DAFTAR ISI
DAFTAR ISI
PENDAHULUAN PENDAHULUAN ... 2 ... 2 1.1 Tujuan 1.1 Tujuan ... 2 ... 2 1.2 Teori Dasar 1.2 Teori Dasar ... 2... 2 1.2.1 Definisi 1.2.1 Definisi ... 2 ... 2 1.2.2 Pemilihan Pelarut 1.2.2 Pemilihan Pelarut ... 3 ... 31.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Absorpsi
1.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Absorpsi ... 5 ... 5
I.2.4
I.2.4 Jenis-jenis Jenis-jenis Kolom Kolom Absorber Absorber ... 5 ... 5
I.2.5
I.2.5 Menara PMenara Packed acked BedBed ... 7 ... 7
I.2.6 Persamaan Umum pada Kolom Absorber
I.2.6 Persamaan Umum pada Kolom Absorber ... 9 ... 9
I.2.7 Pemilihan Jenis Packing
I.2.7 Pemilihan Jenis Packing ... 10 ... 10
PROSEDUR SERTA ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN
PROSEDUR SERTA ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN... ... ... ... 1212
2.1.
2.1. Percobaan 3 : Absorpsi COPercobaan 3 : Absorpsi CO22 dengan air (Menggunakan analisis gas) dengan air (Menggunakan analisis gas) ... 12 ... 12
2.2
2.2 Percobaan 5 : Absorpsi COPercobaan 5 : Absorpsi CO22 pada NaOH (menggunakan analisis larutan). pada NaOH (menggunakan analisis larutan)... 12... 12
DATA DAN PENGOLAHAN DATA
DATA DAN PENGOLAHAN DATA ... 14 ... 14
3.1 Data Percobaan
3.1 Data Percobaan ... 14 ... 14
3.1.1 Percobaan 3: Absorbsi CO
3.1.1 Percobaan 3: Absorbsi CO22dengan Air Menggunakan Analisis Gasdengan Air Menggunakan Analisis Gas ... 14 ... 14
3.1.2
3.1.2 Percobaan 5: Percobaan 5: Absorbsi COAbsorbsi CO22dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan Cair dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan Cair ... 14 ... 14
3.2
3.2 Pengolahan Pengolahan DataData ... 15 ... 15
3.2.1
3.2.1 Percobaan 3: Percobaan 3: Absorbsi COAbsorbsi CO22dengan Air Menggunakan Analisis Gasdengan Air Menggunakan Analisis Gas ... 15 ... 15
3.2.2
3.2.2 Percobaan 5: Percobaan 5: Absorbsi COAbsorbsi CO22dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan Cair dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan Cair ... 18 ... 18
ANALISIS
ANALISIS ... 22 ... 22
4.1
4.1 Analisis PercobaanAnalisis Percobaan ... 22 ... 22
4.1.1 4.1.1 Percobaan 3Percobaan 3 ... 22 ... 22 4.1.2 4.1.2 Percobaan 5Percobaan 5 ... 23 ... 23 KESIMPULAN KESIMPULAN ... 28 ... 28 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR PUSTAKA ... 29 ... 29
BAB I
BAB I
PENDAHULUAN PENDAHULUAN 1.1 Tujuan 1.1 TujuanSecara umum, praktikum ini bertujuan untuk mempelajari proses absorsi yang terjadi antara Secara umum, praktikum ini bertujuan untuk mempelajari proses absorsi yang terjadi antara cairan dan gas serta mengetahui hubungan antara berbagai faktor yang mempengaruhi daya cairan dan gas serta mengetahui hubungan antara berbagai faktor yang mempengaruhi daya absorbsi dari suatu fluida.
absorbsi dari suatu fluida.
1.2 Teori Dasar 1.2 Teori Dasar 1.2.1 Definisi 1.2.1 Definisi
Absorpsi merupakan proses yang terjadi ketika suatu komponen gas (absorbat) berdifusi Absorpsi merupakan proses yang terjadi ketika suatu komponen gas (absorbat) berdifusi ke dalam cairan (absorben) dan membentuk suatu larutan. Prinsip dasar dari absorpsi adalah ke dalam cairan (absorben) dan membentuk suatu larutan. Prinsip dasar dari absorpsi adalah memanfaatkan besarnya difusivitas molekul-molekul gas pada larutan tertentu.
memanfaatkan besarnya difusivitas molekul-molekul gas pada larutan tertentu. Bila campuran gasBila campuran gas dikontakkan dengan cairan yang mampu melarutkan salah satu komponen dalam gas tersebut dan dikontakkan dengan cairan yang mampu melarutkan salah satu komponen dalam gas tersebut dan keduanya dikontakkan dalam jangka waktu yang cukup alam pada suhu tetap, maka akan terjadi keduanya dikontakkan dalam jangka waktu yang cukup alam pada suhu tetap, maka akan terjadi suatu kesetimbangan dimana tidak terdapat lagi perpindahan massa.
suatu kesetimbangan dimana tidak terdapat lagi perpindahan massa. Driving Driving forceforce dalam dalam perpindahan
perpindahan massa massa ini ini adalah adalah tingkat tingkat konsentrasi konsentrasi gas gas terlarut terlarut (tekanan (tekanan parsial) parsial) dalam dalam total total gasgas melebihi konsentrasi kesetimbangan dengan cairan pada setiap waktu.
melebihi konsentrasi kesetimbangan dengan cairan pada setiap waktu. Sebagai ilustrasi dapat diamati, bila gas (
Sebagai ilustrasi dapat diamati, bila gas (rich gasrich gas) yang mudah larut dalam air dengan) yang mudah larut dalam air dengan konsentrasi tertentu memasuki bagian bawah kolom absorpsi, bergerak anik secara berlawanan konsentrasi tertentu memasuki bagian bawah kolom absorpsi, bergerak anik secara berlawanan arah (
arah (countercurrent countercurrent ) dengan air murni yang bergerak turun melalui bagian atas kolom, akan jelas) dengan air murni yang bergerak turun melalui bagian atas kolom, akan jelas terlihat bahwa jumlah gas yang ter;arut dalam total gas keluar akan turun (
terlihat bahwa jumlah gas yang ter;arut dalam total gas keluar akan turun (lean gaslean gas) dan) dan konsentrasi gas dalam air akan naik.
konsentrasi gas dalam air akan naik.
Laju yang menunjukkan perpindahan molekul etrlarut yang terabsorpsi dikenal dengan Laju yang menunjukkan perpindahan molekul etrlarut yang terabsorpsi dikenal dengan interface mass-transfer rate
interface mass-transfer rate dan bergantung dengan jumlah permukaan kontak kedua fluida. dan bergantung dengan jumlah permukaan kontak kedua fluida. Jumlah area kontak tersebut berhubungan erat dengan ukuran dan ben
Jumlah area kontak tersebut berhubungan erat dengan ukuran dan ben tuk material isian (tuk material isian ( packing packing ),), laju cairan, distribusi cairan antar permukaan
laju cairan, distribusi cairan antar permukaan packing packing , potensi cairan untuk menggenang, dan sifat-, potensi cairan untuk menggenang, dan sifat-sifat lain.
Gambar I.1 Pergerakan molekul gas ke liquid
Berdasarkan interaksi antara absorbent dan absorbate, absorpsi dibedakan menjadi:
Absorpsi Fisika
komponen yang diserap pada absorpsi ini memiliki kelarutan yang lebih tinggi (dibanding komponen gas lain) dengan pelarut (absorben)tanpa melibatkan reaksi kimia.
Contoh: Absorpsi menggunakan pelarut shell sulfinol, Selexol TM , Rectisol TM (LURGI),
flour solvent ( propylene carbonate).
Absorpsi Kimia
melibatkan reaksi kimia saat absorben dan absorbat berinteraksi. Reaksi yang terjadi dapat mempercepat laju absorpsi, serta meningkatkan kapasitas pelarut untuk melarutkan komponen terlarut
Contoh: Absorpsi yang menggunakan pelarut MEA, DEA, MDEA, Benfield Process
(Kalium Karbonat)
1.2.2 Pemilihan Pelarut
Pertimbangan pemilihan pelarut yang digunakan untuk proses absorpsi memiliki kriteria sebagai berikut:
a) Tujuan dari proses absorpsi, di antaranya:
Jika tujuan utama operasi untuk menghasilkan larutan yang spesifik, maka pelarut
Jika tujuan utama adalah menghilangkan kandungan tertentu dari gas, maka ada banyak
pilihan yang mungkin. Misalnya air yang merupakan pelarut paling murah, tersedia dalam jumlah yang banyak, dan sangat kuat untuk senyawa polar.
b) Kelarutan Gas
Kelarutan gas harus tinggi sehingga dapat meningkatkan laju absorpsi dan menurunkan kuantitas pelarut yang diperlukan. Umumnya, pelarut yang memiliki sifat yang sama dengan bahan terlarut akan mudah dilarutkan.
c) Volatilitas
Pelarut harus memiliki tekanan uap yang rendah karena jika gas yang meninggalkan kolom absorpsi jenuh dengan pelarut, maka akan ada banyak pelarut yang terbuang. Jika diperlukan, dapat menggunakan cairan pelarut kedua, yaitu yang volatilitasnya lebih rendah untuk menangkap porsi gas teruapkan.
d) Korosivitas
Material bangunan menara dan isinya sedapat mungkin tidak dipengaruhi oleh sifat pelarut. Pelarut yang korosif dapat merusak menara dan oleh sebab itu memerlukan material menara yang mahal atau tidak mudah dijumpai, oleh karenanya kurang disukai.
e) Harga
Penggunaan pelarut yang mahal dan tidak mudah ter-recovery akan meningkatkan biaya operasi menara absorber.
f) Ketersediaan
Ketersediaan pelarut di dalam negri akan sangat berpengaruh terhadap stabilitas harga dan biaya operasi secara keseluruhan.
g) Viskositas
Viskositas pelarut yang rendah amat disukai karena akan terjadi laju absorpsi yang tinggi, meningkatkan karakter flooding dalam menara, serta perpindahan kalor yang baik.
h) Lain-lain
Sebaiknya pelarut tidak memiliki sifat toksik, flamable, dan sebaliknya pelarut sedapat mungkin harus stabil secara kimiawi dan memiliki titik beku yang rendah.
1.2.3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Laju Absorpsi
a) Luas pemukaan kontak
Semakin besar permukaan gas dan pelarut yang kontak, maka laju absorpsi yang terjadi juga akan semakin besar. Hal ini dikarenakan, permukaan kontak yang semakin luas akan
meningkatkan peluang gas untuk berdifusi ke pelarut. b) Laju alir fluida
Jika laju alir fluida semakin kecil, maka waktu kontak antara gas dengan pelarut akan semakin lama. Dengan demikian, akan meningkatkan jumlah gas yang berdifusi.
c) Konsentrasi gas
Perbedaan konsentrasi merupakan salah satu driving force dari proses difusi yang terjadi antar dua fluida.
d) Tekanan operasi
Peningkatan tekanan akan meningkatkan efisiensi pemisahan.
e) Temperatur komponen terlarut dan pelarut
Temperatur pelarut hanya sedikit berpengaruh terhadap laju absorpsi. f) Kelembaban Gas
Kelembaban yang tinggi akan membatasi kapasitas gas untuk mengambil kalor laten, hal ini tidak disenangi dalam proses absorpsi. Dengan demikian, proses dehumidification gas sebelum masuk ke dalam kolom absorber sangat dianjurkan.
I.2.4 Jenis-jenis Kolom Absorber
Secara umum kolom absorber dibagi menjadi tiga, yaitu: a) Packed Bed Column
b) Plate Column c) Spray Column
Gambar I.2 Packed Bed Column Gambar I.3 Plate Coulmn
Gambar I.4 Spray Column
Aliran fluida dalam kolom absorber dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: a) Cross-flow → bersilangan
b) Countercurrent → berlawanan arah c) Co-current → searah
I.2.5 Menara Packed Bed
1.2.5.1 Keunggulan Menara Packed Bed
• Fabrikasi yang minim
Kolom isian hanya membutuhkan sejenis packing support dan sebuah distributor cairan untuk tiap ketinggian 10 ft.
• Versatilitas
Materi isian dapat dengan mudah ditukar sehingga mudah meningkatkan efisiensi, menurunkan pressure drop, dan meningkatkan kapasitas.
• Minim Korosi
Larutan asam dan larutan yang bersifat korosif lainnya dapat diatasi oleh packed bed column karena konstruksi kolom terbuat dari material yang tahan korosi.
• Pressure drop yang rendah
Lebih rendah jika dibandingkan dengan jenis Sieve Tray.
• Capital cost yang rendah
Bila digunakan isian plastik dengan diameter kurang dari 3 ft, investasi masih dianggap murah.
1.2.5.2 Kelemahan Menara Packed Bed
Jika terdapat padatan atau pengotor, maka akan sulit dibersihkan
Isian packed column akan mudah patah selama proses pengisian dan proses pemanasan Tidak ekonomis jika laju alir pelarut tinggi
1.2.5.3 Ketentuan Isian dari Menara Packed Bed
a) Bersifat inert terhadap fluida b) Kuat tetapi tidak berat
c) Memiliki fraksi kekosongan yang cukup untuk menjamin kontak yang optimal namun tidak menaikkan pressure drop
d) Biaya murah
a) Random Packing
Pengisian secara acak memberikan luas permukaan spesifik yang besar dan porositas yang lebih kecil, sehingga menurunkan biaya investasi. Namun, pressure drop yang dihasilkan akan lebih besar.
b) Regular or Stack Packing
Pengisian yang tersusun memberikan pressure drop yang lebih kecil dan efektif untuk laju alir yang tinggi. Namun, investasi lebih besar.
Gambar I.6 Jenis isian dalam Packed Bed Column I.2.5.4 Pressure Drop pada Packed Bed Column
Faktor penting yang harus diperhatikan dalam penggunaan kolom isian adalah besarnya pressure drop. Hal ini terutama berkaitan dengan fenomena yang disebut dengan flooding (penggenangan), dimana cairan yang seharusnya bergerak menuruni kolom, tertahan pergerakannya oleh tekanan gas yang terlalu besar atau ruang antar isian terlalu rapat.
Fenomena flooding dapat terjadi bila pada laju alir gas konstan, laju alir cairan dinaikkan sehingga cairan mengisi lebih banyak ruang antar isian dan mengurangi ruang gerak gas. Bila hal ini terus terjadi, maka akan timbul fenomena flooding cairan serta kenaikan pressure drop yang tinggi. Hampir sama dengan di atas, untuk laju alir cairan turun yang tetap, ternyata laju alir gas ditingkatkan sehingga pressure drop ikut naik, maka akan terjadi flooding .
Persamaan Blake-Kozeny digunakan untuk perhitungan pressure drop pada kolom isian:
3 2 2 0 1 150 p D v L P ...1)I.2.6 Persamaan Umum pada Kolom Absorber I.2.6.1 Neraca Massa
Untuk memahami persamaan neraca massa yang berlaku pada kolom absorber, perhatikan gambar berikut:
Gambar I.7 Skema neraca massa pada kolom isian
...2) ...3) Dimana,
Gm1 = Laju alir molar inlet gas
Gm2 = Laju alir molar outlet gas
Lm1 = Laju alir molar outlet liquid
Lm2 = Laju alir molar inlet liquid
x = Fraksi mol gas terlarut dalam liquid murni
1 2 2 1 m m m m L G L G
y
1y
2
L
x
1x
2
G
m m In = Outy = Fraksi mol gas terlarut dalam inert gas
1.2.6.2 Koefisien Transfer Massa Gas Menyeluruh (K OG atau K G)
Koefisien transfer massa gas menyeluruh (Overall Mass Transfer Coefficient, gas concentration) merupakan parameter yang erat kaitannya dengan laju difusi atau perpindahan massa gas ke liquid. Semakin besar nilai koefisien, semakin besar pula laju difusi gas. Persamaan yang digunakan untuk menentukan K OG adalah sebagai berikut:
o i o i a OG P P P P AH a G K ln ...4) Dimana,
K OG = koefisien transfer massa gas menyeluruh (gr.mol/atm.m2.sekon)
Ga = jumlah gas terlarut dalam liquid
a = luas spesifik (440 m2/m3) AH = volume kolom
P i = Fraksi mol inlet tekanan total
P o = Fraksi mol outlet tekanan total
Persamaan 4) menunjukkan bahwa semakin besar nilai koefisien transfer massa gas, maka jumlah gas yang terlarut dalam liquid akan lebih banyak. Selain itu, persamaan tersebut menunjukkan adanya pengaruh tekanan kolom dalam menentukan nilai koefisien transfer massa gas. Hal ini karena pengaruh adanya isian pada kolom yang menyebabkan pressure drop yang selalu harus diperhitungkan dalam kolom isian. Semakin besar pressure drop maka perpindahan massa gas ke liquid akan semakin kecil.
I.2.7 Pemilihan Jenis Packing
Pemilihan ukuran packing merupakan dasar dari pembuatan sebuah kolom absorbsi. Pemilihan packing yang baik sangat didasarkan pad a pengaturan dan penataan packing yang rumit.
Tapi untuk menentukkan jenis packing yang baik sangat didasarkan pada pengalaman yang telah lampau.
BAB II
PROSEDUR SERTA ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN
2.1. Percobaan 3 : Absorpsi CO2 dengan air (Menggunakan analisis gas)
Tujuan : Menentukan dan mempelajari pola absorpsi CO2 dengan air menggunakan alat analisis
gas yang tersedia. Prosedur :
1. Mengisi tangki dengan air yang baru sebanyak 30 liter (3/4 penuh). 2. Mengalirkan air (6 liter/menit).
3. Mengalirkan udara (10 liter/menit). 4. Mengalirkan CO2 (15 liter/menit).
5. Menunggu hingga steady selama 15 menit. 6. Mengambil sampel gas (menunggu 1 menit).
2.2 Percobaan 5 : Absorpsi CO2 pada NaOH (menggunakan analisis larutan).
Prosedur :
1. Mengisi tangki dengan 30 liter NaOH 0.1 M (3/4 penuh). 2. Mengalirkan larutan (3 liter/menit).
3. Mengalirkan udara (30 liter/menit). 4. Mengalirkan CO2 (3 liter/menit).
5. Menunggu hingga steady selama 15 menit.
6. Mengambil sampel gas tiap 20 menit setelah steady dari S4 dan S5 sebanyak250 ml.
Prosedur titrasi :
1. Memisahkan larutan sampel S4 dan S5 pada 2 buah erlenmeyer @10 ml.
2. Erlenmeyer 1 :
a) Meneteskan PP (3 tetes) dan menitrasinya hingga warna pink hilang dengan larutan HCl.
b) Teteskan MO (3 tetes) dan menitrasinya hingga berubah warna dengan HCl. 3. Erlenmeyer 2 :
a) Menambahkan larutan BaCl2 sebanyak > 10% dari nilai T2 – T1.
BAB III
DATA DAN PENGOLAHAN DATA
3.1 Data Percobaan
Dari percobaan yang telah dilakukan, maka diperoleh data percobaan sebagai berikut:
3.1.1 Percobaan 3: Absorbsi CO2dengan Air Menggunakan Analisis Gas
= 3 / = 0,05 /
= 30 / = 0,5 /
= 3 / = 0,05 /
Tabel 3.1Data Percobaan 3 Variabel Volume (mL)
V 1 18
V 2 0.78
Keterangan variabel:
F1 = laju alir air masuk packed column
F2 = laju alir udara masuk packed column
F3 = laju alir CO2 masuk packed column
V1 = volume CO2 dan udara pada analisis sampel keluaran gas sisa absorbsi(diukur
dalam piston)
V2 = volume CO2 yang terlarut dalam air pada analisis sampel keluaran gassisa
absorbsi (diukur dalam tabung liquid overspill )
3.1.2 Percobaan 5: Absorbsi CO2 dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan
Cair
= 30 / = 0,5 /
= 3 / = 0,05 /
= 0,25
= 0,2
= 1 5%
= 20
, yang dibagi dalam 2 buah erlenmeyer (masing-masing erlenmeyer berisi 10 ml)Tabel 3.2Data Percobaan 5
Variabel Volume di S4(mL) Volume di S5 (mL)
T 1 3.6 3.6
T 2 4.3 7.9
T 3 11.5 14.2
Keterangan:
T1 = volume HCl yang dibutuhkan untuk menetralisir NaOH dan mengubah karbonat
menjadi bikarbonat
T2 = total volume HCl yang ditambhakan hingga mencapai end point kedua
atauvolume HCl yang digunakan untuk menetralkan basa NaOH dan Na2CO3
T3 = volume asam yang ditambahkan untuk menetralkan NaOH
S4 = saluran output yang terletak di bawah kolom (output )
S5 = saluran output yang terletak di bawah tangki (input )
3.2 Pengolahan Data
3.2.1 Percobaan 3: Absorbsi CO2dengan Air Menggunakan Analisis Gas
Dari data percobaan yang ditampilkan dalam tabel 3.1, langkah perhitungan untuk menentukan koefisien transfer massa gas adalah sebagai berikut.
Dengan menggunakan peralatan Hempl, yaitu:
=
Gas dapat diasumsikan bersifat ideal, sehingga:
= =
- F raksi M ol Gas CO 2 pada Al ir an Gas M asuk (Y )i
Nilai fraksi CO2 dari sampel yang masuk ke dalam kolom absorbsi
(inlet ) adalah sama dengan yang diindikasikan oleh flowmeter inlet .
=
=
+
= 0.05/
0.5/ +0.05/ = 0.091
- F raksi M ol Gas CO 2 pada Al ir an Gas Keluar (Y ) o
=
= 0.78
18 = 0.043
b. Neraca M assa pada Kolom Absorbsi
Neraca massa dapat digunakan untuk menentukan kandungan gas CO2 pada
sampel gas di packed column absorber . Neraca massa tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:
∙
=
∙
+
∙
=
∙
+
Jika banyaknya CO2 yang terabsorbsi dalam liter/sekon dinyatakan sebagai F a ,
maka persamaan diatas menjadi:
+
(
+
)
=
Jumlah CO2 yang terabsorbsi dapat dihitung sebagai berikut:
=
1
+
= 0.0910.0430,5 / +0,05 /
10.043
c. Kon ver si Satuan ke dalam G
Hasil perhitungan jumlah CO2 yang terabsorbsi dapat pula dinyatakan
dalam satuan gmol/detik (Ga), yaitu dengan menggunakan persamaan berikut:
=
22.42
760 273
℃+273
Tekanan kolom dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan berikut:
= 760 + 13.6
Dalam percobaan diperoleh bahwa P = 36.9 mmH2O, maka tekanan kolom adalah:
= 760+36.913.6 = 762.71
Dengan T kolom = 21.3oC, Gaadalah:
= 0.028
22.42762.71
760 273
21.3+273
= .∙
−
/
d. Ni lai Koefi sien Tr ansfer
Nilai Ga merupakan jumlah CO2yang terabsorpsi dalam air. Oleh karena itu,
perhitungan untuk besarnya koefisien transfer massa( K og ) dapat dinyatakan dengan
menggunakan persamaan berikut:
=
∙ ln
dimana:
K og =koefisien transfer massa gas ( gmol/atm.m2.detik )
AH = volume kolom absorber, yang dapat dihitung sebagai berikut:
= 4 ×0.075
×1.4 = 6.19∙10
−
P 1 = fraksi mol inlet (Y i) dikalikan dengan tekanan total kolom, yang dapat
dihitung sebagai berikut:
P 0 = fraksi moloutlet (Y o) dikalikan dengan tekanan total kolom, yang dapat
dihitung sebagai berikut:
= 0.043×762.71 = 32.79 = 0.043
Α = luas spesifik (440 m2 /m3)
Sehingga diperoleh:
= 1.16∙10
440 ×6.19∙10
−
−
ln0.091
0.0910.043
0.043
= .∙
−
∙
⁄
∙
3.2.2 Percobaan 5: Absorbsi CO2 dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan
Cair
Dari data percobaan yang ditampilkan dalam tabel 3.2, langkah perhitungan untuk menentukan koefisien transfer massa gas adalah sebagai berikut.
a. M enghi tung kandungan CO 2 pada sampel gas
Sama seperti pengolahan data pada percobaan sebelumnya, pertama-tama perlu dicari nilai fraksi mol gas CO2 pada aliran gas masuk (Y i) dan pada aliran gas
keluar (Y o).
- F raksi M ol Gas CO 2 pada Al ir an Gas M asuk (Y )i
=
=
+
= 0.05/
0.5/ +0.05/ = 0.091
- F raksi M ol Gas CO 2 pada Al ir an Gas Keluar (Y ) o
=
= 0.78
18 = 0.043
Banyaknya volume BaCl2 yang ditambahkan pada masing-masing sampel
untuk dititrasi dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut:
=
+10%
)Sehingga, volume BaCl2yang ditambahkan adalah:
- Sampel S 4 , volume BaCl2= 0.77 mL
- Sampel S 5 , volume BaCl2= 4.73 mL
c. Gas F low
- Gas fl owyang memasuki kolom
Besarnya gas flowyang memasuki kolom (Gi) dapat dicari dengan
menggunakan persamaan berikut:
=
22.42 760 +∆
+
760 273
℃+273
Jika diasumsikan tidak ada pressure drop ( ΔP=0) dan suhu kolom
adalah21.3oC, maka nilai Gi adalah:
= 0.5+0.05
22.42 760 +0
760 273
21.3℃+273
= . ⁄
- Gas fl owyang keluar kolom
Besarnya gas flow yang keluar dari kolom (Go) dapat dicari dengan
menggunakan persamaan berikut:
=
1
1
= 0.023 10.091
10.043
= . ⁄
Jadi, jumlah CO2 yang dihilangkan pada kolom adalah:
= 0.0230.022 = 0.001 ⁄
- I nlet = S 5
=
500.2
= 14.2
50 0.2
= 0.0568
= 0.5
50 0.2
= 7.9 14.2
50 0.1 = 0.0126
- Outl et = S 4
=
500.2
= 11.5
50 0.2
= 0.046
= 0.5
50 0.2
= 4.3 11.5
50 0.1 = 0.0144
Jadi, jumlah NaOH yang digunakan untuk mengabsorbsi CO2 adalah sebanyak:
=
2[
,
,
]
= 0.05/2×0.0568 0.046
= .×
−
⁄
Jadi, jumlah karbonat yang terbentuk dari absorbsi CO2 adalah sebanyak:
=
[
,
,
]
= 0.05/ ×0.01260.0144
e. Ni lai Koefi sien Tr ansfer
Perhitungan untuk besarnya koefisien transfer massa ( K og ) dapat dinyatakan
dengan menggunakan persamaan berikut:
=
∙ ln
dimana:
K og =koefisien transfer massa gas ( gmol/atm.m2.detik )
N =laju absorbsi ( gmol/s)
̅ = 0.001+9.9∙10
3
−
+1.65∙10
−
= 1.21∙10
−
/
AH = volume kolom absorber, yang dapat dihitung sebagai berikut:
= 4 ×0.075
×1.4 = 6.19∙10
−
P 1 = fraksi mol inlet (Y i) dikalikan dengan tekanan total kolom, yang dapat
dihitung sebagai berikut:
= 0.091×762.71 = 69.41 = 0.091
P 0 = fraksi mol outlet (Y o) dikalikan dengan tekanan total kolom, yang dapat
dihitung sebagai berikut:
= 0.043×762.71 = 32.79 = 0.043
Α = luas spesifik (440 m2 /m3)
Sehingga diperoleh:
= 1.21∙10
440 ×6.19∙10
−
−
ln0.091
0.0910.043
0.043
BAB IV ANALISIS
4.1 Analisis Percobaan
4.1.1 Percobaan 3 : Absorbsi CO2dengan Air Menggunakan Analisis Gas
Percobaan 3 ini bertujuan untuk mengetahui berapa gas karbon dioksida yang dapat terabsorbsi oleh air dengan menggunakan analisis dari sampel gas karbon dioksida yang tidak terabsorbsi oleh air. Pada percobaan kali ini, gas karbon dioksida akan dianalisis dengan peralatan Hempl gas dengan menggunakan prinsip dasar absorbsi, yaitu perpindahan massa antara senyawa dengan konsentrasi lebih tinggi ke senyawa dengan konsentrasi lebih rendah, dalam hal ini konsentrasi karbon dioksida lebih tinggi sehingga akan terabsorb ke dalam air.
Kita dapat mengetahui jumlah gas karbon dioksida yang terabsrorb selama proses absorbsi ini dengan cara menghitung selisih antara karbon dioksida sebelum memasuki packed column dan karbon dioksida setelah keluar dari packed column. Hal ini didasarkan pada teori bahwa pada kenyataannya tidak semua gas karbon dioksida mampu diasbsorbsi oleh air.
=
–
.
Gas karbondioksida yang tidak terabsorbsi akan masuk ke peralatab Hempl yang telah disebutkan di atas. Namun sebelumnya, kita harus membuang gas sisa yang berada di sekitar absorbtion globe dengan piston dengan tujuan agar semua gas yang berada dalam sistem keluar sehingga sistem berada dalam keadaan vakum. Hal ini dilakukan agar tidak ada gas sisa yang akan bercampur dengan gas karbon dioksida yang nantinya akan dianalisis dengan alat ini.
Gas akan didorong oleh piston dalam jumlah tertentu. Kemudian piston akan menarik sampel gas dalam jumlah tertentu. Sampel ini merupakan sampel karbon dioksida yang tidak diabsrorb oleh air. Selanjutnya, piston didorong untuk memasukkan sample gas ke dalam absorbsition globe yang sebelumnya telah berisi NaOH 1M. NaOH berguna untuk mengabsorbsi CO2 Data yang diambil selanjutnya adalah V2 yang merupakan volume CO2 yang telah terabsorbsi
oleh larutan NaOH yang ditunjukkan oleh skala, yang dalam perhitungan digunakan sebagai jumlah CO2 pada aliran keluar Kemudian piston ditarik kembali, dengan tujuan untuk
menghilangkan udara yang tidak terabsorbsi oleh NaOH ke atmosfir, karena NaOH hanya akan mengabsorb CO2.
4.1.2 Percobaan 5 : Absorbsi CO2dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan
Cair
Percobaan 5 ini bertujuan untuk menentukan dan mempelajari pola absorpsi karbondioksida dengan NaOH menggunakan alat analisis larutan yang tersedia. Langkah pertama yang harus dilakukan pada percobaan ini adalah mengisi tangki yang telah disediakan dengan NaOH 0.1 M sebanyak 30 liter. Larutan NaOH dipilih sebagai absorben k arena larutan CO2 akan
bereaksi dengan NaOH dan akan membentuk garam natrium karbonat, sesuai dengan persamaan reaksi berikut.
2 +
→
+
Langkah selanjutnya adalah mengatur laju alir dari larutan sebesar 3 liter/menit dan laju alir udara sebesar 30 liter/menit serta laju alir karbon dioksida sebesar 3 liter/menit. Laju alir karbon dioksida dan NaOH yang digunakan cenderung kecil dengan tujuan agar waktu kontak antara NaOH dan CO2 akan lebih besar sehingga semakin banyak karbon dioksida yang akan
terabsorb oleh NaOH. Langkah selanjutnya adalah menunggu k urang lebih selama 15 menit hingga keadaannya steady state atau sudah cukup banyak karbon dioksida yang telah teradsorbsi oleh NaOH untuk kemudian di titrasi. Cara mengetahui jumlah CO2 yang terabsorpsi pada larutan
NaOH adalah dengan mengetahui jumlah NaOH dan Na2CO3 dalam sampel. Besarnya jumlah
NaOH dan Na2CO3 dalam sampel dapat dihitung dengan metode titrasi menggunakan HCl
Indikator yang digunakan dalam titrasi ini adalah phenolphtalein (PP) dan metil orange (MO). Sedangkan sampel yang akan di titrasi berjumlah 2, yaitu sampel keluaran dari S4dan S5.
Langkah pertama adalah mengambil masing-masing 10 mL larutan pada S4. Lalu larutan tersebut
di teteskan larutan PP sebanyak 3 tetes. Penambahan larutan PP bertujuan untuk menandakan apabila larutan telah mencapai kesetimbangan dimana larutan ini akan membuat larutan sampel menjadi bening (larutan berubah menjadi pink setelah ditambahkan PP) ketika jumlah mol asam tepat sama dengan jumlah mol basa atau telah mencapai titik akhir titrasi. Selanjutnya, larutan ditambahkan larutan indikator MO sebanyak 3 tetes dan kemudian di titrasi kembali. Tujuan
penambahan larutan MO ini adalah untuk mendeteksi terbentuknya asam karbonat. Pemilihan indikator MO berdasarkan pada trayek pH indikatornya yang berada di daerah asam.
Tahapan selanjutnya adalah menitrasi sampel yang telah ditambahkan dengan BaCl2
dengan volume tertentu. Volume BaCl2 yang ditambahkan bergantung pada jumlah HCl yang
dibutuhkan pada saat titrasi dengan indikator PP dan titrasi dengan indikator MO. Penambahan BaCl2 ini dimaksudkan agar terjadi pengendapan Na2CO3 ketika bereaksi dengan BaCl2 dengan
reaksi sebagai berikut :
+
→
+ 2
Pengendapan Na2CO3 dimaksudkan agar dalam proses titrasi ini volume HCl yang
dibutuhkan hanya untuk menetralkan NaOH sehingga HCl tidak bereaksi dengan Na2CO3. Setelah
ditambahkan BaCl2 kemudian ditambahkan larutan pp sebagai indikator. Kemudian NaOH
dititrasi dengan menggunakan HCl menurut reaksi :
+ → +
Volume HCl yang dibutuhkan untuk menetralkan NaOH disebut dengan volume T3. Dari
volume T3 ini dapat diperoleh konsentrasi NaOH sisa yang tidak bereaksi membentuk Na2CO3
pada reaksi :
2 +
⇌
+
4.2 Analisis Perhitungan dan Hasil
4.2.1 Percobaan 3 : Absorbsi CO2dengan Air Menggunakan Analisis Gas
Dalam menentukan koefisien transfer massa gas pada percobaan ini, mula-mula kita meninjau CO2 pada aliran gas dengan melakukan perhitugan fraksi volume CO2 yaitu V2/ V1. Pada
perhitungan ini, gas diasumsikan bersifat ideal sehingga dapat dianggap fraksi volume CO2
tersebut sama dengan fraksi molnya. Kandungan CO2 pada sampel gas ditentukan dengan mencari
CO2 pada aliran masuk (Yi) diperoleh sebesar 0,091, sedangkan fraksi mol CO2 pada aliran keluar
(Yo) sebesar 0,043. Terdapat penurunan fraksi CO2 karena sebagian CO2 telah terabsorb ke dalam
aliran air saat terjadi pengontakkan di dalam kolom absorbsi. Setelah mendapatkan nilai Yi dan Yo, selanjutnya kita bisa menentukan nilai Fa menggunakan neraca massa.
Untuk menentukan jumlah CO2 yang terabsorbsi (Fa) dilakukan dengan perhitungan neraca
massa pada packed column absorber . Hal ini dapat dilakukan karena jumlah CO2 saat masuk sama
dengan jumlah CO2saat keluar ditambah akumulai CO2yang terabsorbsi. Berdasarkan perhitungan
diperoleh Fa sebesar 0,28L/s dan setelah dikonversi menjadi Ga sebesar 1,1 6x10-3 gmol/s. Jumlah CO2 yang terabsorbsi (Ga) ini nantinya akan digunakan dalam menentukan nilai koefisien transfer
massa (Kog).
Dalam penentuan nilai koefisien transfer massa (Kog), dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
=
∙ ln
Berdasarkan persamaan di atas, nilai koefisien transfer massa (Kog) berbanding lurus dengan laju absorbsi (N) dan berbanding terbalik dengan pressure drop (Pi-Po). Semakin besar laju absorbsi maka nilai koefisien transfer massa (Kog) akan semakin besar. Selain itu juga, pengaruh tekanan yaitu semakin kecil pressure drop (Pi-Po) maka nilai koefisien transfer massa (Kog) juga akan semakin besar pula. Berdasarkan perhitungan diperoleh Kog pada absorbsi CO2 dengan larutan
air sebesar 6,652 x 10-3 gmol/atm.m2.s.
4.2.2 Percobaan 5 : Absorbsi CO2dalam Larutan NaOH Menggunakan Analisis Larutan
Cair
Absorpsi CO2 ke dalam air dengan menggunakan analisis larutan cair (NaOH) dapat ditentukan dengan metode titrasi untuk mengetahui banyaknya gas CO2 yang terabsorb.
Berdasarkan reaksi yang terjadi pada percobaan ini, yaitu 2 NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
maka kita dapat mengetahui jumlah CO2 yang terabsorb dengan menghitung jumlah NaOH dan
Na2CO3. Larutan yang digunakan untuk menitrasi yaitu HCl. Dari proses titrasi kita mendapatkan
Pada tinjauan gas flow, kandungan CO2 pada sampel gas ditentukan dengan mencari fraksi
mol gas CO2 pada aliran masuk (Yi) dan aliran keluar (Yo). Berdasarkan perhitungan, fraksi CO2
pada aliran masuk (Yi) diperoleh sebesar 0,091, sedangkan pada aliran keluar (Yo) sebesar 0,043. Terdapat penurunan fraksi CO2 karena sebagian CO2 telah terabsorb ke dalam aliran air saat terjadi
pengontakkan di dalam kolom absorbsi. Setelah mengetahui fraksi mol CO2 pada aliran masuk
dan keluar, maka kita dapat menentukan jumlah CO2 yang dihilangkan pada kolom, yaitu berupa
selisih antara gas flow yang memasuki kolom (Gi) dan yang keluar kolom (Go). Berdasarkan perhitungan diperoleh jumlah CO2 yang dihilangkan yaitu
= 0.0230.022 =
0.001gmol s⁄
.Dengan mengetahui fraksi CO2 pada aliran masuk, fraksi CO2 pada aliran keluar, dan
jumlah CO2 yang dihilangkan pada kolom maka kita dapat menentukan laju absorbsi
̅
diperolehsebesar 1,21x10-3 gmol/s.
Pada tinjauan liquid flow, kita ingin mengetahui jumlah NaOH yang dibutuhkan selama proses absorbsi dan juga jumlah Na2CO3 yang terbentuk. Metode perhitungan ini diselidiki dengan
data-data yang diperoleh dari proses titrasi, yaitu data T1, T2 dan T3. Perhitungan jumlah NaOH dan Na2CO3 dilakukan pada inlet maupun outlet untuk menentukan konsentrasi. Selisih antara
konsentrasi pada inlet dan outlet dikalikan dengan pen gali laju alir masuk merupakan jumlah yang sebanding dengan jumlah NaOH dan Na2CO3 yang ingin kita cari. Berdasarkan perhitungan,
didapatkan jumlah NaOH yang digunakan untuk mengabsorbsi CO2 sebanyak 2,7x10-4 gmol/s.
Sedangkan jumlah karbonat yang terbentuk dari absorbsi CO2 yaitu sebanyak 9 x 10-5 gmol/s.
Dalam penentuan nilai koefisien transfer massa (Kog), dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
= ∙ ln
Berdasarkan persamaan di atas, nilai koefisien transfer massa (Kog) berbanding lurus dengan laju absorbsi (N) dan berbanding terbalik dengan pressure drop (Pi-Po). Semakin besar laju absorbsi maka nilai koefisien transfer massa (Kog) akan semakin besar. Selain itu juga, pengaruh tekanan yaitu semakin kecil pressure drop (Pi-Po) maka nilai koefisien transfer massa (Kog) juga akan
semakin besar pula. Berdasarkan perhitungan diperoleh Kog pada absorbsi CO2 dengan larutan
NaOH sebesar 6,938 x 10-3 gmol/atm.m2.s.
Jika dibandingkan percobaan 3 dan 5, nilai Kog pada absorsi CO2 dengan larutan NaOH
nilainya lebih besar dibandingkan dengan nilai Kog pada absorsi CO2 dengan larutan air.
4.3 Analisis Kesalahan
Dalam perhitungan kuantitatif seperti halnya dalam menentukan nilai Kog, maka kesalahan dalam percobaan akan sangat riskan mempengaruhi hasil perhitungan. Kesalahan yang mungkin terjadi pada percobaan ini antara lain :
1. Kesalahan dalam melakukan titrasi karena kurang cermat dalam mengamati perubahan warna saat proses titrasi.
2. Pengambilan sample S4 dan S5 yang tidak dilakukan secara bersamaan tentunya akan menghasilkan perbedaan saat perhitungan.
BAB V
KESIMPULAN
Beberapa hal yang dapat dijadikan kesimpulan dari percobaan Absorbsi secara keseluruhan adalah:
1. CO2 dapat diabsorpsi oleh air dan NaOH yang dikontakkan di kolom absorber.
2. Jumlah karbon dioksida yang terabsorbsi dapat dihitung secara matematis dengan mengurangkan CO2 inlet dengan CO2 outlet.
3. Analisis kandungan CO2 yang terabsorp oleh air dapat dianalisis dengan cara analisis gas.
4. Analisis kandungan CO2 yang terabsorp oleh NaOH dapat dianalisis dengan cara analisis
larutan cair yaitu dengan cara titrasi.
DAFTAR PUSTAKA
Gozan, Misri. Absorpsi, Leaching dan Ekstraksi pada Industri Kimia. UI Press: Jakarta. 2006. Treybal, Robert E. Mass Transfer Operations. McGraw-Hill: Malaysia. 1981.
