehadiran banyak fasa pada saat yang sama. Reaktir 2 fasa gas cair sering disebut reaktor bergelembung (bubble reactor) yang dapat beraliran searah atau berlawanan arah. Perbedaan antara aliran dua fasa dalam reaktor ini dengan aliran dispersi padatan sepereti sedimentasi, pertukaran ion, dan sebagainya adalah kemungkinan berubahnya ukuran gelembung gas sepanjang aliran. Dalam konsepsi suatu reaktor pengetahuan kinetika reaksi harus dipelajari secara komprehensif dengan peristiwa-peristiwa perpindahan panas, massa, dan momentum untuk mengoptimalkan kinerja reaktor. Praktikum Modul Kontaktor Gas Cair ini baru akan membahas sifat-sifat hidrodinamika dan parameter perpindahan massa jenis reaktor yang dikemukakan.

II. Tujuan

Tujuan pelaksanaan praktikum ini adalah: 1. Praktikan

memahami

karakteristik

kontaktor

sistem

gas-cair

khususnya

hidrodinamika sistem 2 fasa. 2. Praktikan memahami peristiwa perpindahan massa yang disertai reaksi untuk sistem 2 fasa di atas. 3. Praktikan memahami perpindahan panas (tanpa reaksi) untuk pengontakan gas-cair.

III. Sasaran Sasaran yang harus dicapai pada akhir praktikum adalah: 1. Praktikan dapat mengamati rejim aliran, mengukur hold-up, beda tekan untuk berbagai variasi laju alir gas dan cair. Membandingkan karakteristik di atas untuk ketiga alat utama.

-1/20-

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

2. Praktikan dapat menggunakan metoda kimia untuk menentukan parameter-parameter a dan kl pada sistem oksidasi larutan Na-sulfit. 3. Praktikan mampu menerapkan metoda sederhana untuk menentukan parameter h dan membandingkan parameter tersebut untuk berbagai variasi laju alir gas dan cair.

IV. Tinjauan Pustaka

IV.1 Hodrodinamika Hal baru dalam reaktor multifasa yang tidak pernah terjadi dalam reaktor homogen adalah distribusi ruang fasa-fasa yang terdiri dari gelembung, tetesan, film, lemberan, dan sebagainya. Distribusi ini terjadi karena gaya-gaya yang berperan, morfologi kolom, debit masing-masing fasa, dan sifat fluida yang bersangkutan. Berbagai jenis aliran yang dapat terjadi dalam aliran gas-cair searah ke atas dalam suatu kolom ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Deformasi Fasa dalam Aliran pada Kontaktor Gas-Cair

IV.2 Beda Tekan Aliran Gas-Cair Selain fenomena perpindahan, pengetahuan tentang beda tekan sangat penting untuk penentuan ukuran alat, penggunaan pompa dan kompresor, serta perkiraan karakteristik operasional lainnya. Pengukuran tekanan dilakukan dengan sangat sederhana , baik dalam peralatan berskala laboratorium maupun peralatan besar berskala industri. Kemampuan menginterpretasikan data pengamaatan beda tekan akan sangat berguna bagi operasi teknik kimia.

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 2 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Pemecahan persamaan gerak untuk aliran dua fasa akan lebih kompleks daripada aliran satu fasa karena jumlah variabel dan parameternya secara praktis akan menjadi 2 kali lebih banyak. Banyak pendekatan dapat mengorelasikan data beda tekan dengan debit dan sifat fluida dan kondisi operasi lainnya. Pendekatan dapat dilakukan secara empirik, analitik, ataufenomologik yang kesemuanya ada kelebihan dan kekurangannya. IV.3 Fraksi Kolom Terisi Cairan (Hold Up) Data fraksi cairan yang tertahan dalam kolom berguina untuk 1. menilai kualitas kontak gas cair 2. memperkirakan waktu tinggal 3. perhitungan model reaktor yang didasarkan atas jumlah cairan yang tertahan Penentuan fraksi cairan yang tertahan ini dilakukan dengan menutup aliran gas dan cairan masuk secara serentak, mendiamkannya selama beberapa menit, dan kemudian membaca tinggi kolom yang terisi cairan diam ini. Besaran hold up cairan ini diukur bersamaan dengan pengukuran beda tekan pada debit gas dan cairan tertentu.Fraksi cairan yang tertahanini dinyatakan sebagai perbandingan volume cairan tertahan terhadap volume total kolom. IV.4 Parameter Perpindahan Massa Perpindahan massa pada lapisan antar muka gas-cairan dapat menjadi pembatas kecepatan proses reaksi. Diharapkan luas permukaan gas-cair yang sebesar-besarnya dan sirkulasi cairan sedemikian sehingga terjadi pembaharuan kontak sesering mungkin. Pembahasan kecepatan perpindahan massa ini akan sangat berguna untuk merencanakan pemenuhan jumlah gas terlarut yang diperlukan reaksi sehubungan dengan ukuran alat dan konsepsi reaktor. Dalam percobaan ini akan diukur parameter kuas permukaan dan koefisien perpindahan massa volumik sisi cairan. Tahanan pada sisi gas akan diasumsikan dapat diabaikan karena koefisien difusi dalam fasa gas biasanya jauh lebih besar dan konsentrasi reaktif gas (terutama gas murni) biasanya tinggi. Kecepatan spesifik perpindagan massa dapat dinyatakan dalam bentuk:

r = k L a. (C L - C i ) dimana : r

= kecepatan spesifik (kmol. m-3.s-1)

CL = konsentrasi reaktif dalam fasa cairan (kmol. m-3)

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 3 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

CLi = konsentrasi reaktif pada lapisan antar muka (kmol. m-3) kL = koefisien perpindahan (m/s) = luas permukaan antar-muka (m-1)

a

Pengukuran eksperimental biasanya dilakukan untuk harga k L a dan a secara terpisah dan tidak menentukan kL secara langsung. IV.5 Pengukuran Parameter Koefisien Perpindahan Massa (Volumik) Sisi Cairan ( k La ) Pengukuran parameter ini akan dilakukan dengan metoda kimia dengan menggunakan sistem reaksi oksidasi larutan natrium-sulfit. Besaran-besaran reaksionil tertentu seperti karakteristik kinetika reaksi untuk sistem reaksi di atas harus diketahui terlebih dahulu karena harganya akan digunakan dalam perhitungan. Oksidasi sulfit menjadi sulfat dilakukan dengan adanya Cobalt sebagai kaatalis, oksigen sebagai gas terlarut, dan larutan reaktif Na-sulfit. Kondisi reaksi yang digunakan adalah: [Na2SO3]

= 0,8 kmol/m3

[O2]

= 0,2 atm (diambil dari udara)

[CoSO4]

= 10-6 kmol/m3 = 2,8. 10-4 kg/m3

pH

= 8,5 (dijaga tetap)

temperatur = 25 oC Kondisi ini dicapai sedemikian rupa agar reaksi berjalan dalam rejim lambat. Pengukuran kLa dengan menggunakan sistem reaksi oksidasi larutan sulfit di atas dalam reaktor gas-cair yang sedang dibahas dilakukan dengan mengoperasikannya secara sistem semi tertutup. Aliran cairan di daur ulang sedangkan gas sekali lewat saja. Yang akan diamati adalah konsentrasi sulfit dalam fasa cairan, lalu diplot perubahan konsentrasi sulfit terhadap waktu dalam diagram [sulfit] vs t.. Kemiringan kurva di atas adalah :

V + α L .Ω.Z Pmt , dimana C A * = . Dari data ini harga besaran kLa (m/s) dapat Z.Ω. Z.C A * He

ditentukan. IV.6 Pengukuran Luas Permukaan Antar-Fasa (a) Pengukuran parameter (a) akan dilakukan dengan metoda kimia dan sistem reaksi yang sama dengan sistem reaksi yang digunakan pada pengukuran parameter kLa. Namun, kondisi reaksi yang digunakan adalah: Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 4 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

[Na2SO3]

= 0,8 kmol/m3

[O2]

= 0,2 atm (diambil dari udara)

[CoSO4]

= 3,6.10-6 kmol/m3 = 0,1 kg/m3

pH

= 8,5 (dijaga tetap)

temperatur = 25 oC Kondisi ini dicapai sedemikian rupa agar reaksi berjalan dalam rejim cepat. Pengukuran (a) dilakukan dengan mengikuti prosedur yang sama dengan pengukuran kLa. Sebelum melakukan praktikum, sebaiknya praktikan dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan berikut: 1. Beri contoh reaktor 2 fasa, reaktor 3 fasa dan reaktor 4 fasa! 2. Beri contoh penggunaan reaktor 2 fasa dan 3 fasa dalam industri kimia! 3. Terangkan mengapa aliran gas selalu dilakukan dari bawah! 4. Kemukakan gaya-gaya yang ada dalam aliran yang menyebabkan terjadinya distribusi fasa dalam aliran pada reaktor gas-cair! 5. Terangkan bagaimana menentukan debit masuk gas! 6. Terangkan perbedaan antara tekanan statis dan tekanan motoris! 7. Terangkan pronsip model fluida ekivalen, model fasa terpisah dan model debit dispersif untuk aliran 2 fasa! 8. Sebut perbedaan cara dan untung/rugi metoda fisika dan metoda kimia untuk penentuan parameter perpindahan massa! 9. Sebutkan besaran-besaran reaksionil sistem reaksi oksidasi Na-sulfit yang harus diketahui untuk menentukan harga kLa! 10. Sebutkan syarat yang harus dipenuhi agar reaksi berlangsung dalam rejim reaksi lambat! 11. Dalam pengukuran kLa mengapa digunakan aliran semi tertutup? 12. Terangkan cara menentukan konsentrasi larutan sulfit! 13. Kemukakan syarat-syarat yang harus dipenuhi agar reaksi berlangsung dalam rejim reaksi cepat!

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 5 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

V. Rancangan Percobaan

V.1 Perangkat dan Alat Ukur 1. Set perangkat Packed Column aliran co-current ke atas, seperti Gambar 1. 2. Set perangkat Packed Column aliran counter-current. 3. Set perangkat Venturi Srubber aliran co-current ke bawah. 4. Gelas ukur 5. Manometer 6. Rotameter 7. Perangkat titrasi 8. Stopwatch 9. Wet test meter

Gambar 1 Perangkat Reaktor Gas Cair Beraliran Searah ke Atas

V.2 Metoda Perhitungan Perhitungan hilang tekan dalam aliran gas-cair searah (ke atas) dilakukan dengan menggunakan analisis neraca gaya.

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 6 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Jika diambil suatu elemen deferensial dari kolom yang dibahas, keadaan volume dh melintas aliran gas-cair searah ke atas dengan kecepatan seperfisial UL dan UG. Dengan asumsi sebagai berikut: 1. rejim aliran adalah permanen sehingga tidak terdapat akumulasi kuantitas gerak di dalam kolom. Akibatnya fluida keluar masuk dengan kecepatan yang sama 2. tidak terdapat gradien tekanan pada penampang tegak lurus arah aliran 3. Aliran gas cair adalah isotermal L

G

4. Fraksi penampang kolom yang diisi masing-masing fasa adalah sama dengan fraksi volum fasa-fasa bersangkutan yang diukur dalam kolom. Teorema Dupuit dianggap berlaku baik untuk gas meupun Z

dh

cairannya 5. Tidak terdapat perpindahan massa antara fasa gas can cairan.

h

L

Dengan menggunakan hipotesa-hipotesa terdahulu dapat

G

dibuat persamaan neraca gaya: [gaya tekan] + [gaya gravitasi] = [gaya gesekan fluida dengan dinding] + [gaya gesek antar fasa] Jika dinyatakan dalam persamaan matematika:

dp.Ω.α L - ρ L .g.dh.Ω L = π .D.FLS .dh.Ω + α LG .τ LG .dh dimana: FLS = fraksi permukaan dinding yang terbatasi cairan τ

= komponen vertikal dari tegangan gesekan pada antarmuka GS (gas-padatan), LS (cairan-padatan), GL (gas-cairan)

Untuk fasa gas, persamaan neraca massanya:

dp.Ω.α G - ρ G .g.dh.(1 - α L ) = π .D.(1 - FLS ).π GS .dh - a GL .τ GL .α .dh Secara kuantitatif:

a GL = a LG dan τ GL = τ LG

αG = 1− α L Jika persamaan neraca gaya dan neraca massa fasa gas digabungkan:

dp. Ω − g.[α L .ρ L + ρ G .(1 − α L )].dh.Ω = π.D.dh.Ω.[τ LS .FLS + τ GS .(1 − FLS )]

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 7 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Persaman tersebut dibagi dengan dh, sehingga didapat:

dp − g.[α L .ρ L + ρ G .(1 − α L )] = π.D[τ LS .FLS + τ GS .(1 − FLS )] dh Dengan konsisi batas: pada h = 0 p = Pe dan pada h = Z p =Ps dan Pe –Ps = ∆P adalah hilang tekan yang dapat dihitung dengan ∆H.ρe.g dimana ∆H adalah hilang tekan potensial dalam meter kolom air, dan ρe adalah rapat massa air. Maka integrasi persamaan di atas antara kedua kondisi batas do atas lalu dibagi dengan ρe dan g akan menjadi:

 ρ .α + ρ G .(1 − α L )   ∆H   δ LG =   −  L L ρe  Z  LG   π.D δ LG = .[τ LS .FLS + τ GS .(1 − FLS )] ρ e .g

 m air   yang harga  m   

sisi kiri dari persamaan terakhir memiliki bentuk adimensional 

absolutnya sama dengan resultan gaya-gaya gesekan fasa fluida terhadap dinding. δLG adalah term proporsional terhadap suatu gaya gesekan persatuan volume kolom. Dengan batas: untuk aliran gas saja, berarti L = 0 dan αL = 0, sehingga

ρ   ∆H  δG =   −  G   Z G  ρe  untuk aliran air saja, sehingga α L = 1  ∆H   ρ L δL =   −  Z  L  ρ e

  

Perhitungan hilang tekan dalam aliran gas cair searah dianalisis dengan menggunakan neraca energi. Jika diambil suatu elemen diferensial dari kolom aliran gas-cair seperti dikemukakan terdahulu, dan dengan asumsi yang sama, pendeferensialan pada satuan waktu akan ditunjukkan oleh neraca energi sebagai berikut:

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 8 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

L

[debit energi mekanik yang hilang oleh aliran] =

G

[debit energi terdegradasi ke dalam panas] Untuk cairan : dp.Ω.U L - ρ L .g.dh.ΩU L = (P.U L ) mekanik

Z

dh

Untuk gas h

:

dp.Ω.U G - ρ G .g.dh.ΩU G = (P.U G ) mekanik L

G

V.3 Bahan/ Zat Kimia 1. Udara 2. Air 3. Na-sulfit 4. Na-tiosulfit 5. I2 6. Co-sulfat V.4 Data Percobaan V.4.1 Percobaan pada Venturi Scrubber A. Kalibrasi Laju Alir Gas Venturi Scrubber Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 5 ... n B. Kalibrasi Laju Alir Cairan Venturi Scrubber Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 9 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

2 3 4 5 ... n C. Hidrodinamika Venturi Scrubber Skala Rotameter Gas

Cair

∆h

Liquid Hold Up

(cmH2O)

(mL)

Regim Aliran

V.4.2 Percobaan pada Kolom Counter Current A. Laju Alir Gas pada Kolom Counter Current Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 5 ... n B. Laju Alir Cairan pada Kolom Counter Current Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 5 ... n C. Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Counter Current Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 10 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Skala Rotameter Gas (G)

Cair (L)

∆h

Liquid Hold Up

(cmH2O)

(mL)

Regim Aliran

V.4.3 Percobaan pada Kolom Co-Current A. Laju Alir Gas pada Kolom Co-Current Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 5 ... n B. Laju Alir Cairan pada Kolom Co-Current Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 5 ... n C. Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Co-Current Skala Rotameter Gas (G)

Cair (L)

∆h

Liquid Hold Up

(cmH2O)

(mL)

Regim Aliran

4. Penentuan Parameter Perpindahan Massa [I2] =

N

[Na2S2O3] =

N

Konsentrasi Na2S2O3 untuk regim lambat

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 11 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Waktu (menit) 0 5 10 15 .... n

Vol. Sampel (mL)

Vol. I2 (mL)

Vol. Na2S2O3 (mL)

Vol. I2 (mL)

Vol. Na2S2O3 (mL)

Konsentrasi Na2S2O3 untuk regim cepat Waktu (menit) 0 5 10 15 .... n

Vol. Sampel (mL)

V.5 Data Literatur V.4.1 Data Fisik Zat Temperatur (0C)

ρ (g/mL)

25 26 27 28

Massa molekul relatif udara (MR Udara) = Tetapan gas ideal (R) = Percepartan gravitasi (g) = Bilangan Henry (He) = Densitas Udara (pada T percobaan) = V.4.2 Data Alat Kontaktor Gas Cair 1. Ungguan Tetap Co-Current V=

mL

A=

m2

z= m 2. Ungguan Tetap Counter-Current V=

mL

A=

m2

z=

m

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 12 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

3. Venturi Srubber V=

mL

A=

m2

z=

m

V.4.3 Data Bilangan Hatta 1. Untuk Reaksi Rejim Lambat:

Ha ≤ 1/3

2. Untuk reaksi rejim cepat Ha≥1/3 Penentuan Bilangan Hatta pH = 8,5 tp = 301 K m = 1; n = 2 Kmin = 1,27.107 m/kmol.detik R = 1,987 kkal/kmol.K Ea = 1231 kkal/kmol Da = 1,6. 10-9 m2/detik V.6 Contoh Data dan Langkah Perhitungan V.6.1 Kalibrasi Laju Alir Gas Dari data kalibrasi laju alir gas didapat hubungan antara skala gas, volume gas, dan waktu alir. Dengan persamaan:

Qnyata =

V t

didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier. Misalkan didapat data: Gskala 5 10 15 20 25 30 35 40

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Volum (L) 2 2 2 2 2 2 2 2

waktu (s) 27.34 12.83 8.49 6.27 5.03 4.14 3.5 3.08

Q (L/s) 0.073 0.156 0.236 0.319 0.398 0.483 0.571 0.649

Halaman 13 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Hasil pengaluran kurva kalibrasi Qskala terhadap Qnyata adalah: Kalibrasi Laju Alir Gas 0.700 0.600 y = 0.0165x - 0.0107 R2 = 0.9998

Qnyata

0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 0

10

20 30 Qskala

40

50

Maka diperoleh persamaan: Qnyata = 0,0165 Qskala – 0,0107 Jika Skala Q = 3, maka laju alir gas nyata dalam L/s adalah: Qnyata = 0,0165 * 3 – 0,0107 = 0,0388 L/s V.6.2 Kalibrasi Laju Alir Cairan Dari data kalibrasi laju alir cairan didapat hubungan antara skala cairan, volume cairan, dan waktu alir. Dengan persamaan:

Qnyata =

V t

didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier. Misalkan didapat data: Qskala 62 66 74 76 80 84 88 92 98

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Volum (L) 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17 0.17

waktu (s) 5.39 4.98 4.18 4.11 3.44 3.13 2.9 2.77 2.5

Q (L/s) 0.032 0.034 0.041 0.041 0.049 0.054 0.059 0.061 0.068

Halaman 14 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Hasil pengaluran kurva kalibrasi Qskala terhadap Qnyata adalah: Kalibrasi Laju Alir Cairan

Qnyata

0.065 0.055 0.045

y = 0.0011x - 0.0363 R2 = 0.9841

0.035 0.025 60

70

80 Qskala

90

100

Maka diperoleh persamaan: Qnyata = 0,0011 Qskala – 0,0363 Jika Skala Q = 60, maka laju alir cairan nyata dalam L/s adalah: Qnyata = 0,0011 *60 – 0,0363 = 0,0297 L/s V.6.3 Penentuan Fluks Massa Gas Persamaan yang digunakan:

G=

ρ G .Q G A

dimana: ρG = densitas udara, QG = laju alir volumtrik udara, A = luas penampang kolom Maka untuk QG = 0,0388 L/s, diperoleh:

G=

1,0755 kg/m 3 * .0,0388 L/s 0,001387 m 2 * 1000 L/m 3

G = 0,03088 kg/m 2 .s V.6.4 Penentuan Fluks Massa Cairan

L=

ρ L .Q L A

dimana: ρL = densitas cairan, QL = laju alir volumtrik cairan, A = luas penampang kolom Maka untuk QL = 0,0297 L/s diperoleh:

L=

996,757 kg/m 3 * 0,0297 L/s 0,001387 * 1000 L/m 3

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 15 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

L = 21,343 kg/m3.s V.6.5 Penentuan Beda Tekan Persamaan yang digunakan:

∆P = ρ L * g * ∆h dimana: ∆P = beda tekan

ρL = densitas cairan (air) g = percepatan gravitasi ∆h = selisih ketinggian cairan pada manometer Jika diketahui

ρL (pada T percobaan) = 996,757 kg/m3

Data literatur

g = 9,8 m/s2 ∆h (yang terukur saat praktikum) = 7,4 cm Maka:

997,757 kg/m 3 * 9,8 m/s 2 * 7,4 cm ∆P = 100 cm/m V.6.6 Penentuan % Hold Up Cairan

%HU =

Liquid HU * 100% V total kolom

Jika pada kolom dengan volume keseluruhan 2 L setelah laju alir gas dimatikan diperoleh cairan yang tertinggal didalam kolom 860 mL Maka, %HU =

860 mL * 100% = 43%. 2000 mL

V.6.7 Penentuan Konsentrasi Na2SO3

[Na 2 SO 3 ] =

Vol I .[I 2 ] - Vol titran .[titran] 2

Vol sampel

Titran yang digunakan Na2S2O3 Jika diperoleh data pada Vsampel = 1 mL, untuk merubah 10 mL I2 dibutuhkan titran sebanyak 26,5 mL. Maka [Na2S2O3] yang dibutuhkan adalah:

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 16 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

10 * 0,1 N - 26,5 * 0,028 N 1 [Na 2 SO 3 ] = 1,7242 N [Na 2 SO 3 ] =

Untuk menentukan koefisien perpindahan massa volumetrik fasa cair, luas perpindahan massa diperlukan plot grafik antara konsentrasii titran Na2S2O3 terhadap waktu baik untuk reaksi rejim cepat dan reaksi rejim lambat. Misalkan didapat data titrasi sebagai berikut: Konsentrasi I2 = 0,1 N Konsentrasi Na2S2O3 = 0,1028 N Data Titrasi untuk Titrasi Rejim Lambat t (min) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

Vsampel (mL) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

V I2(mL) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10

Vtitran(mL) 26.5 29 29.5 30.5 31.3 31.2 31.4 31.7 32 32.6

[Na2SO3] 1.7242 1.9812 2.0326 2.1354 2.2176 2.2074 2.2279 2.2588 2.2896 2.3513

Vtitran(mL) 27.1 28.8 29.1 30 33.4 34.5

[Na2SO3] 1.7859 1.9606 1.9915 2.0840 2.4335 2.5466

Data Titrasi untuk Titrasi Rejim Cepat t (min) 0 15 20 25 35 40

Vsampel (mL) 1 1 1 1 1 1

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

V I2(mL) 10 10 10 10 10 10

Halaman 17 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Kurva titrasi untuk dua rejim reaksi tersebut adalah: Penentuan Koefisien Peprindahan Massa 2.70

[Na2S2O3]

2.50

y = 0.0112x + 1.8917 R2 = 0.8301

2.30 2.10

y = 0.0196x + 1.6928 R2 = 0.9178

1.90 1.70 1.50 0

10

20

30

40

50

t (menit) Rejim lambat

Rejim Cepat

Linear (Rejim lambat)

Linear (Rejim Cepat)

Dari kedua kurva tersebut didapat slope kurva reaksi rejim lambat adalah 0,0112 dan slope kurva reaksi rejim cepat adalah 0,0196. V.6.8 Penentuan Koefisien Perpindahan Massa Cairan (kLa) Persamaan yang digunakan:

kla =

slope * [V2 + (1 - α ) * A * z] A * m * z * (C A '-CA,0 )

Slope = kemiringan kurva pada reaksi rejim lambat [VL + (1-α).A.z] = volume total cairan m = koefisien stoikiometri A = luas penampang kolom z = tinggi kolom

C A '-CA,0 =

PO

5,2 atm. 2

Ha

=

695,56 mmHg .1,01325 Pa/atm 760 mmHg 1,58.10 8 Pa.m 3 /kmol

= 1,174.10 − 4 kmol/m 3 Dari hasil regresi linier diperoleh slope rejim lambat = -0,0111, maka:

k la =

0,0111 kmol/m 3 .s * 0,005 m 3 0,00134 m 2 .s * 0,5 m * 1,174.10 -4 kmol/m 3

k la = 353,6113 s -1

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 18 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

V.6.9 Penentuan Luas Permukaan Antar Fasa

[V - (1 - α ).A.z]  a = slope *  L   [A.z.Φ.m]  Slope = gradien kurva pada rejim cepat VL – (1-α).A.z = volume total cairan m = koefisien stoikiometeri reaksi Φ = 1,42.10-9*(Da)0,5*(Po2)1,5 Φ = 1,42.10-9*(1,69.10-9)0,5*(18547,8)1,5 Φ = 1,4746.10-7 Dari hasil regresi linear untuk regim cepat diperoleh slope = -0,0196. Maka:

  0,005 a = 0,0196 *  -7   0,00134 * 0,5 * 2 * 1,4746.10  a = 497073,3 L/m V.6.10 Penentuan kL Persamaan yang digunakan: k L =

kL =

k L.a a

353,611 s -1 497,073 m -1

k L = 7,114.10 -4 m/s

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 19 dar 20

Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II Departemen Teknik Kimia ITB

Daftar Pustaka 1. Jones, M.P., Development of Ventury Scrubber, Ind. Eng. Chem., 41(11), pp. 24242427 2. Mc Cabe, W.L., Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd Edition, McGraw-Hill Book Co., New York, 1993, pp. 455-457 3. Charpentier, J.C., What’s New in Absorption with Chemical Reaction?, Trans. Inst. Chem. Eng., 60, 1982, pp. 131-157. 4. Linek, V., and Vacek, V., Chemical Engineering Use of Sulfite Oxidation Kinetics for the Determination of MAss Transfer Characteristic of Gas-Liquid Contactor, Chem. Eng. Sci., 36(11), 1981, pp. 1747-1768 5. Manual-manual oleh M. Purwasasmita: -

Petunjuk Praktikum Kontaktor Gas Cair, 1985

-

Menentukan Parameter Perpindahan Massa dalam Reaktor Gas-Cair dengan Metoda Kimia, 1986

-

Modelisasi Aliran Dua Fasa, 1986

-

Absorpsi Disertai Reaksi Kimia, 1986

6. Menentukan Sifat-Sifat Fisika-Kimia Sistem Reaksi yang Akan Digunakan dalam Penentuan Parameter-Parameter Perpindahan Massa dengan Metoda Kimia, 1986.

Modul 2.08 Kontaktor Gas Cair

Halaman 20 dar 20