KONTAKTOR GAS CAIR (KGC)

(1)

KONTAKTOR GAS CAIR

(KGC)

Disusun oleh: Kevin Yonathan Rosa Citra Aprilia Dr. Mubiar Purwasasmita Dr. Retno Gumilang Dewi Dr. Ardiyan Harimawan

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2013

(2)

KGC 2

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI...2 DAFTAR GAMBAR ... 3 DAFTAR TABEL ... 4 BAB I PENDAHULUAN ... 5

BAB II TUJUAN DAN SASARAN ... 6

2.1 Tujuan... 6

2.2 Sasaran ... 6

BAB III RANCANGAN PERCOBAAN ... 7

3.1 Skema Alat Percobaan ... 7

3.2 Alat Pendukung ... 8

3.3 Bahan/ Zat Kimia ... 8

BAB IV PROSEDUR KERJA ... 9

4.1 Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa ... 9

4.2 Pengukuran Beda Tekan, Volume Hold Up, dan Penentuan Rezim Aliran Multifasa .. 11

DAFTAR PUSTAKA ... 12

LAMPIRAN ... 13

A. Tabel Data Mentah ... 13

A.1 Percobaan pada Kolom Counter Current ... 13

A.2 Percobaan pada Kolom Co-Current ... 14

B. Prosedur Perhitungan ... 16

B.1 Kalibrasi Laju Alir Gas ... 16

B.3 Penentuan Fluks Massa Gas... 18

B.4 Penentuan Fluks Massa Cairan ... 18

B.5 Penentuan Beda Tekan ... 18

B.6 Penentuan % Hold Up Cairan ... 19

B.7 Perhitungan dengan Persamaan Burke-Plummer ... 19

B.8 Perhitungan dengan Persamaan Blake-Kozeny ... 19

B.9 Perhitungan dengan Persamaan Ergun... 20

C. Data Spesifikasi dan Literatur ... 20

C.1 Sifat fisik air ... 20

(3)

KGC 3

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Deformasi Fasa dalam Aliran pada Kontaktor Gas-Cair ... 5

Gambar 3. 1 Skema alat percobaan...7

Gambar 4. 1 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Gas...9

Gambar 4. 2 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Cair ... 10

(4)

KGC 4

DAFTAR TABEL

Tabel A.1. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current ... 13

Tabel A.1. 2 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current ... 13

Tabel A.1. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Counter Current ... 14

Tabel A.2. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Co Current...14

Tabel A.2. 2 Data penentuan laju alir cairan pada kolom Co Current ... 15

(5)

KGC 5

BAB 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 berlangsung dengan kehadiran banyak fasa pada saat yang sama. Reaktor 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. Praktikum Modul Kontaktor Gas Cair ini baru akan membahas sifat-sifat hidrodinamika dari aliran dua fasa.

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.

(6)

KGC 6

BAB II

TUJUAN DAN SASARAN

2.1 Tujuan

Tujuan pelaksanaan praktikum ini adalah untuk memahami karakteristik kontaktor sistem gas-cair khususnya hidrodinamika sistem 2 fasa.

2.2 Sasaran

Sasaran yang harus dicapai pada akhir praktikum adalah 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.

(7)

KGC 7

BAB III

RANCANGAN PERCOBAAN

3.1 Skema Alat Percobaan

Gambar 3. 1Skema alat percobaan

Keterangan :

1. Packed Column (Co-current dan counter current) 2. Wet test meter

3. Tangki air 4. Rotameter air 5. Rotameter gas 6. Manometer

(8)

KGC 8 7. Gelas ukur L = aliran air G = aliran gas z = tinggi kolom D = diameter kolom 3.2 Alat Pendukung 1. Stopwatch

2. Wet test meter 3. Obeng

3.3 Bahan/ Zat Kimia 1. Udara

(9)

KGC 9

BAB IV

PROSEDUR KERJA

4.1 Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa

Kalibrasi aliran dilakukan untuk fasa gas dan cair dengan prosedur seperti ditampilkan pada gambar 4.1 dan 4.2

Mulai

Hubungkan selang output rotameter gas

dengan wet test meter

Atur skala rotameter

Ukur waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran jarum pada wet

test meter Data skala rotameter Volume udara dan waktu Ulangi dengan variasi skala rotameter lain Hubungkan kembali selang output rotameter dengan kolom

Ukur beda tekan

Beda tekan monofasa

gas

Selesai

(10)

KGC 10

Mulai

Alirkan air ke dalam kolom

Atur skala rotameter

Tampung air keluaran kolom sebanyak 1 L dan

catat waktunya Data skala rotameter Volume air dan waktu Ulangi dengan variasi skala rotameter lain

Ukur beda tekan

Beda tekan monofasa

gas

Selesai

(11)

KGC 11

4.2 Pengukuran Beda Tekan, Volume Hold Up, dan Penentuan Rezim Aliran Multifasa Prosedur percobaan aliran multifasa ditampilkan pada gambar 4.3

Mulai

Alirkan gas dan air ke dalam kolom

Atur skala rotameter untuk masing-masing

aliran

Ukur beda tekan dan amati rezim aliran di dalam kolom

Data skala rotameter

Beda tekan dan rezim aliran

multifasa

Ulangi dengan variasi skala rotameter lain

Matikan kedua aliran dan tampung air yang

tersisa di kolom

Volume air

hold up

Selesai

(12)

KGC 12

DAFTAR PUSTAKA

Mc Cabe, W.L. Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd ed, McGraw-Hill Book Co.,

New York. 1993. pp. 455-457

Manual-manual oleh M. Purwasasmita:

 Petunjuk Praktikum Kontaktor Gas-Cair, 1985

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

(13)

KGC 13

LAMPIRAN

A. Tabel Data Mentah

A.1 Percobaan pada Kolom Counter Current A.1.1 Laju alir gas pada kolom Counter Current

Tabel A.1. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current

Skala Volume (L) Waktu (s)

1 2 3 4 ... n

A.1.2 Laju alir cairan pada kolom Counter Current

Tabel A.1. 2Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current

1 2 3 4 ... n

(14)

KGC 14

A.1.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Counter Current

Tabel A.1. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Counter Current

Skala Rotameter Δh (cmH2O) Liquid Hold Up (mL) Rejim Aliran Gas (G) Cair (L) 1 1 2 ... n 2 1 2 ... n ... 1 2 ... n n 1 2 ... n

A.2 Percobaan pada Kolom Co-Current A.2.1 Laju alir gas pada kolom Co-Current

Tabel A.2. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Co Current

1 2 3 4 ... n

(15)

KGC 15

A.2.2 Laju alir cairan pada kolom Co-Current

Tabel A.2. 2Data penentuan laju alir cairan pada kolom Co Current

1 2 3 4 ... n

A.2.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Co-Current

Tabel A.2. 3Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Co Current Skala Rotameter Δh (cmH2O) Liquid Hold Up (mL) Rejim Aliran Gas (G) Cair (L) 1 1 2 ... n 2 1 2 ... n ... 1 2 ... n n 1 2 ... n

(16)

KGC 16

B. Prosedur Perhitungan

B.1 Kalibrasi Laju Alir Gas

Dari data kalibrasi laju alir gas didapat hubungan antara skala gas, volume gas, dan waktu alir. Dengan persamaan:

didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier.

Misalkan didapat data:

Skala G Volume (L) Waktu (s) Q (L/s)

5 2 27,34 0,073 10 2 12,83 0,156 15 2 8,49 0,236 20 2 6,27 0,319 25 2 5,03 0,398 30 2 4,14 0,483 35 2 3,5 0,571 40 2 3,08 0,649

(17)

KGC 17

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 x 3 – 0,0107 = 0,0388 L/s

B.2 Kalibrasi Laju Alir Cairan

Dari data kalibrasi laju alir cairan didapat hubungan antara skala cairan, volume cairan, dan waktu alir. Dengan persamaan:

didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier. Misalkan didapat data:

Q skala Volume (L) Waktu (s) Q (L/s)

62 0,17 5,39 0,032 66 0,17 4,98 0,034 74 0,17 4,18 0,041 76 0,17 4,11 0,041 80 0,17 3,44 0,049 84 0,17 3,13 0,054 88 0,17 2,9 0,059 92 0,17 2,77 0,061 98 0,17 2,5 0,068

(18)

KGC 18

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

B.3 Penentuan Fluks Massa Gas Persamaan yang digunakan:

dimana: ρG = densitas udara,

QG = laju alir volumtrik udara,

A = luas penampang kolom Maka untuk QG = 0,0388 L/s, diperoleh:

B.4 Penentuan Fluks Massa Cairan

dimana: ρL = densitas cairan,

QL = laju alir volumtrik cairan,

A = luas penampang kolom Maka untuk QL = 0,0297 L/s diperoleh:

L = 21,343 kg/m3.s

B.5 Penentuan Beda Tekan Persamaan yang digunakan:

(19)

KGC 19

dimana: ΔP = beda tekan

ρL = densitas cairan (air)

g = percepatan gravitasi

Δh = selisih ketinggian cairan pada manometer Jika diketahui

ρL (pada T percobaan) = 996,757 kg/m3

g = 9,8 m/s2

Δh (yang terukur saat praktikum) = 7,4 cm Maka:

B.6 Penentuan % Hold Up Cairan

Jika pada kolom dengan volume keseluruhan 2 L setelah laju alir gas dimatikan diperoleh cairan yang tertinggal didalam kolom 860 mL. Maka :

B.7 Perhitungan dengan Persamaan Burke-Plummer

Dimana: P0-PL = beda tekan L = panjang kolom hB = konstanta Burke-Plummer ρ = densitas aliran

v0 = kecepatan superfisial aliran

ε = porositas unggun

B.8 Perhitungan dengan Persamaan Blake-Kozeny

(20)

KGC 20

P0-PL = beda tekan

L = panjang kolom

hB = konstanta Burke-Plummer

μ = viskositas aliran

v0 = kecepatan superfisial aliran

ε = porositas unggun

B.9 Perhitungan dengan Persamaan Ergun

( )

C. Data Spesifikasi dan Literatur

C.1 Sifat fisik air

(sumber : Geankoplis, C. J., 1993, Transport Process and Unit Operations, 3rd ed., New

Jersey : Prentice-Hall. hal. 862.)

C.2 Nilai konstanta lain

g (percepatan gravitasi) = 9.8 m/s2

ρ raksa = 13.5 kg/m3

Mr udara = 28.97 g/mol

(21)

KGC 21 INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

Telp. 022-2500959 Faks. 022-2501438 http://che.itb.ac.id/labtek LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA

Prosedur Operasi Alat Percobaan dan MSDS

Operation Procedure of Experimental Setup and MSDS

Judul Modul KGC / Kontaktor Gas Cair

Dosen Pembimbing Dr. Mubiar Purwasasmita

Dr. Retno Gumilang Dewi

Asisten Modul Rosa Citra Aprilia 13010089

Kevin Yonathan 13010084

No Bahan Sifat Bahan Tindakan Penanggulangan

1 _{Air (H}2O) Liquid, tidak berbau, dan tidak berwarna

 BM = 18.02 g/mol  pH = 7  BP = 100 oC  Tekanan Uap = 2.3 kPa  Densitas = 0.62 kg/m3

Tidak perlu penanganan khusus

2 _Udara _{Gas, tidak berbau, dan}

tidak berwarna

 BM = 46 g/mol

 BP = -194.3 oC  MP = -216.2 oC  Densitas = 1.59 kg/m3

Tidak perlu penanganan khusus

Kecelakaan yang mungkin terjadi Penanggulangan

Terpeleset akibat genangan air saat

menampung air untuk mengukur hold up pada masing-masing kolom

Pastikan semua sambungan selang terpasang dengan baik dan benar dan keran tertutup rapat sehingga tidak ada air yang bocor dan menggenang. Bersihkan apabila terjadi genangan air

Luapan air yang terjadi akibat skala laju alir udara yang terlalu besar (kolom counter-current)

Pastikan laju alir udara yang dipasang tidak terlalu besar sehingga tidak terjadi perbedaan yang jauh terhadap laju alir air

Perlengkapan keselamatan kerja

(22)

KGC 22

Pengecekan Alat

 Pastikan sambungan selang pada alat tersambung dengan baik

 Pastikan selang untuk mengalirkan udara dan air dari penyuplai ke dalam kolom terpasang dengan baik

 Pastikan listrik pada pompa dan kompresor terhubung dengan baik

Kalibrasi Laju Alir Udara dan Air

 Pastikan selang untuk mengalirkan udara ke dalam kolom terpasang dengan baik

 Berhati-hati dalam mengalirkan udara, dapat menyebabkan ledakan

Percobaan

 Usahakan selang penyuplai udara dan air ke kolom terpasang rapat agar tidak terjadi ledakan atupun genangan air Pasca Percobaan

 Tutup semua saluran air dan udara  Bersihkan genangan air

 Putus hubungan listrik pada pompa dan kompresoe

(23)

KGC 23

Laboratorium Instruksional Teknik Kimia Semester I-2013/2014

Nama modul / Kode modul : Kontaktor Gas Cair / KGC

Asisten Modul : Rosa Citra Aprilia/Kevin Yonathan

Dosen Pembimbing : Dr. Mubiar Purwasasmita/Dr. Retno Gumilang Dewi Masalah yang terjadi :

1. Perubahan tekanan yang terbaca sangat kecil disebabkan oleh manometer yang kurang sensitif.

2. Udara atau air masuk ke manometer sehingga manometer tersumbat dan tidak dapat membaca tekanan dengan akurat atau bahkan tekanan tidak terbaca sama sekali.