PERCOBAAN 1
CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR (CSTR) DOSEN PEMBIMBING:
OLEH:
KELOMPOK III (TIGA)
AHMAD MAKHREZI MUTTAQIN (2010814210029) GUSTI RATU SRI DEWI (2010814220011)
MUHAMMAD ALFI (2010814110009)
NOOR RAHMADHANIAH (2010814220017)
ROSIDA RIZKYA (2010814120012)
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARBARU
2022
ABSTRAK
Percobaan Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) bertujuan untuk menentukan konstanta kecepatan reaksi pada CSTR. Reaktor kimia adalah tempat terjadinya reaksi kimia baik dalam ukuran kecil sampai ukuran yang besar . CSTR adalah jenis reaktor yang berbentuk bejana dan bekerja secara kontinu. Pada perocbaan ini dilakukan kalibrasi pompa dan pengamatan konduktivitas. Kalibrasi dilakukan agar kecepatan alir yang dihasilkan kedua pompa sama. Dari hasil percobaan, didapat speed pompa tangki I sebesar 10 rpm dan speed tangki II sebesar 11,5 rpm. Kemudian dilakukan pengambilan data konduktivitas pada waktu 0 detik, saat reagen mulai menyentuh sensor konduktimeter dan terus berlanjut setiap 15 detik sampai konstan. Dari hasil percobaan diperoleh nilai konduktivitas konstan sebesar 0,00475 S/cm pada detik ke-740 hingga detik ke-790. Dari perhitungan, diperoleh Xa dan Xc pada keadaan kesetimbangan, yaitu 0,7425 dan 0,5940. Sedangkan reaksi merupakan orde dua dengan nilai konstanta kecepatan reaksinya pada keadaan konstan adalah sebesar 0,4589.
Kata Kunci: CSTR, konduktivitas, konstanta kecepatan reaksi, Xa, XC
.
I-i
1.1 PENDAHULUAN
1.1.1 Tujuan Percobaan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menentukan konstanta kecepatan reaksi pada Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR).
1.1.2 Latar Belakang
Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) atau reaktor tangki berpengaduk terdiri dari tangki yang dilengkapi dengan motor pengaduk. Beberapa reaktor dapat dipasang secara seri maupun paralel. Reaktor stirred tank digunakan untuk reaksi homogen (liquid-liquid), reaksi heterogen (liquid-gas) dan reaksi yang melibatkan padatan tersuspensi yang dibantu dengan adanya pengadukan. Pengoperasian CSTR diperlukan pengadukan mekanik untuk mencapai komposisi dan temperatur di seluruh titik seragam, dengan asumsi tidak ada perubahan densitas karena tidak ada perubahan volume (Sudaryadi dkk., 2020).
Reaktor aliran digunakan untuk laju produksi yang lebih besar ketika reaksi waktu relatif singkat. Ketika suhu seragam diinginkan, ketika biaya tenaga kerja tinggi. CSTR digunakan secara tunggal atau dalam beberapa unit secara seri, baik dalam bejana terpisah atau cangkang tunggal yang berkompartemen. Laju aliran input atau output konstan sehingga tetap (Perry, 1997).
Aplikasi Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) dalam dunia indutri kimia organic dalam memproduksi polimer yaitu polimerisasi styrene, juga digunakan dalam pembentukan barium sulfat (BaSO4) dan penanganan limbah (Rosadi, 2000).
Oleh karena itu percobaan ini penting untuk dilakukan agar dapat diterapkan dalam dunia industri.
I-1
1.2 DASAR TEORI
Reaktor adalah jantung dari proses kimia. Reaktor adalah salah satu tempat dimana proses bahan diubah menjadi produk dan perancangan adalah langkah vital dalam keseluruhan proses desain. Rancangan sebuah reaktor kimia industri harus memenuhi persyaratan berikut (Coulson dan Richardson, 1989):
1. Faktor kimia
Desain harus menyediakan waktu tinggal yang cukup untuk reaksi yang diinginkan untuk melanjutkan pada tingkatan konversi yang diinginkan.
2. Faktor transfer massa
Dengan reaksi heterogen tingkat reaksi dapat dikendalikan oleh tingkat difusi proses yang bereaksi daripada kimia kinetik.
3. Faktor transfer panas
Pengangkatan atau penambahan dari panas reaksi.
4. Faktor keselamatan
Ruang pijat dan produk yang berbahaya serta kendali dari reaksi dan kendali proses.
Reaktor industri kimia merupakan peralatan yang kompleks dalam transfer panas, transfer massa, difusi dan friksi yang mungkin ditemui selama reaksi kimia, hal ini harus dijaga dan dikontrol oleh Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) yang digunakan secara multiply dan secara seri. Reaktan secar terus-menerus dimasukkan ke dalam vessel. Biasanya komposisi seragam ke dalam vessel pertama dan overflow di antara masing-masing saat terjadi pencampuran dalam masing-masing vessel.
Biasanya komposisi seragam di setiap, tapi ada gradien konsentrasi dalam sistem secara keseluruhan (Perry, 1997).
Digunakan sebagai tangki pengaduk dan pencampuran sebuah produk dengan proses pemanasan. Suhu pemanasan pada CSTR dijaga pada suhu kerja tertentu sehingga diperoleh campuran produk yang tercampur secara sempurna. Pengendalian suhu pada CSTR sangat penting dilakukan karena bila suhu di dalam tangki reaktor
I-2
terlalu tinggi atau suhu di atas kondisi steady state akan sangat berbahaya untuk dioperasikan atau juga dapat menguraikan produk menjadi komponen-komponen penyusunnya. Jika suhu terlalu rendah akan mengakibatkan produk tidak dapat tercampur dengan sempurna. Untuk mempertahankan suhu dalam tangki CSTR dapat dilakukan dengan mengalirkan steam yang dilewatkan pada sebuah koil/pipa yang terpasang di dalam tangki tersebut atau dengan mensirkulasi condensate melalui alat penukar panas. Suatu kontroler dirancang untuk menjaga suhu dalam tangki CSTR dengan mengendalikan aliran (flow steam) ke dalam tangki, yaitu dengan mengatur bukaan valve sehingga mencapai nilai suhu kerja yang diinginkan (Agustinah, 2014).
Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) bisa berbentuk dalam tangki satu atau lebih dari satu dalam bentuk seri. Reaktor ini digunakan untuk reaksi kimia organik, keuntungan dari reaktor ini adalah kualitas produk yang bagus, kontrol yang otomatis dan tidak membutuhkan banyak tenaga operator. Karakteristik dari reaktor ini adalah beroperasi pada kondisi steady state dengan aliran reaktan dan produk secara kontinu. Continuous Stirred Tank Reaktor (CSTR) terdiri dari sebuah tangki yang dilengkapi pengaduk mekanis dan suatu jacket atau coil, beroperasi kontinu.
Umumnya reaktor ini dipasang seri reaktor tangki berpengaduk menjadi dasar reaktor kimia model dengan skala besar ukuran tangki ada yang hanya dapat menampung beberapa liter sampai yang memuat ribuan liter. Derajat pengadukan dapat dikontrol, reaktor tangki berpengaduk cocok untuk reaksi dimana transfer massa dan transfer panas berlangsung dengan baik (Coulson dan Richardson, 1989).
Jenis-jenis reaktor berdasarkan proses ada dua macam, yaitu (Fogler, 1982):
1. Reaktor Batch
Reaktor batch digunakan untuk operasi dengan skala untuk menguji proses baru yang digunakan. Sedangkan untuk operasi proses yang sulit untuk dikonversi ke operasi terus-menerus, reaktor ini akan dikenai biaya berlebih. Reaktor batch memperoleh keuntungan dari konversi tinggi yang dapat diperoleh dari meninggalkan reaksi-reaksi di reaktor untuk waktu yang lama, tetapi memiliki kerugian juga dari biaya tenaga kerja yang tinggi per batch.
I-4
2. Reaktor Alir (Kontinu)
Reaktor ini hampir selalu dioperasikan secara steady state. Reaktor alir ini terbagi menjadi tiga, yaitu:
a. Continuous Stirred Tank Reaktor
Reaksi ini biasanya digunakan dalam proses industri. Biasanya dioperasikan secara steady state dan diperkirakan tercampur dengan sempurmna.
b. Reaktor Tubular
Selain reaktor batch dan CSTR dan jenis lain, umumnya digunakan dalam industri adalah reaktor tubular yang terdiri dari pipa silinder dan biasanya dioperasikan secara steady state. Dalam pemodelan reaktor dapat diasumsikan bahwa konsentrasi bervariasi terus-menerus di arah aksial melalui reaktor.
c. Packed-Bed Reactor
Perbedaan utama antara perhitungan desain reaktor yang melibatkan reaksi homogen dan reaksi heterogen yang padat adalah bahwa untuk reaksi kedua, reaksi terjadi pada permukaan halus.
Gambaran sederhana CSTR terlihat pada Gambar 1.1. Gambar ini menunjukkan CSTR terdiri dari tangki reaktor dengan pipa aliran masuk/keluar dan pengaduk. Selain itu dalam CSTR juga sering ditambahkan pembungkus/selubung (bisa juga isolator), untuk menyerap atau menambah panas yang mungkin timbul.
Berikut merupakan gambaran sederhana CSTR (Rosadi, 2000):
Gambar 1.1 Gambara Sederhana CSTR
Berdasarkan Gambar 1.1 terlihat bahwa komponen A dan B, sebagai komponen yang bereaksi (reaktan) sementara komponen D merupakan hasil reaksi. Cairan reaktan ke dalam reaktor disertai dengan besaran fisis masing-masing.
Konduktivitas panas yang dialirkan sebagai kemampuan suatu materi untuk menghantarkan panas, merupakan salah satu parameter yang diperlukan dalam sifat karakteristik suatu material. Pada kebanyakan pengerjaan, diperlukan pemasukan atau pengeluaran kalor, untuk mencapai dan mempertahankan keadaan yang dibutuhkan sewaktu proses berlangsung. Kondisi pertama yaitu mencapai keadaan yang dibutuhkan untuk pengerjaan, bila pengerjaan harus berlangsung pada suhu tertentu dan suhu ini harus dicapai dengan jalan pemasukan atau pengeluaran kalor. Kondisi ke dua yaitu mempertahankan keadaan yang dibutuhkan untuk operasi proses, terdapat pada pengerjaan eksoterm dan endoterm. Di samping perubahan secara kimia, keadaan ini dapat juga merupaan pengerjaan secara alami. Pada pengembunan dan kristalisasi kalor harus dikeluarkan. Konduktivitas thermal suatu bahan dapat menyatakan sifat dari bahan tersebut. Bahan dengan sifat konduktivitas thermal yang besar mempunyai sifat penghantar panas yang besar pula. Begitupun sebaliknya, bila harga konduktivitasnya kecil maka, bahan itu kurang baik sebagai penghantar panas tetapi merupakan penyekat yang baik (Sucipto dkk., 2013).
Selubung Pembungkus Bahan Isolasi
A B
D
Pengaduk (Stirred)
I-6
Hidrolisa merupakan proses pemisahan suatu molekul dengan air. Hidrolisis merupakan reaksi antara reaktan dengan air sehingga terjadi penguraian senyawa.
Asam yang biasanya digunakan dalam proses hidrolisis yaitu asam asetat, asam fosfat, asam klorida dan asam sulfat. Proses hidrolisis akan semakin cepat jika konsentrasi asam yang digunakan semakin besar juga dapat mengakibatkan terikatnya ion seperti SiO2, fosfat dan garam-garam seperti Ca, Mg, Na dan K. Hal ini menyebaban pemutusan monometer akan berlangsung dengan sempurna (Safitri dkk., 2018).
Sifat fisik dan kimia NaOH, yaitu (Smartlab, 2019):
Berat molekul : 40,00 g/mol
Bentuk : Padat
Warna : Putih
pH : Kira-kira > 14 pada 100 g/L 20 oC Titik lebur : 319,322 oC
Titik didih : 1,390 oC pada 1.013 hPa Tekanan uap : Pada 20oC tidak berlaku Densitas : 2.13 g/cm3 pada 20 oC Kelarutan dalam air : 1.090 g/L pada 20oC
Sifat fisik dan kimi akuades (H2O), yaitu (Smartlab, 2021a):
Bentuk : Cair
pH : Netral
Titik lebur : 0 oC
Titik didih : 100 oC pada 1.013 hPa Tekanan uap : 23 hPa pada 20oC Densitas : 1.00 g/cm3 pada 20 oC
Sifat fisik dan kimia etil asetat sebagai berikut (Smartlab, 2021b):
Nama produk : Ethyl acetate Berat molekul : 88,11 g/mol
Densitas : 0,90 g/cm3 pada 20 oC
Kelarutan : Larut
Faktor-faktor yang mempengaruhi harga k (konstanta kecepatan reaksi) adalah (Levenspiel, 1999):
Persamaan Arrhenius
k = Ae( Ea
RT ) …(1.1)
1. Frekuensi Tumbukan
Pengadukan akan memperbesar tumbukan partikel sehingga akan menurunkan energi aktivasi, jika energi aktivasi turun, maka kecepatan reaksi juga naik.
2. Energi Aktivasi
Merupakan energi minimum yang diperlukan bagi reaksi untuk berlangsung.
Semakin rendah energi aktivasi, maka akan bejalan semakin cepat.
3. Suhu
Semakin tinggi suhu, maka reaksi akan berjalan semakin cepat.
4. Katalis
Katalis dapat mempercepat reaksi karena kemampuannya mengadakan reaksi dengan paling sedikit satu molekul reaktan untuk menghasilkan senyawa yang lebih aktif. Interaksi ini akan meningkatkan laju reaksi.
1.3 METODOLOGI PERCOBAAN
1.3.1 Alat dan Deskripsi Alat
Alat utama yang digunakan dalam percobaan ini adalah seperangkat alat CEX MK II Armfield. Sedangkan alat-alat pendukung yang digunakan pada percobaan ini adalah gelas beker 1000 mL, gelas ukur 10 mL, 50 mL dan 1000 mL, labu ukur 500 mL, piknometer, stopwatch, neraca analitik, propipet, pengaduk kaca, sudip, stowatch, piknometer, gelas arloji, propipet dan pipet volume 1 mL.
Deskripsi Alat
Gambar 1.2 Rangkaian Alat CEK MK II Armfield 1. Tangki 1 untuk NaOH
2. Tangki 2 untuk Etil asetat 3. Control speed pompa tangki 1 4. Control speed pompa tangki 2 5. Reaktor
6. Control speed agitator 7. Tombol on/off
8. Pembaca suhu
9. Pembaca konduktivitas
10. Sensor suhu 11. konduktivitas 12. Tutup reaktor 13.Baffle 14. Agitator 15.Coil 16.Overflow
17. Saluran pengeluaran produk 18. Saluran masuk reagen Keterangan gambar :
I-8
1.3.2 Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah akuades, NaOH 0,08 M, etil asetat 0,10 M dan akuades.
1.3.3 Prosedur Percobaan 1.3.3.1 Mengkalibarasi Pompa
Tangki I dan II diisi dengan akuades sebanyak 2000 mL. Kecepatan kedua pompa ditentukan, yaitu 4, 6, 8, 10, dan 12. Akuades yang keluar dari outletpompa ditampung dengan gelas ukur selama 10 detik. Volume yang didapat dicatat dan diulangi sebanyak 3 kali. Volume dirata-ratakan dan dihitung flowratenya.
Selanjutnya, grafik hasil kalibrasi dibuat sehingga didapatkan hubungan antara kecepatan pompa dan flowrate dengan skala 10 untuk pompa I dan 11,5 untuk pompa II.
1.3.3.2 Pembuatan Larutan NaOH 0,12 M
NaOH padat ditimbang sebanyak 6,4 gram dan dimasukkan ke dalam gelas beker 1000 mL. Kemudian ditambahkan akuades sebanyak 1000 mL. Kemudian diaduk dengan pengaduk kaca hingga homogen. Larutan NaOH dimasukkan ke dalam Tangki I dan ditambahkan akuades sebanyak 1000 mL.
1.3.3.3 Pembuatan Larutan CH3COOC2H5 0,13 M
Etil asetat diambil sebanyak 0,19 mL menggunakan pipet volume 1 mL dan dimasukkan ke dalam labu ukur 500 mL. Kemudian ditambahkan akuades hingga tanda tera, lalu dikocok hingga homogen. Larutan dimasukkan ke dalam tangka II dan ditambahkan akuades sebanyak 1500 mL.
1.3.3.4 Pengukuran Nilai Konduktivitas
Reagen NaOH 0,08 M dan etil asetat 0,10 M disiapkan masing-masing sebanyak 2000 mL dan dimasukkan ke dalam tangka. Kecepatan pompa I dan II
I-10
diatur berdasarkan hasil kalibrasi yaitu 10 dan 11,5 pada masing-masing pompa.
Agitator speed controller diatur pada skala 13. Nilai konduktivitas dan temperatur dicatat pada saat reagen menyentuh konduktimeter. Pengambilan data konduktivitas dilakukan setiap 10 detik hingga nilai konstan sebanyak 6 kali, lalu operasi dihentikan. Selanjutnya, volume reagen yang pada reaktor diukur dengan gelas ukur dan dihitung densitasnya. Kemudian tangka I dan II dibilas dengan cara ditambahkan akuades masing-masing 2000 mL. Pompa I dan II serta agitatornya dinyalakan dengan kecepatan maksimal hingga overflow. Pompa I dan II serta agitator dimatikan. Lalu volume larutan pada reaktor diukur dengan gelas ukur 1000 mL serta dihitung densitasnya.
1.4 Pembahasan
Percobaan CSTR dilakukan untuk menentukan konstanta kecepatan reaksi pada reaktor CSTR dengan menggunakan umpan NaOH dan etil asetat yang akan diukur nilai konduktivitasnya. Alat CSTR memiliki dua pompa, pompa 1 untuk mengalirkan reagen dari tangki I yang berisi NaOH dan pompa 2 untuk mengalirkan reagen dari tangki II yang berisi etil asetat. Pompa 1 dan 2 memiliki speed yang berbeda. Pompa 1 memiliki kecepatan yang lebih tinggi daripada pompa 2. Hal ini dikarenakan adanya perbedaan karakteristik antara pompa 1 dan pompa 2. Sehingga flowrate yang dihasilkan berbeda walaupun pada kecepatan yang sama. Oleh karena itu, diperlukan pengkalibrasian pompa. Pengkalibrasian pompa bertujuan untuk memperkecil kesalahan yaitu perbedaan nilai flowrate yang dihasilkan pada kedua pompa dalam mengalirkan umpan dari vessel ke reaktor. Berdasarkan data yang diperoleh dari kalibrasi pompa maka dapat dibuat grafik hubungan antara kecepatan pompa dengan flowrate seperti Gambar 1.3 berikut :
4 6 8 10 12
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8
Pompa 1 Pompa 2
Speed (rpm)
Flowrate (mL/s)
Gambar 1.3 Hubungan antara Speed Pompa (rpm) terhadap Flowrate (ml/s)
I-12
Gambar 1.3 menunjukkan bahwa hubungan antara speed pompa dan flowrate berbanding lurus, yaitu semakin besar speed maka semakin besar pula flowrate yang diperoleh untuk pompa 1 dan pompa 2 setelah dilakukan pengamatan pada speed 4, 6, 8, 10, dan 12. Skala pompa yang diperoleh untuk pompa 1 yaitu 10 dan pompa 2 yaitu 11,5. Flowrate yang didapatkan pada tangki I dan II berurut-turut sebesar 0,59 ml/s; 0,82 ml/s; 1,23 ml/s; 1,50 ml/s; 1,53 ml/s; dan 0,22 ml/s; 0,41 ml/s; 0,79 ml/s;
1,27 ml/s; 1,57 ml/s.
Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) beroperasi pada kondisi steady state dengan aliran reaktan dan produk secara kontinu. Percobaan ini dilakukan untuk menentukan konstanta kecepatan reaksi pada Continous Stirred Tank Reactor (CSTR) menggunakan alat Cex MK II Armfield. Reagen yang digunakan untuk operasi ini adalah larutan natrium hidroksida (NaOH) 0,08 M dan larutan etil asetat (CH3COOC2H5) 0,10 M. Reaksi yang terjadi dalam reaktor, yaitu :
NaOH (s) + CH3COOC2H5(l) CH2COONa (l) + C2H5OH (l) ...(1.2)
Natrium Hidroksida Etil Asetat Natrium asetat Alkohol
Reaksi pada persamaan (1.2) merupakan reaksi hidrolisis antara ester (etil asetat) dengan basa (NaOH) untuk membentuk natrium dan garam dari asam (Nurfitriani dan Ciptanni, 2017).
Reaktor pada percobaan ini dilengkapi dengan pengadukan yang berfungsi untuk mempercepat proses pencampuran dari masing-maisng reaktor, dimana semakin tinggi kecepatan pengadukan, maka pencampuran akan semakin cepat (Gustiayu dkk., 2012). Semakin cepat laju putar agitator, partikel semakin terdispersi, sehingga permukaan kontak meluas. Hal ini menghasilkan pencampuran Reagen menjadi homogen dan produk yang dihasilkan sempurna, maka proses dianggap telah mencapai kondisi steady state. Percobaan ini menggunakan laju putar
agitator pada skala 13. Berikut adalah grafik hubungan antara waktu terdapat konduktivitas pada Gambar 1.4 sebagai berikut :
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0.0000 0.0010 0.0020 0.0030 0.0040 0.0050 0.0060 0.0070 0.0080 0.0090 0.0100
Waktu (s)
Konduktivitas (S/cm)
Gambar 1.4 Hubungan antara Waktu (s) dan Konduktivitas (s/cm)
Gambar 1.4 menunjukkan hubungan keseluruhan antara waktu terhadap nilai konduktivitas. Nilai konduktivitas terhadap waktu memiliki nilai yang berbanding terbalik dimana semakin lama reaksi berjalan maka nilai konduktivitas semakin turun.
Pada awal aliran umpan reaktor yang didapat tinggi kemudian menurun. Hak ini dikarenakan pada awalnya reagen NaOH dan etil asetat yang dijadikan umpan belum bereaksi sepenuhnya sehingga nilai konduktivitasnya meningkat. Seiring berjalannya waktu, kedua reagen semakin banyak bereaksi sehingga nilai konduktivitasnya menurun kemudian menjadi konstan, dimana reaksi telah mencapai steady state, yaitu kondisi dimana tidak ada perubahan sifat terhadap waktu tertentu, dalam hal ini tidak ada lagi ion-ion yang berpindah. Nilai konduktivitas yang konstan didapat pada t=790 s sebesar 0,00475 s/cm.
Nilai konduktivitas yang didapat digunakan untuk menghitung derajat konversi NaOH (Xa) dan Natrium Asetat (Xc). Derajat konversi natrium hidroksida (Xa) yang
I-14
didapat dari hasil perhitungan dapat dibuat grafik hubungan antara waktu (s) dengan konversi NaOH (Xa) pada Gambar 1.5 berikut :
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000
Waktu (s)
Xa
Gambar 1.5 Hubungan antara Waktu (s) terhadap Konversi NaOH (Xa)
Gambar 1.5 menunjukkan bahwa konversi NaOH berbanding terbalik dengan waktu.
Saat awal terjadi reaksi NaOH belum terkonversi secara sempurna dan setelah itu nilai konversi NaOH akan meningkat dan seiring waktu nilai konversi NaOH akan menurun. Hal ini disebabkan saat NaOH sudah banyak yang terkonversi sehingga seiring berjalannya waktu tidak banyak lagi reagen yang tersisa untuk mengkonversi NaOH. Konversi NaOH (Xa) merupakan jumlah NaOH yang dinyatakan sebagai persentase dari jumlah mula-mula (Smith, 1981). Seiring berjalannya waktu nilai Xa akan menjadi konstan, dimana reagen telah bereaksi secara sempurna atau telah mencapai keadaan steady state. Kesetimbangan ini terjadi pada t=790 s dengan nilai Xa sebesar 0,7425.
Derajat konversi natrium asetat (Xc) merupakan persentase jumlah natrium asetat (CH3COONa) yang terbentuk dari reaksi NaOH dengan etil asetat. Xc didapatkan dari hasil perhitungan dengan menggunakan nilai konduktivitas.
Hubungan antara waktu (s) dengan derajat konversi CH3COONa (Xc) dapat dilihat pada Gambar 1.6 berikut.
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000
Waktu (s)
Xc
Gambar 1.6 Hubungan antara Waktu (s) dengan Konversi CH3COONa (Xc)
Gambar 1.6 menunjukkan bahwa konversi natrium asetat di awal mengalami peningkatan kemudian penurunan dan akan terjadi konstan saat mencapai kesetimbangan. Adanya penurunan konversi natrium asetat dikarenakan sudah banyak reagen yang terkonversi di awal percobaan. Seiring berjalannya waktu reagen yang terkonversi menjadi semakin sedikit hingga nilainya konstan, hal ini terjadi karena reagen sudah mencapai keadaan steady statenya (Coulson dan Richardson, 1989). Nilai Xc mengalami kesetimbangan pad t=790 s dengan nilai 0,5940.
Konstanta kecepatan reaksi (K) merupakan perubahan konsentrasi reaktan atau produk persatuan waktu (Perry, 1997). Hubungan antara waktu (s) dengan konstanta kecepatan reaksi (K) dapat dilihat pada Gambar 1.7 berikut :
I-16
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0.0000 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000 1.0000
Waktu (s)
k (s-1)
Gambar 1.7 Hubungan antara Waktu (s) dengan Konstanta Reaksi (K) (mol/dm³ s)
Gambar 1.7 menunjukkan bahwa pada awal operasi nilai konstanta kecepatan reaksi akan semakin naik dan akan menurun setelahnya. Saat konstanta kecepatan reaksi berhenti secara sempurna, dapat disimpulkan bahwa konstanta kecepatan berbanding terbalik terhadap waktu dan derajat konversi. Pada awal percobaan reaktor dalam keadaan unsteady state, sehingga terjadi peningkatan. Kemudian setelah beberapa saat konstanta kecepatan reaksi menurun. Kecepatan reaksi dipengaruhi oleh beberapa faktor yang tampak pengaruhnya dalam percobaan ini adakah temperatur.
Dengan penurunan temperatur, energi kinetik molekul zat yang bereaksi berkurang sehingga reaksi melambat (Andriani, 2016). Nilai konstanta diperoleh pada t=790 s dengan nilai 0,4589 mol/dm³ s.
Volume akuades dan natrium asetat dalam reaktor sebanyak 1.820 ml dan 1.830 ml. Berdasarkan teori densitas air adalah 0,9980 g/ml dan densitas natrium asetat 1,52087 g/ml (Perry, 1997). Densitas dan volume berbanding terbalik, dimana semakin besar volume maka densitas akan semakin kecil. Natrium asetat memiliki sifat yang mudah menguap jika terkena udara sehingga volumenya berkurang. Pada natrium asetat gaya kohesi lebih besar daripada gaya adhesi. Sedangkan akuades memiliki gaya adhesi yang lebih besar dibanding gaya kohesi sehingga akuades
membentuk miniskus cembung yang menyebabkan overflow lebih banyak daripada natrium asetat. Densitas akuades dan natrium asetat yang didapat pada percobaan ini sebesar 1,45 g/ml dan 1,86 g/ml. Sehingga dapat disimpulkan bahwa parcobaan ini sudah sesuai dengan teori dimana volume akuades lebih sedikit dibandingkan volume natrium asetat (Perry, 1997).
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan reaksi adalah konsentrasi, luas permukaan, suhu dan katalis. Reaksi akan berlangsung lebih cepat apabila konsentrasi yang bereaksi lebih besar. Semakin luas permukaan zat maka semakin banyak tumbukan dan reaksi akan lebih cepat. Semakin tinggi suhu, maka energi kinetik menjadi lebih besar sehingga reaksi akan lebih cepat. Katalis dapat menurunkan energi aktivasi sehingga dapat mempercepat reaksi (Andriani, 2016).
1.5 PENUTUP
1.5.1 Kesimpulan
Kesimpulan yang diperoleh dari percobaan ini adalah:
1. Nilai speed pompa untuk mencapai flowrate 2,5 mL/s pada pompa I adalah 10 rpm dan pompa II adalah 11,5 rpm.
2. Nilai konduktivitas semakin meningkat seiring berjalannya waktu operasi dan mulai konstan pada t = 740 s hingga t = 790 s dengan nilai konduktivitas sebesar 0,00475 s/cm.
3. Nilai konversi NaOH (Xa) steady state yang diperoleh adalah 0,7425 dan nilai konversi natrium asetat (Xc) steady state adalah 0,5940.
4. Nilai konstanta kecepatan reaksi semakin meningkat bertambahnya waktu reaksi dan konstan pada saat t = 740 s sampai t = 790 s dengan nilai K sebesar 0,4589.
5. Perbedaan volume pada natrium asetat dan akuades masing-masing yaitu 11830 mL dan 11820 mL pada Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) disebabkan adanya pengaruh gaya adhesi dan gaya kohesi yang mengakibatkan dua zat lebih saling rapat apabila dicampurkan.
1.5.2 Saran
Saran yang dapat diberikan untuk percobaan ini selanjutnya adalah agar dapat menggunakan skala agitator speed controller yang lebih variatif. Misalnya menggunakan dua skala yang berbeda. Hal ini bertujuan agar hasil yang didapat lebih bervariatif dan juga untuk memvariasikan temperatur coil yang lebih tinggi. Agar dapat diketahui pengaruhnya terhadap nilai konduktivitas dan konstanta kecepatan reaksi.
I-18
DAFTAR PUSTAKA
Agustinah (2014): Perancangan Kontroler Fuzzy PD untuk Kontrol Toleransi Kesalahan Sensor. Jurnal Teknik Pomits. Vol. 3
Andriani, K. P. (2016): Efektivitas Discovery Lerning pada Materi Pokok Laju Reaksi Terhadap Hasil Belajar dan Kreativitas Belajar Peserta Dididk SMA Penerbangan Kartika Aquasa Bhakti. UIN Walisongo. Semarang
Coulson, J. M. dan Richardson, J. F. (1989): An Introduction to Chemical Engineering. Aleyn and Bacon Inc.
Fogler (1982): Element of Chemical Reaction Engineering. Prentice Hall International Inc. New Jersey
Gustiayu, S. B., Ratna, S. A., Nurtono, T. dan WInardi, S. (2012): Simulasi Pola Aliran dalam Tangki Berpengaduk Menggunakan Side-Entering Impeller untuk Suspensi Padat-Cair.
Levenspiel, O. (1999): Chemical Reaction Engineering. John Willey and Sons. New York
Perry, R. H. (1997): Perry's Chemical Engineering Handbok. McGraw-Hill Inc.
United States
Rosadi, H. Y. (2000): Pemodelan Continuous Stirred Tank Reactor. Teknologi Institur Pertanian. Bogor
DP.I-1
DP.I-2
Safitri, R., Anggita, I. D. dan Ratnadewi (2018): Pengaruh Konsentrasi Asam Sulfat dalam Proses Hidrolisis Selulosa dari Kulit Buah Naga Merah (Hylocereus Costaricensis) untuk Produksi Bioetanol. Jurusan Kimia. Universitas Jember.
Jember
Smartlab. (2019): MSDS Sodium Hidroksida (NaOH).
https://smatlab.co.id
Diakses pada 13 Oktober 2022 Smartlab. (2021a): MSDS Akuades.
https://smatlab.co.id
Diakses pada 13 Oktober 2022
Smartlab. (2021b): MSDS Etil Asetat (CH3COOC2H5).
https://smatlab.co.id
Diakses pada 13 Oktober 2022
Smith, J. M. (1981): Chemical Engineering Kinetic Mc Graw Hilll Inc. New York Sucipto, Priangkoso, T. dan Darmanto (2013): Analisa Konduktivitas Termal Baja
ST-37 dan Kuningan. Jurnal Momentum. Vol. 9. Hal. 13-17
Sudaryadi, Rahchmawati, I. D. dan Poernomo, H. (2020): Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Waktu Tinggal Reaktan terhadap Temperatur dan Volume Fluida dalam Ratb Bench Scale untuk Persiapan Sintesis ZBS. Jurnal Sains dan Teknologi Akselerator.
Tabel 1. 1 Hasil Pengamatan Kalibrasi Pompa 1
No. Kecepatan (rpm) Volume(mL) Rata-rata (mL) Flowrate (mL/s)
1. 4
5,4 6,2 6,0
5,87 0,59
2. 6
6,5 9,0 9,0
8,17 0,82
3. 8
13,0 12,0 12,0
12,33 1,23
4. 10
14,0 15,5 15,5
15,00 1,50
5. 12
14,5 15,5 16,0
15,33 1,53
LP.I-1
LP.I-1
Tabel 1.2 Hasil Pengamatan Kalibrasi Pompa 2
No. Kecepatan (rpm) Volume (mL) Rata-rata (mL) Flowrate (mL/s)
1. 4
2,0 2,4 2,4
2,20 0,22
2. 6
3,6 4,4 4,4
4,13 0,41
3. 8
5,6 9,0 9,2
7,93 O,79
4. 10
12,5 13,0 12,5
12,67 1,27
5. 12
16,00 16,00 15,00
15,67 1,57
Tabel 1.3 Hasil Pengukuran Volume Reaktor
Nama Bahan Volume Reaktor
Akuades 1820
Natrium Asetat 1830
A. Perhitungan
1. Menghitung Reaktan yang Diperlukan a. Etil Asetat (CH3COOC2H5)
Diketahui : C = 0,10 M = 0,10 mol/L BM = 88.11 gr/m
ρ = 0,901 gr/mL
Ditanya : V CH3COOC2H5 yang diambil dalam 2 L akuades ? Jawab :
LP.I-3
V = C . BM
ρ. % CH3 COOC2 H5 x Vakuades
=
0,1 0mol
L . 88,11gr mol 0,901gr
L . 99,5%
x 2 L
= 0,19 mL
b. Natrium Hidroksida (NaOH)
Diketahui : C = 0,08 M = 0,08 mol/L BM = 40 gr/mol
V = 2 L Ditanya : VNaOH = …?
Jawab :
MNaOH = C . BM . V
= 0,08 mol/L. 40 gr/mol . 2 L
= 6,4 gram
2. Menghitung a1,c1,x1,xc dan k
Diketahui : Fa = 1,5 mL/s = 0,0015 dm3/ detik Fb = 1,5 mL/s = 0,0015 dm3/ detik aµ = 0,08 M = 0,08 mol/dm3 bµ = 0,10 M = 0,10 mol/dm3 T = 28,7 oC = 302 K
V = 1830mL = 1,83 dm3 Ditanya: a1, c1, xa, xc, dan k = ?
Jawab :
a0 = Fa
Fa+Fb aμ
=
0,0015 d m3 detik
(0,0015+0,0015)d m3 detik
0,08 mol d m3
= 0,04 mol/dm3
b0 = Fa
Fa+Fb bμ
=
0,0015 d m3 detik
(0,0015+0,0015)d m3 detik
0,10 mol d m3 = 0,05 mol/dm3
Syarat yang berlaku ao > bo
Coo = b0 = 0,05 mol/dm3
Λc∞ = 0,07 (1+ 0,0284 x (T – 294)) x Coo
= 0,07 ( 1+ 0,0284 x ( 302 – 294 ) ) x 0,05 = 0,0043 mol/L
Λao = 0,195 (1+ 0,0184 x (T – 294)i9) x a0
= 0,195 ( 1+ 0,0184 x ( 302 – 294 ) ) x 0,04 mol/dm3 = 0,0089 mol/dm3
Asumsi Co = 0
Λo = Λ∞ = 0,0146 mol/L Untuk a0>bo, maka \ a∞ = a0 – b0
= (0,04 – 0,05) mol/dm3
LP.I-5
= - 0,01 mol/dm3
Λaoo= 0,195 (1+(0,0184(T-294))).aoo
= 0,195 (1+(0,0184(302-294))).(-0,01 mol/dm3)
= - 0,0022 mol/dm3 Λoo = Λcoo + Λaoo
= (0,0043 + (-0,0022))mol/dm3
= 0,0021 mol/dm3 Pada t = 0 ; Λ1 = 0,0045
a1 = (a∞ - ao)
[
ΛΛ00−−ΛΛ∞1]
+ ao=(-0,010 – 0,04) [ 0.0089-0,0045
0,0089-0,0021]
+
0,04= 0,0084
C1 = C∞
[
ΛΛ00−−ΛΛ∞1]
= 0,05 0,0089-0,0045 0,0089-0,0021 = 0,0316
Xa = a0-a1 a0
= 0,04-0,084 0,04 = 0,7908
Xc = C1 C∞
= 0,0316 0,05
= 0,6326
k = F V
(
a0-a1)
a12 =
(
V(Fa+Fb)) (
aa01- a12
)
= (0,0015+0,0015). (0,04-0,0084) 1,83 . 0,00842
= 0,7405 mol/dm3.s
Hasil perhitungan selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 1.4 berikut.
Tabel 1.4 Perhitungan Konduktivitas
No Waktu t (s)
Conductivity (mS/cm)
Conductivit y (S/cm)
Suhu
°C K a1 c1 Xa Xc k
1 0 4,58 0,00458 28,7 302 0,0084 0,0316 0,7908 0,6326 0,7405
2 10 6,29 0,00629 28,3 302 0,0211 0,0189 0,4720 0,3776 0,0694
3 20 6,28 0,00628 28,3 302 0,0210 0,0190 0,4738 0,3790 0,0701
4 30 6,27 0,00627 28,3 302 0,0210 0,0190 0,4756 0,3805 0,0709
5 40 6,26 0,00626 28,3 302 0,0209 0,0191 0,4774 0,3820 0,0717
6 50 6,26 0,00626 28,3 302 0,0209 0,0191 0,4774 0,3820 0,0717
7 60 6,25 0,00625 28,3 302 0,0208 0,0192 0,4793 0,3834 0,0724
8 70 6,25 0,00625 28,3 302 0,0208 0,0192 0,4793 0,3834 0,0724
9 80 6,24 0,00624 28,3 302 0,0208 0,0192 0,4811 0,3849 0,0732
10 90 6,24 0,00624 28,3 302 0,0208 0,0192 0,4811 0,3849 0,0732
11 100 6,22 0,00622 28,1 301 0,0208 0,0192 0,4806 0,3845 0,0730 12 110 6,20 0,00620 28,1 301 0,0206 0,0194 0,4843 0,3874 0,0746 13 120 6,18 0,00618 28,1 301 0,0205 0,0195 0,4879 0,3904 0,0763 14 130 6,17 0,00617 27,9 301 0,0206 0,0194 0,4857 0,3885 0,0752 15 140 6,15 0,00615 27,9 301 0,0204 0,0196 0,4893 0,3915 0,0769 16 150 6,12 0,00612 27,9 301 0,0202 0,0198 0,4948 0,3959 0,0795 17 160 6,11 0,00611 27,9 301 0,0201 0,0199 0,4967 0,3973 0,0803 18 170 6,08 0,00608 27,9 301 0,0199 0,0201 0,5022 0,4017 0,0830 19 180 6,05 0,00605 27,9 301 0,0197 0,0203 0,5077 0,4061 0,0858 20 190 6,02 0,00602 27,9 301 0,0195 0,0205 0,5132 0,4105 0,0887 21 200 5,97 0,00597 27,9 301 0,0191 0,0209 0,5223 0,4179 0,0938 22 210 5,94 0,00594 27,9 301 0,0189 0,0211 0,5278 0,4223 0,0970 23 220 5,93 0,00593 27,9 301 0,0188 0,0212 0,5297 0,4237 0,0981
LP.I-7
24 230 5,92 0,00592 27,9 301 0,0187 0,0213 0,5315 0,4252 0,0992 25 240 5,90 0,00590 27,9 301 0,0186 0,0214 0,5352 0,4281 0,1015 26 250 5,88 0,00588 27,9 301 0,0184 0,0216 0,5388 0,4311 0,1038 27 260 5,86 0,00586 27,9 301 0,0183 0,0217 0,5425 0,4340 0,1062 28 270 5,85 0,00585 27,9 301 0,0182 0,0218 0,5443 0,4355 0,1074 29 280 5,82 0,00582 27,9 301 0,0180 0,0220 0,5498 0,4399 0,1112 30 290 5,80 0,00580 27,9 301 0,0179 0,0221 0,5535 0,4428 0,1138 31 300 5,78 0,00578 27,9 301 0,0177 0,0223 0,5572 0,4457 0,1164 32 310 5,77 0,00577 27,9 301 0,0176 0,0224 0,5590 0,4472 0,1178 33 320 5,76 0,00576 27,9 301 0,0176 0,0224 0,5608 0,4487 0,1192 34 330 5,75 0,00575 27,9 301 0,0175 0,0225 0,5627 0,4501 0,1206 35 340 5,73 0,00573 27,9 301 0,0173 0,0227 0,5663 0,4531 0,1234 36 350 5,72 0,00572 27,9 301 0,0173 0,0227 0,5682 0,4545 0,1249 37 360 5,70 0,00570 27,9 301 0,0171 0,0229 0,5718 0,4575 0,1278 38 370 5,66 0,00566 27,9 301 0,0168 0,0232 0,5792 0,4633 0,1340 39 380 5,64 0,00564 27,9 301 0,0167 0,0233 0,5828 0,4663 0,1373 40 390 5,65 0,00565 27,8 301 0,0168 0,0232 0,5790 0,4632 0,1339 41 400 5,63 0,00563 27,8 301 0,0167 0,0233 0,5827 0,4662 0,1372 42 410 5,62 0,00562 27,8 301 0,0166 0,0234 0,5846 0,4676 0,1388 43 420 5,61 0,00561 27,8 301 0,0165 0,0235 0,5864 0,4691 0,1405 44 430 5,60 0,00560 27,8 301 0,0165 0,0235 0,5882 0,4706 0,1422 45 440 5,59 0,00559 27,8 301 0,0164 0,0236 0,5901 0,4720 0,1439 46 450 5,57 0,00557 27,8 301 0,0163 0,0237 0,5937 0,4750 0,1474 47 460 5,56 0,00556 27,8 301 0,0162 0,0238 0,5956 0,4765 0,1492 48 470 5,55 0,00555 27,8 301 0,0161 0,0239 0,5974 0,4779 0,1511 49 480 5,53 0,00553 27,8 301 0,0160 0,0240 0,6011 0,4809 0,1548 50 490 5,52 0,00552 27,8 301 0,0159 0,0241 0,6029 0,4823 0,1567 51 500 5,50 0,00550 27,8 301 0,0157 0,0243 0,6066 0,4853 0,1606 52 510 5,48 0,00548 27,8 301 0,0156 0,0244 0,6102 0,4882 0,1646 53 520 5,47 0,00547 27,8 301 0,0155 0,0245 0,6121 0,4897 0,1667 54 530 5,40 0,00540 27,8 301 0,0150 0,0250 0,6249 0,4999 0,1821 55 540 5,37 0,00537 27,8 301 0,0148 0,0252 0,6304 0,5044 0,1892 56 550 5,30 0,00530 27,8 301 0,0143 0,0257 0,6433 0,5146 0,2072 57 560 5,29 0,00529 27,8 301 0,0142 0,0258 0,6451 0,5161 0,2099 58 570 5,27 0,00527 27,8 301 0,0140 0,0260 0,6488 0,5190 0,2156 59 580 5,24 0,00524 27,8 301 0,0138 0,0262 0,6543 0,5234 0,2244 60 590 5,19 0,00519 27,8 301 0,0135 0,0265 0,6635 0,5308 0,2401 61 600 5,15 0,00515 27,8 301 0,0132 0,0268 0,6708 0,5367 0,2537 62 610 5,12 0,00512 27,8 301 0,0129 0,0271 0,6763 0,5411 0,2646 63 620 5,08 0,00508 27,7 301 0,0127 0,0273 0,6818 0,5455 0,2761 64 630 5,05 0,00505 27,7 301 0,0125 0,0275 0,6874 0,5499 0,2882 65 640 5,03 0,00503 27,7 301 0,0124 0,0276 0,6910 0,5528 0,2967 66 650 5,00 0,00500 27,7 301 0,0121 0,0279 0,6965 0,5572 0,3100 67 660 4,98 0,00498 27,7 301 0,0120 0,0280 0,7002 0,5602 0,3193 68 670 4,94 0,00494 27,7 301 0,0117 0,0283 0,7076 0,5661 0,3391 69 680 4,90 0,00490 27,7 301 0,0114 0,0286 0,7149 0,5719 0,3605 70 690 4,88 0,00488 27,7 301 0,0113 0,0287 0,7186 0,5749 0,3719 71 700 4,85 0,00485 27,7 301 0,0110 0,0290 0,7241 0,5793 0,3899 72 710 4,82 0,00482 27,7 301 0,0108 0,0292 0,7296 0,5837 0,4090
73 720 4,80 0,00480 27,7 301 0,0107 0,0293 0,7333 0,5866 0,4225 74 730 4,77 0,00477 27,7 301 0,0104 0,0296 0,7388 0,5910 0,4438 75 740 4,75 0,00475 27,7 301 0,0103 0,0297 0,7425 0,5940 0,4589 76 750 4,75 0,00475 27,7 301 0,0103 0,0297 0,7425 0,5940 0,4589 77 760 4,75 0,00475 27,7 301 0,0103 0,0297 0,7425 0,5940 0,4589 78 770 4,75 0,00475 27,7 301 0,0103 0,0297 0,7425 0,5940 0,4589 79 780 4,75 0,00475 27,7 301 0,0103 0,0297 0,7425 0,5940 0,4589 80 790 4,75 0,00475 27,7 301 0,0103 0,0297 0,7425 0,5940 0,4589
