Makalah Seminar Transfer Massa

(1)

MAKALAH

PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA

TRANSFER MASSA

D-8

Disusun oleh :

Rizal Aghni pakarti / 121130002 Ikhsan Solikhuddin / 121130005

LABORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN”

YOGYAKARTA

(2)

HALAMAN PENGESAHAN MAKALAH SEMINAR

PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA TRASFER MASSA

D-8

Maklah ini disusun untuk memenuhi syarat Praktikum Dasar Teknik Kimia, Prodi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Inustri UPN “Veteran” Yogyakarta.

Yogyakarta, Juni 2015 Disetujui oleh : Asisten pembimbing

(3)

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur pada Allah SWT 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 Danang Jaya, MT,selaku kepala Laboratorium Praktikum Dasar Teknik Kimia UPN”Veteran”Yogyakarta.

2. Ivan Adisetya,selaku asisten pembimbing dalam acara ini.

3. Segenap staf Laboratorium PDTK UPN Veteran Yogyakarta, atas segala bantuan yang telah diberikan kepada praktikan.

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.

(4)

Penyusun

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 volumetrik 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₎

(5)

INTISARI

Transfer massa adalah gerakan dari satu komponen / lebih dalam suatu fase ke fase yang lain karena adanya gaya pendorong /driving force (perbedaaan konsentrasi). Dalam industri transfer massa digunakan sebagai dasar pemisahan komponen dari suatu campuran, contoh penerapannya seperti drying, absorbsi, kristalisasi dll.

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 yang dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut:

1. Percobaan I dengan tinggi tumpukan naftalen=3 cm diperoleh harga koefisien transfer massa=

2. Percobaan II dengan tinggi tumpukan naftalen = 5cm diperolreh harga koefisien transfer massa=

3. Percobaan III dengan tinggi tumpukan naftalen= 7 cm diperoleh harga koefisien transfer massa =

4. Hubungan Kca dengan L dapat dinyatakan dalam persamaan Log Kca =

Dari hasil tersebut maka dapat diketahui bahwa semakin tinggi tumpukan naftalen maka harga koefisien transfer massa (KCa) yang diperoleh semakin kecil. Hal ini dikarenakan dengan

semakin tinggi tumpukan maka selubung gasnya semakin tebal, sehingga tahanannya semakin besar.

(6)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.

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:

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

1.2 Tujuan Percobaan.

1. Mencari besarnya koefidien transfer massa (Kca) dengan menggunakan variabel tinggi tumpukan (L) naftalen.

2. Mencari hubungan koefisien transfer massa (Kca) dengan tinggi tumpukan naftalen.

1.3 Tinjauan Pustaka.

Transfer massa adalah pergerakan satu komponen atau lebih dalam suatu fase atau diantara fase. Absorpsi, kristalisasi, ekstraksi, distilasi, humidifikasi dan pengeringan adalah contoh operasi transfer massa.(Brown,1978)

(7)

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.

Di 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.



AS Ag



Ca A _K _C _C t N     ...(1) Dimana: t NA  

: kecepatan zat padat yang hilang tiap satuan waktu(gmol/cm³ detik) KCa : koefisien transfer massa keseluruhan volumetric(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)

(8)

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

G. CAg2 Z +ΔZ ΔZ

G. CAg1 Z

Neraca massa :

Kecepatan masuk – kecepatan keluar = kecepatan akumulasi

G.A.CAg z - G.A.CAg z z

-

AS Ag



Ca A C C K . .  . ΔZ = 0 ……….(2)

Persamaan (2) dibagi ΔZ, sehingga:    __ z A CAg A G CAg A G _Z _Z _Z . . . . .



AS Ag



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



AS Ag



Ca C C K .  ) ( . . Ag As Ca Ag _K _C _C dz C d G    dz G K C C dC _Ca Ag As Ag   

(9)

dz G K C C dC _Ca C C AS Ag Ag Ag Ag   



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



   Ca L C C dz G K x dx Ag Ag 0 2 1 L Ca C C _G z 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 CAg dianggap nol, sehingga :

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



AS Ag



AS Ca C C C Ln L G K   ... (3)

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

t m C C A G. ( AS1 Ag2) _

(10)

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

         t A G m C C Ln L G K AS AS Ca . . …….. (5) Faktor- faktor yang berpengaruh terhadap besarnya koefisien transfer massa dapat ditentukan dengan analisa dimensi:

KCa= f (G. Dt. Ds. L. ρ. μ.C )

t-1_{= k (Lt}-1₎a_(L)b_(L)c_(L)d_(ML-3₎e_(ML-1_t-1₎f _(ML-2₎g

M = e +f + g = 0 ……….(6) L = a + b + c + 3e – f - 3g = 0 ……….(7) t = -a – f = -1 ……….(8) Dari persamaan (6) diperoleh: e=-f-g

(8) diperoleh: a=1-f

Persamaan yang diperoleh disubstitusikan ke (7): (1-f) + b + c + d – 3 ( -f – g) –f – 3 g = 0 1 + f + b + c + d = 0

(11)

t-1_{= K (G)}1-f_(Dt)-d-c-f-1_(D S)c(L)d(ρ)-f-g(μ)f(C)g Kca=K G(G)1-f_(Dt)-d_(Dt)c_{(Dt_)}-f_(Dt)-1_(Ds)c_(L)d_(ρ)-f_(ρ)-g_(μ)f_(C)g = K G Dt -1_(G-1_Dt-1_ρ-1_μ)f_(Dt-1_L)d_(Dt-1_D S)c(ρ-1t)g = g c d f C Dt Ds Dt L GDt Dt KG                        ...(9) KCA = Dt KG Dengan                        C Dt Ds Dt L GDt

Dengan mengasumsi L sebagai suatu peubah, sedangkan besaran- besaran lainnya tetap,maka dari persamaan (9) didapat:

Log K CA = Log K+(Log G-Log Dt)-[f Log μ-f Log (G Dt ρ)]+(d Log L –d Log Dt)+(c Log Ds-cLog Dt)+(g Log c-g Log ρ)

=d Log L +[Log K + Log G+fLog μ+c Log Ds+g Log c-Log Dt-f Log (G Dt ρ)-d Log Dt –g Log ρ]

Log KCA =d Log L + c

1.4 Hipotesis.

Pada saat udara mengalir melalui pipa dan masuk kedalam tabung kaca, konsentrasi udara terhadap naftalen adalah nol atau tidak mengandung naftalen, sehingga ketika udara berkontak dengan naftalen maka akan terjadi transfer massa ke dari naftalen ke udara karena adanya drifing force yaitu perbedaan konsentrasi. Transfer massa terbesar akan terjadi di bagian tumpukan naftalen bagian bawah

(12)

karena langsung berkontak dengan udara yang tidak mempunyai konsentrasi naftalen dan transfer massa terkecil terjadi di bagian tumpukan paling atas karena udara telah mengandung naftalen. Jadi, koefisien transfer massa akan mempunyai harga yang berbanding terbalik dengan tinggi tumpukan naftalen. Selain itu bear koefisien transfer massa akan semakin besar dengan bertambahnya waktu operasi.

Garfik yang didapat akan berupa garis linear, karena pada waktu tertentu akan memnyentuh garis nol atau tidak terjadi transfer massa sama sekali, yaitu saat naftalen habis menyublim ke udara.

BAB II

PELAKSANAAN PERCOBAAN

2.1 Alat dan Bahan.

Bahan : - Naftalen (C10H8) Alat : - Penggaris - Stopwatch - Timbangan 2.2 Gambar dan Rangkaian Alat.

(13)

Gambar 2.1 Rangkaian alat transfer massa Keterangan :

1. Tabung gelas dengan tutup 2. Tumpukan naftalen. 3. Statif

4. Blower

2.3 Cara Kerja dan Bagan Alir. Cara kerja :

Memasukkan kapur barus atau naftalen ke dalam tabung gelas dengan ketinggian tertentu, kemudian menimbangnya. Hasil penimbangan dicatat sebagai berat mula-mula.Memasukkan kembali naftalen ke dalam tabung gelas kemudian menghidupkan blower. Mematikan blower setelah selang waktu tertentu dan menimbang naftalen. Hasil penimbangan dicatat sebagai berat akhir. Melakukan percobaan beberapa kali dengan selang waktu

(14)

yang sama. Mengulangi kembali langkah 1 sampai 3 dengan tinggi tumpukan naftalen yang berbeda.

Bagan alir :

Naftalen

Dimasukkan kedalam tabung gelas dengan ketinggian tertentu

Dimasukkan kedalam tabung gelas dengan ketin\

Percobaan diulang dengan ketinggian naftalen yang berbeda Blower dihidupkan dengan selang waktu tertentu

Setelah selang waktu tersebut, blower

dimatikan dan naftalen yang ada di tabung ditimbang dan dicatat Diambil dan ditimbang serta dicatat sebagai berat awal sblm sublimasi

(15)

2.4 Analisa Perhitungan.

*) Menentukan Luas

- Luas penampang tabung gelas : At = 1₄.3,14 . Dt2 - Luas penampang pipa: Ap = 1/4 . 3,14 . Dp2

(16)

Ap = Luas penampang pipa (cm2₎ Dt = Diameter dalam tabung pipa (cm) Dp = Diameter dalam pipa (cm)

*) Menentukan Kecepatan linier Gas

G = Ap G'

Dimana: G = Kecepatan linier udara (cm/dt) G’ = Kecepatan volumetric udara (cm3_/dt)

*) Menghitung Koofisien transfer massa (KCa)

KCa=          t At G m C C LN L G AS AS . .

Dimana: KCa = Koefisien transfer massa keseluruhan volumetric(detik¹)

L = Tinggi tumpukan (cm)

Δm = Mol Naftalen yang tersumblimasi (gmol)

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

*) Menghitung % kesalahan % Kesalahan = % 100 X Ydata Yterhitung Ydata

(17)

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Hasil Percobaan.

Kecepatan udara masuk : 360 cm3_/detik

Cs : 4,5982.10-6 _gmol/liter

Diameter tabung : 5,95 cm

Luas penampang tabung : 27,7909 cm2

Diameter pipa : 1,7 cm

Luas penampang pipa : 2,2686 cm2

(18)

No

. t(menit) awalm naftalen (g)akhir ∆w (g) ∆m (gmol) 1 175 67.099 66.986₅ 0.1125 0.000878₉₀₆ 2 175 66.986₅ 66.860₅ 0.126 0.000984₃₇₅ 3 175 66.860₅ 66.732₆ 0.1279 0.000999₂₁₉ 4 175 66.732₆ 66.594 0.1386 0.001082₈₁₃ 5 175 66.594 66.451₄ 0.1426 0.001114₀₆₂ 6 175 66.451₄ 66.308₆ 0.1428 0.001115₆₂₅ Untuk L = 5 cm No . t(menit) m naftalen (g) ∆w (g) ∆m (gmol) awal akhir 1 175 92.393₈ 92.236₃ 0.1575 0.001230₄₆₉ 2 175 92.236₃ 92.066₇ 0.1696 0.001325 3 175 92.066₇ 91.893₁ 0.1736 0.001356₂₅ 4 175 91.893₁ 91.721₁ 0.172 0.001343₇₅ 5 175 91.721₁ 91.531₈ 0.1893 0.001478₉₀₆ 6 175 91.531₈ 91.357₂ 0.1746 0.001364₀₆₂ Untuk L = 7 cm No . t(menit) m naftalen (g) ∆w (g) ∆m (gmol) awal akhir 1 175 147.52₂₈ 147.32₉₃ 0.1935 0.001511₇₁₉ 2 175 147.32₉₃ 147.12₇₈ 0.2015 0.001574₂₁₉ 3 175 147.12₇₈ 146.90₇₉ 0.2199 0.001717₉₆₉ 4 175 146.90₇₉ 146.63₉₇ 0.2682 0.002095₃₁₃

(19)

5 175 146.63₉₇ 146.38₅₃ 0.2544 0.001987₅ 6 175 146.38₅₃ 146.12₈₆ 0.2567 0.002005₄₆₉

3.2 Pembahasan.

Secara teori hubungan antara koefisien transfer massa dengan tinggi tumpukan naftalen adalah semakin tinggi tumpukan naftalen maka harga koefisien transfer massa semakin kecil, hal ini dapat dijelaskan dengan rumus:

KCA =          t At G m C C LN L G AS AS . .

Dari persamaan yang digunakan dalam perhitungan dapat diketahui bahwa harga KCA berbanding terbalik dengan harga L, sehingga semakin besar harga L maka semakin kecil harga KCA.

Pada percobaan ini kami menggunakan fsriasi tinggi tumpukan naftalen yang berbeda-beda, yaitu 3, 5 dan 7 cm kemudian dari data yang didapat dinyatakan dalam grafik hubunngan antara log KCA dan log L seperti berikut:

0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 -1.95 -1.9 -1.85 -1.8 -1.75 f(x) = - 0.34x - 1.66 R² = 0.93

Hubungan log Kca dan log L

y data Linear (y data)

log L log Kca

(20)

Gambar 4.1. grafik hubungan antara log KCA denagan log L.

Dari grafik diatas dapat diamati bahwa semakinm tinggi tumpukan nafalen maka kecepatan transfer massa naftalen ke udara semakin kecil atau berbanding terbalik. Hal ini disebabkan karena ketinggian Naftalena menghambat laju alir udara menuju ke tumpukan naftalena paling atas. Sehingga transfer massa paling besar terjadi pada bagian paling bawah, dimana tumpukan paling bawah dekat dengan datangnya udara masuk selain itu dapat diketahui bahwa semakin tinggi tumpukan kapur barus berarti selubung gasnya semakin tebal dan tahanan udaranya semakin besar sehingga nilai koefisien transfer massanya (KCA) semakin kecil

\

BAB IV

KESIMPULAN

1. Semakin besar tinggi tumpukan naptalen maka semakin kecil koefisien transfer massanya.

2. Hasil percobaan diperoleh :

a. Percobaan I dengan L =3 cm diperoleh harga KCA = 0,09205 detik-1 b. Percobaan II dengan L=5 cm diperoleh harga KCA = 0,07244 detik-1 c. Percobaan III dengan L=7 cm diperoleh harga KCA = 0,06959detik-1

3. Dengan metode “Least Square” diperoleh harga KCA untuk berbagai L mengikuti persamaan linier : Y = -0,34146x + -1,72652 . dengan persen kesalahan rata-rata 3,57 %

(21)

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.

(22)

LAMPIRAN

Luas penampang tabung : At = π_{4 . (Dt)}2

= π_{4 . (5,9)}2

= 27,7909625 cm2 Luas penampang pipa : Ap= π_{4 . (Dp)}2

(23)

= π_{4 . (1,7)}2 ...= 2,26865 cm2

Kecepatan udara masuk : G = _2,26865360

=

158,6846803 cm/detik Menentukan harga koefisien trnsfer massa (KCA) :

 Pada L = 3 cm

Untuk data 1, m = 0,00087891 gmol

KCa=          t At G M C C LN L G AS AS . . KCA=  





                   dtk cm dtk cm gmol cm gmol cm gmol Ln cm dt cm 175 27,791 / 158,6847 0,00087891 / 0000045982 , 0 / 0000045982 , 0 3 / 158,6847 2 3 3 = 0,013102241 detik-1

Untuk selanjutnya memakai analog yang sama sehingga diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 1. Data KCA untuk naftalen L= 3cm

No, m (gmol) KCA(dtk-1) 1 0,00087891 0,013102241 2 0,00098438 0,014674728 3 0,00099922 0,014896045 4 0,00108281 0,016142425 5 0,00111406 0,016608369 6 0,00111563 0,016631666

(24)

rata-rata KCA 0,01534258  Pada L= 5 cm

KCa=          t At G M C C LN L G AS AS . . KCA=  





                   dtk cm dtk cm gmol cm gmol cm gmol Ln cm dt cm 175 27,791 / 158,6847 0,001230 / 0000045982 , 0 / 0000045982 , 0 5 / 158,6847 2 3 3 =0,011006428 detik-1

Untuk selanjutnya memakai analog yang sama sehingga diperoleh data sebagai berikut:Tabel 1. Data KCA untuk naftalen L= 5 cm

No. m (gmol) KCA (dtk-1) 1 0,001230469 0,011006428 2 0,001325 0,011852159 3 0,00135625 0,012131745 4 0,00134375 0,01201991 5 0,001478906 0,013229141 6 0,001364062 0,012201641 rata- rata KCA 0,012073504  Pada L= 7 cm

KCa=          t At G M C C LN L G AS AS . .

(25)

KCA==  





                   dtk cm dtk cm gmol cm gmol cm gmol Ln cm dt cm 175 27,791 / 158,6847 0,00151172 / 0000045982 , 0 / 0000045982 , 0 7 / 158,6847 2 3 3 = 0,009659085 detik-1

Untuk data yang selanjutnya memakai analog yang sama sehingga diperoleh data sebagai berikut:

Tabel 3. Data KCA untuk naftalen L = 7 cm No. m (gmol) KCA (dtk-1) 1 0,00151172 0,009659085 2 0,00157422 0,010058516 3 0,00171797 0,010977233 4 0,00209531 0,013389042 5 0,0019875 0,012699928 6 0,00200547 0,012814779 rata-rata KCA 0,011599764

Menentukan hubungan KCA dan L

Bentuk umum: Y= aX + b Dimana: Y= log KCA X= log L a= slope b= intercept a = (n*ΣXY - ΣX*ΣY) / (n*ΣX2_–(ΣX)2₎ b = (ΣY – a* ΣX) / n

No. L KCA x = log L y = log KCA x2 xy

(26)

-2 5 0,012072165 0,69897 -1,91821 0,48855906₇ _1,340774629 -3 7 0,011598012 0,845098 -1,93562 0,71419069₇ _1,635785665 -∑ 15 0,039011454 2,021189 -5,66797 1,43039445₆ _3,842124327 -a = (3*-3,842124327)-( 2,021189*-5,66797)/(3*1,430394456-(2,021189)2 = -0,341460818 b = (-5,66797 - 0,341460818 * 2,021189) / 3 = -1,726515369 Y = aX + b Log KCA = -0,341460818 * X + -1,726515369 Menghitung % kesalahan: % kesalahan = % 100 X Ydata Yterhitung Ydata Persamaan: Log KCA = -0,341460818 * X + -1,726515369 Y hitung = -0,341460818 * log L + -1,726515369 = -0,341460818 * (0,477121) + -1,726515369 = -1,889433583 % kesalahan = % 100 1,8141 -58) (-1,889433 -1,8141 -X = 4,1505 %