Makalah Seminar Transfer Massa

(1)

MAKALAH

PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA

SEMESTER GASAL TAHUN AKADEMIK 2013/2014

ACARA D-8 TRANSFER MASSA

Disusun oleh:

Radhitya Hutomo / 121110011 Christin Novita Zivarany / 121110110

LABORATORIUM PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL "VETERAN" YOGYAKARTA

(2)

ii HALAMAN PENGESAHAN

LAPORAN PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA SEMESTER GENAP TAHUN AKADEMIK 2013/2014

D-8

TRANSFER MASSA

Disusun oleh:

Radhitya Hutomo 121110011 Christin Novita Zivarany 121110110

Yogyakarta, Desember 2013 Asisten Pembimbing

(3)

iii KATA PENGANTAR

Segala puji syukur pada Tuhan Yang Maha Esa karena atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya.

Makalah seminar Praktikum Dasar Teknik Kimia ini kami susun untuk memenuhi salah satu tugas yang ada didalam kurikulum pendidikan pada Fakultas Teknologi Industri jurusan Teknik Kimia UPN “VETERAN” Yogyakarta.

Pokok bahasan makalah ini mengenai transfer massa. Sedangkan tujuan dari pembuatan makalah ini adalah menentukan besarnya koefisien transfer massa dengan variable tinggi naftalen.

Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terimakasih kepada:

1. Ir. Gogot Haryono, M.T. selaku Kepala Laboratorium Praktikum Dasar Teknik Kimia UPN ”Veteran” Yogyakarta.

2. Fierza Rizky Prasetya selaku asisten pembimbing

3. Segenap staf Laboratorium PDTK UPN Veteran Yogyakarta 4. Rekan-rekan sesama praktikan atas kerjasamanya

Kami menyadari ketidaksempurnaan laporan ini. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat kami harapkan demi hasil yang lebih baik dimasa yang akan datang.

Semoga laporan ini bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa Jurusan Teknik Kima.

Yogyakarta, Desember 2013

(4)

iv DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... iv

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR LAMBANG ... vi

INTISARI ... vii

BAB I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Percobaan ... 1

I.2. Tujuan Percobaan... 1

I.3. Teori Dasar... 1

BAB II. PELAKSANAAN PERCOBAAN II.1. Alat ... 5

II.2. Bahan ... 5

II.3. Rangkaian Alat ... 5

II.4. Diagram Alir Percobaan ... 6

II.5. Cara Kerja ... 7

II.6. Analisa Perhitungan ... 7

BAB III. HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN III.1. Data Percobaan ... 9

III.2. Pembahasan ... 11

BAB IV. KESIMPULAN ... 13

DAFTAR PUSTAKA ... 14

(5)

v DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data percobaan untuk L: 4 cm ... 9

Tabel 4. Nilai KCa rata-rata untuk masing-masing tinggi tumpukan ... 11

Tabel 5. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 4 cm ... 17

Tabel 8. Perhitungan dengan metode Least Square ... 19

(6)

vi DAFTAR LAMBANG

KCa : Koefisien transfer massa (detik¹)

At : Luas penampang tabung gelas (cm2) Ap : Luas penampang pipa (cm2)

Dt : Diameter dalam tabung pipa (cm) Dp : Diameter dalam pipa (cm)

G : Kecepatan linier udara (cm/dt) G’ : Kecepatan volumetric udara (cm3/dt) L : Tinggi tumpukan (cm)

M : Mol Naftalen yang tersublimasi (gmol)

CAS : Konsentrasi jenuh zat pada interface (gmol/cm³)

CAg : Konsentrasi zat padat setiap saat (gmol/cm³)

t : Waktu (detik)

w : Berat awal naftalen (gram)

Δw : Berat naftalen yang hilang (gram) µ : Viskositas (gram/cm.detik) ρ : Densitas (gram/cm3)

(7)

vii INTISARI

Transfer massa adalah gerakan dari satu komponen / lebih dalam suatu fase ke fase yang lain karena adanya gaya pendorong / driving force (perbedaaan konsentrasi). Tujuan dari percobaan ini adalah menentukan besarnya koefisien transfer massa dengan variable tinggi naftalen.

Percobaan ini dilakukan dengan menghembuskan udara dari blower ke tumpukan naftalen yang berada dalam tabung gelas dengan selang waktu tertentu, sehingga berat naftalen semakin berkurang.

Dari percobaan I dengan tinggi tumpukan naftalen= 4 cm diperoleh harga koefisien transfer massa= 0.014249/detik. Percobaan II dengan tinggi tumpukan naftalen= 6 cm diperoleh harga koefisien transfer massa= 0.011019/detik. Percobaan III dengan tinggi tumpukan naftalen=8 cm diperoleh harga koefisien transfer massa= 0.005134/detik. Dari hasil tersebut maka dapat diketahui bahwa semakin tinggi tumpukan naftalen maka harga koefisien transfer massa (KCa)

(8)

1

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang Percobaan

Dalam industri kimia, operasi transfer massa dari satu fase ke fasa yang lain digunakan sebagai dasar pemisahan komponen dari campurannya. Sebagai contoh penerapan proses transfer massa dalam pemurnian belerang dengan menghembuskan udara untuk menghilangkan kotorannya.

Pada percobaan ini dilakukan dengan menggunakan naftalen (C10H8) yang

dikontakkan dengan udara. Naftalen merupakan senyawa hidrokarbon aromatik yang memiliki rumus bangun sebagai berikut:

Gambar 1. Gugus Naftalen

Dalam hal ini terjadi transfer massa dari fasa padat (naftalen) ke fasa gas (udara) yang dikenal dengan sublimasi.

I.2. Tujuan Percobaan

Mencari besarnya koefisien transfer massa (KCa) dengan menggunakan

variabel tinggi tumpukan (L) naftalen (C10H8) sehingga diperoleh hubungan antara

koefisien transfer massa (KCa) dengan tinggi tumpukan naftalen (L).

I.3. Teori Dasar

Transfer massa adalah gerakan dari satu komponen atau lebih dalam satu fasa ke fasa yang lain. Peristiwa transfer massa diantaranya adalah peristiwa difusi, ekstraksi, destilasi, dan lain-lain. (Mc Cabe,1983)

Adanya gerakan komponen tersebut disebabkan oleh gaya pendorong

(driving force) yang berupa perbedaan konsentrasi. Gaya pendorong ini akan

merubah kondisi sistem ke kesetimbangan, dimana pada semua bagian sistem konsentrasinya sama.

(9)

2 Dalam laboratorium, proses sublimasi dapat dijalankan dengan cara fixed

bed dan fluidized bed. Penyubliman kapur barus pada fixed bed, fasa padat dilalui

gas secara kontinyu. Bila konsentrasi antar muka kedua fasa lebih besar daripada konsentrasi gas yang mengalir maka terjadi transfer massa langsung dari fasa padat ke fasa gas. (Brown, 1978)

Pada keadaan steady state, kecepatan perpindahan massa dari padat ke gas.

Ca



AS Ag



A C C K t N     ………… (1) Dimana: t N_A  

: kecepatan zat padat yang hilang tiap satuan waktu (gmol/cm³.detik)

KCa : koefisien transfer massa keseluruhan volumetrik (detik¹)

CAS : konsentrasi jenuh zat pada interface (gmol/cm³)

CAg : konsentrasi zat padat setiap saat (gmol/cm³)

(Hardjono,1985)

KCa adalah nilai transfer massa persatuan bidang persatuan beda

konsentrasi dan biasanya didasarkan kecepatan molal yang seragam. (Mc Cabe,

1983)

Dengan menganggap diameter zat padat konstan pada elemen volume tertentu dalam kondisi steady state dapat ditulis:

G. CAg2 Z +ΔZ

ΔZ

G. CAg1 Z

Gambar 2. Perpindahan Massa

Neraca massa :

Kecepatan masuk – kecepatan keluar = kecepatan akumulasi

(10)

3 Persamaan (2) dibagi ΔZ, sehingga:

   __ z A C A G C A G _Ag _Z _Ag _Z _Z . . . . .



AS Ag



Ca C C K .  0  Az Lim    __ z A C A G C A G Ag Z Ag Z Z . . . . .



AS Ag



Ca C C K .  ) ( . Ag As Ca Ag C C K dz dC G    dz G K C C dC _Ca Ag As Ag    dz G K C C dC _Ca C C AS Ag Ag Ag Ag   



2 1( ) Missal: x = CAS-CAg dx = -dCAg



   L Ca C C dz G K x dx Ag Ag 0 2 1 L Ca C C z G K x Ln Ag Ag 0 2 1 .    L G K C C C C Ln Ca Ag AS Ag AS . 2 1   

Pada aliran masuk belum ada zat padat yang terikat, sehingga C_Ag₁

dianggap nol, sehingga:

L G K C C C C Ln Ca Ag AS Ag AS . 2 1 _  



AS Ag2



AS Ca C C C Ln L G K   …………...(3)

(11)

4 Kecepatan perpindahan massa zat padat dalam gas ekivalen dengan pengurangan berat zat padat satuan waktu, maka dapat ditulis:

t m C C A G _Ag _Ag    ) ( . ₂ ₁

Karena CAg1 = 0 ,maka

t m C C A G Ag Ag    ) ( . 2 1 t A m G C_Ag   . . 1 2 ………….. (4) Persamaan (4) disubstitusikan ke (3) menjadi:

         t A G m C C Ln L G K AS AS Ca . . ………….. (5)

(12)

5

BAB II

PELAKSANAAN PERCOBAAN

II.1. Alat 1. Tabung gelas 2. Statif 3. Blower 4. Timbangan II.2. Bahan 1. Naftalen (C10H8)

2. Aliran gas (udara)

II.3. Rangkaian Alat

Keterangan: 1. Tabung gelas dengan tutup 2. Tumpukan naftalen 3. Statif 4. Blower

Gambar 3. Rangkaian Alat

1

2

3

(13)

6 II.4. Diagram Alir Percobaan

NAFTALEN

Diambil dan ditimbang serta dicatat sebagai berat awal sebelum sublimasi

Blower dihidupkan dengan selang waktu tertentu

Setelah selang waktu tersebut, blower dimatikan dan naftalen yang ada di tabung ditimbang dan dicatat sebagai berat akhir

Percobaan diulang dengan ketinggian naftalen yang berbeda

Dimasukkan kedalam tabung gelas dengan ketinggian tertentu

(14)

7 II.5. Cara Kerja

1. Memasukkan kapur barus atau naftalen ke dalam tabung gelas dengan ketinggian tertentu.

2. Menimbang naftalen, mencatat hasil penimbangan sebagai berat mula-mula.

3. Memasukkan kembali naftalen ke dalam tabung gelas kemudian menghidupkan blower.

4. Mematikan blower dengan selang waktu tertentu.

5. Menimbang naftalen, mencatat hasil penimbangan sebagai berat akhir. 6. Melakukan percobaan beberapa kali dengan selang waktu yang sama. 7. Mengulangi percobaan untuk tinggi tumpukan naftalen yang berbeda.

II.6. Analisa Perhitungan 1. Menentukan Luas

- Luas penampang tabung gelas : At = ¼ . π. Dt2 - Luas penampang pipa: Ap = ¼ . π. Dp2

Dimana: At = Luas penampang tabung gelas (cm2) Ap = Luas penampang pipa (cm2)

Dt = Diameter dalam tabung gelas (cm) Dp = Diameter dalam pipa (cm)

2. Menentukan Kecepatan Linier Gas

G =

Ap G '

Dimana: G = Kecepatan linier udara (cm/dt) G’ = Kecepatan volumetrik udara (cm3/dt) 3. Menghitung Koefisien Transfer Massa (KCa)

KCa=          t At G m C C L G AS AS . . ln

(15)

8 Dimana: KCa = Koefisien transfer massa keseluruhan volumetrik (detik¹)

L = Tinggi tumpukan (cm)

Δm = Mol naftalen yang tersublimasi (gmol)

CAS = Konsentrasi jenuh zat pada interface (gmol/cm³)

4. Menghitung % kesalahan

% Kesalahan = X 100%

Ydata Yhitung Ydata

(16)

9

BAB III

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

III.1. Data Percobaan

Kecepatan udara masuk = 360 cm3/det Konsentrasi jenuh naphtalen = 4.7031x10-6 gmol/cm3 Berat Molekul (BM) Naftalen = 128 g/gmol

Diameter tabung gelas = 6.1 cm

Selang waktu = 3 menit = 180 detik

Diameter pipa = 1.9 cm

Luas penampang pipa = 2.8353 cm2

Luas penampang tabung gelas = 29.2274 cm2

Tabel 1. Data percobaan untuk L= 4 cm

No. t (detik) Massa Naftalen (gr) W (gr) M (gmol)

Awal Akhir 1 180 70.5386 70.2575 0.2811 0.002196 2 360 70.2575 70.0839 0.1736 0.001356 3 540 70.0839 69.9296 0.1543 0.001205 4 720 69.9296 69.7785 0.1511 0.00118 5 900 69.7785 69.6363 0.1422 0.001111 Σ 2700 350.5881 349.6858 0.9023 0.007049

(17)

10 Tabel 2. Data percobaan untuk L= 6 cm

Awal Akhir 1 180 101.3134 101.0928 0.2206 0.001723 2 360 101.0928 100.8795 0.2133 0.001666 3 540 100.8795 100.6712 0.2083 0.001627 4 720 100.6712 100.4647 0.2065 0.001613 5 900 100.4647 100.2667 0.198 0.001547 Σ 2700 504.4216 503.3749 1.0467 0.008177

Tabel 3. Data percobaan untuk L= 8 cm

Awal Akhir 1 180 143.9358 143.7493 0.1865 0.0014570 2 360 143.7493 143.5645 0.1848 0.0014437 3 540 143.5645 143.4385 0.126 0.0009844 4 720 143.4385 143.3267 0.1118 0.0008734 5 900 143.3267 143.2855 0.0412 0.0003219 Σ 2700 718.0148 717.3645 0.6503 0.005080

Dari data diatas dapat dibuat perbandingan tinggi tumpukan naftalen (L) dengan nilai KCa.

(18)

11 Tabel 4. Nilai KCa rata-rata untuk masing-masing tinggi tumpukan

No t

L=4cm L=6cm L=8cm

∆W M Kca ∆W M Kca ∆W M Kca

1 180 0.2811 0.002196 0.022197 0.2206 0.001723 0.011612 0.1865 0.0014570 0.007363 2 360 0.1736 0.001356 0.013707 0.2133 0.001666 0.011228 0.1848 0.0014437 0.007295 3 540 0.1543 0.001205 0.012182 0.2083 0.001627 0.010965 0.126 0.0009844 0.004974 4 720 0.1511 0.00118 0.011930 0.2065 0.001613 0.010870 0.1118 0.0008734 0.004413 5 900 0.1422 0.001111 0.011227 0.198 0.001547 0.010422 0.0412 0.0003219 0.001626 Rata-Rata 0.014249 0.011019 0.005134 III.2. Pembahasan

Pada percobaan transfer massa digunakan naftalen dengan ketinggian tumpukan yang berbeda yaitu 4 cm, 6 cm, dan 8 cm. Perbedaan ketinggian tumpukan naftalen menyebabkan nilai KCa yang berbeda pula. Semakin tinggi

tumpukan naftalen, semakin kecil nilai KCa. Hal ini disebabkan karena ketinggian

naftalen menghambat laju alir udara menuju ke tumpukan naftalen paling atas. Sehingga transfer massa paling besar terjadi pada bagian paling bawah, dimana tumpukan paling bawah dekat dengan datangnya udara masuk.

Gambar 4. Hubungan log L dengan log KCa

Dari grafik diatas diperoleh bahwa semakin rendah tumpukan naftalen berarti semakin besar luas permukaan kontak antara naftalen dengan udara,

(19)

12 sehingga transfer massa antara kedua fasa akan semakin besar dan kecepatan transfer massanya juga akan semakin besar.

Pada percobaan ini didapat persen kesalahan rata-rata sebesar 3.221885%. Persen kesalahan ini dapat terjadi karena sebagian besar naftalen yang tersedia sudah terlalu sering digunakan dalam percobaan, sehingga dapat mempengaruhi harga W, akibatnya harga KCa yang dihasilkan kurang akurat. Kurangnya

ketelitian dalam penumpukan naftalen dan pembacaan ketinggian naftalen juga dapat mempengaruhi harga KCa. Selain itu, jarak ketinggian (range) naftalen yang

(20)

13

BAB IV

KESIMPULAN

1. Dari perhitungan diperoleh:

a. Percobaan I, L= 4 cm, KCa= 0.014249 detik-1

b. Percobaan II, L= 6 cm, KCa= 0.011019 detik-1

c. Percobaan III, L= 8 cm, KCa= 0.005134 detik-1

d. Persen kesalahan rata-rata sebesar 3.221885%

2. Dengan metode Least Square diperoleh harga KCa untuk berbagai L mengikuti

(21)

14 DAFTAR PUSTAKA

Brown, G.G, 1978, “Unit Operation”, Modern Asia Edition, Tokyo.

Hardjono, 1985, “Operasi Teknik Kimia II”, Edisi Pertama, Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik UGM.

Mc Cabe, dkk. 1983, “Operasi Teknik Kimia” Edisi keempat, Jilid 2, Erlangga, Jakarta.

Treyball, R.E, 1981, “ Mass Transfer Operation”, Third Edition, Mc.Graw Hill Book Company, New York.

(22)

(23)

16 PERHITUNGAN

1. Menentukan Luas

- Luas penampang tabung gelas (At) At = ¼ . π . Dt2

= ¼ . (3.14). (6.1 cm) 2 = 29.2274 cm2

- Luas penampang pipa (Ap) Ap = ¼. π. Dp2

= ¼. (3.14). (1.9 cm) 2 = 2.8353 cm2

2. Menentukan Kecepatan Linier Udara

G = Ap G ' G = ₂ 3 cm 8353 . 2 /det cm 360 =126.9707 cm/det

3. Menghitung Koefisien Transfer Massa (KCa)

- Konsentrasi jenuh pada zat pada interfase (C_AS)

AS C = t At G. .  = det 180 . cm 2274 . 29 . det / cm 9707 . 126 14 . 3 2 = 4.7031. 10-6 gmol/cm3

- Menghitung Koefisien transfer massa (KCa)

KCa=          t At G m C C L G AS AS . . ln

(24)

17  Untuk L (tinggi tumpukan) = 4 cm

- Untuk W= 0.2811 gr m= 0.002196 gmol KCa=        det) 180 ).( cm 2274 . 29 det).( / cm 9707 . 126 ( gmol 002196 . 0 gmol/cm 10 4.7031. gmol/cm 10 4.7031. ln cm 4 det / cm 9707 . 126 2 3 6 -3 -6 = 0.022197/detik

Dengan cara yang sama, diperoleh Kca untuk data selanjutnya. Tabel 5. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 4 cm

No. W(gr) m (gmol) KCa (1/detik)

1. 0.2811 0.002196 0.022197 2. 0.1736 0.001356 0.013707 3. 0.1543 0.001205 0.012182 4. 0.1511 0.00118 0.011930 5. 0.1422 0.001111 0.011227 Rata-Rata 0.014249

 Untuk L (tinggi tumpukan) = 6 cm - Untuk W= 0.2206 gr m= 0.001723 gmol KCa=        det) 180 ).( cm 2274 . 29 det).( / cm 9707 . 126 ( gmol 001723 . 0 gmol/cm 10 4.7031. gmol/cm 10 4.7031. ln cm 6 det / cm 9707 . 126 2 3 6 -3 -6 = 0.011612/detik

(25)

18 Tabel 6. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 6 cm

1. 0.2206 0.001723 0.011612 2. 0.2133 0.001666 0.011228 3. 0.2083 0.001627 0.010965 4. 0.2065 0.001613 0.010870 5. 0.198 0.001547 0.010422 Rata-Rata 0.011019

 Untuk L (tinggi tumpukan) = 8 cm - Untuk W= 0.1865 gr m= 0.001457 gmol KCa=        det) 180 ).( cm 2274 . 29 det).( / cm 9707 . 126 ( gmol 001457 . 0 gmol/cm 10 4.7031. gmol/cm 10 4.7031. ln cm 8 det / cm 9707 . 126 2 3 6 -3 -6 = 0.007363/detik

Dengan cara yang sama, diperoleh Kca untuk data selanjutnya. Tabel 7. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 8 cm

1. 0.1865 0.0014570 0.007363 2. 0.1848 0.0014437 0.007295 3. 0.126 0.0009844 0.004974 4. 0.1118 0.0008734 0.004413 5. 0.0412 0.0003219 0.001626 Rata-Rata 0.005134

(26)

19 4. Membuat grafik Hubungan log L Vs log KCa

Tabel 8. Perhitungan dengan metode Least Square

No. L KCa log L (x) log KCa (y) x2 xy

1. 4 0.014249 0.60206 -1.84623 0.362476 -1.11154 2. 6 0.011019 0.778151 -1.95784 0.605519 -1.5235 3. 8 0.005134 0.90309 -2.28952 0.815572 -2.06764 Σ 2.283301 -6.09359 1.783567 -4.70268 Σy = a.n + b. Σx -6.09359 = 3 a + 2.283301 b ... (1) Σxy = a. Σx + b. Σx -4.70268 = 2.283301 a + 1.783567 b ... (2) Eliminasi persamaan (1) dan (2), sehingga didapat nilai:

a = -0.95231 b = -1.41753

Didapat persamaan garis lurus: y = a + bx  y = -0.95231 - 1.41753x

 Untuk sampel 1 y = -0.95231 - 1.41753(0.60206) = -1.805748 % Kesalahan = X 100% Ydata Yterhitung Ydata = 100% 84623 . 1 ) 805748 . 1 ( 84623 . 1 X     = 2.192708 %

Dengan cara yang sama diperoleh harga untuk data selanjutnya. Tabel 9. Persen kesalahan

No. x y data y hitung % kesalahan

1. 0.60206 -1.84623 -1.805748 2.192708

2. 0.778151 -1.95784 -2.055363 4.980995

3. 0.90309 -2.28952 -2.232467 2.491951