Laboratorium Pengendalian Proses Semester V 2023/2024
LAPORAN PRAKTIKUM
PLUG FLOW REACTOR (PFR)
Pembimbing : Yuliani HR., S.T., M. Eng Kelompok 4 : Sandi Wijaya
Sry Ayu Lestari Suci Rahmadani Sulistya Ramadhani Sulrini
Fadilah Husnul Khatimah Tgl.Praktikum : Jumat, 3 - 17 November 2023
Kelas : 3C D4 Teknologi Rekayasa Kimia Berkelanjutan
JURUSAN TEKNIK KIMIA
POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG
2023 I. Tujuan
1. Dapat mengetahui pengaruh laju alir NaOH terhadap konsentrasi 2. Dapat mengetahui pengaruh kecepatan konsentrasi NaOH II. Alat dan Bahan
a. Alat
1. Unit Plug Flow Reactor 2. Ember
3. Gelas Ukur 4. Gelas Kimia 5. Erlenmeyer 6. Buret 7. Pipet Ukur 8. Pipet Tetes 9. Bulb 10.Botol 11.Labu Ukur 12.Corong Kaca b. Bahan
1. NaOH 0,1 N; 0,15N 2. HCl peniter 0,05 N 3. NaOH peniter 0,05 N
4. Etil Asetat 0,1 N 5. Air
III. Dasar Teori
Reaktor kontinyu dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) atau Continous Stirred Tank Reaktor (CSTR) dan Reaktor Alir Pipa (RAP) atau Plug Flow Reaktor (PFR). Keduanya dapat dipasang single (tunggal) atau multiple (seri dan paralel). PFR merupakan reaktor yang mempunyai karakteristik dan memiliki cirri khas dimana perubahan konversi reaksi akan bertambah seiring dengan bertambahnya panjang reaktor. Perilaku ideal pada PFR adalah menyerupai aliran sumbat sehingga disini tidak terjadi pencampuran ke arah aksial dan semua molekul mempunyai waktu tinggal di dalam reaktor sama besar. Dalam PFR backmixing dapat terjadi secara incidental (Levenspiel, 1972).
III.1 Pengertian PFR
Reaktor PFR (Plug Flow Reaktor) merupakan suatu reaktor berbentuk pipa yang beroperasi secara kontinyu. Dalam PFR selama operasi berlangsung bahan baku dimasukkan terus menerus dan produk reaksi akan dikeluarkan secara terus menerus sehinga disini tidak terjadi pencampuran ke arah aksial dan semua molekul mempunyai waktu tinggal di dalam reaktor sama besar.
PFR biasa digunakan untuk mempelajari beberapa proses penting seperti reaksi termal dan reaksi kimia plasma dalam aliran gas yang cepat serta daerah katalisis. Dalam beberapa kasus, hasil yang didapat tidak hanya membantu kita dalam memahami karakteristik proses-proses kimia, tetapi juga dapat memberikan kita pengertian praktis dari proses-proses kimia yang penting.
Di dalam PFR, fluida mengalir dengan perlakuan yang sama sehingga waktu tinggal (τ) sama untuk semua elemen fluida. Fluida sejenis yang mengalir melalui reaktor ideal disebut plug. Saat plug mengalir sepanjang PFR, fluida bercampur sempurna dalam arah radial bukan dalam arah axial (dari arah depan atau belakang). Setiap plug dengan volumen berbeda dinyatakan sebagai kesatuan yang terpisah-pisah (hampir seperti batck reaktor) saat dia mengalir turun melalui pipa PFR.
Untuk keadaan tertentu kadang diperlukan pencampuran awal terhadap bahan baku sebelum diumpankan ke dalam reaktor. PFR beraliran aksial berukuran dengan rentang diameter 1-15 cm, sedangkan PFR beraliran radial mempunyai diameter besar hingga bermeter-meter. PFR sebagai reaktor tunggal dapat mempunyai panjang lebih dari 1000 meter yang dibentuk sedemikian rupa untuk menyesuaikan ruang. PFR juga dapat disusun secara berangkai dalam bentuk parallel ataupun seri (Wikipedia, 2007).
Dalam PFR konsentrasi bahan baku tinggi pada saat masuk reaktor, selanjutnya akan menurun secara perlahan karena terkonversi menjadi produk di sepanjang pipa. Sebagai reaktor yang dioperasikan secara kontinyu makan dalam kondisi steady state pada PFR tidak terjadi akumulasi.
Reaksi kimia berlangsung sepanjang pipa terjadi secara gradual, sehingga semakin panjang pipa konversi akan semakin tinggi. Namun tidak semudah ini menaikan konversi; pada awalnya kecepatan reaksi berlangsung secara cepat namun setelah panjang pipa tertentu jumlah reaktan akan berkurang dan kecepatan reaksi berlangsung lebih lambat dan akan makin lambat seiring panjangnya pipa.
Gambar 3.1 Hubungan antara panjang reaktor dengan konversi dalam PFR
Beberapa hal penting mengenai PFR :
1) Perhitungan dalam PFR mengasumsikan tidak terjadi pencampuran kea rah aksial.
2) Katalisator dapat dimasukkan melaluin titik yang berbeda dari titik masukan, diharapkan reaksi lebih optimal dan penghematan.
3) PFR memiliki konversi yang lebih besar dibanding Continous Stirred Tank Reaktor (CSTR) dalam volume yang sama. Artinya, dengan waktu tinggal yang sama PFR memberikan hasil yang lebih besar disbanding CSTR.
PFR mempunyai kelebihan antara lain :
1) Tingkat perubahannya besar dalam setiap volumenya.
2) Bekerja dalam periode waktu yang cukup lama tanpa tenaga kerja sehingga upah produksi rendah.
3) Perpindahan kalornya baik sekali.
4) Operasinya terus-menerus.
Selain itu juga mempunyai kekurangan antara lain :
1) Tingginya temperature yang tidak diinginkan dapat terjadi.
2) Proses pemberhentian dan perawatannya mahal.
III.2 Jenis-Jenis PFR Reaktor PFR ada bermacam-macam antara lain : 1) Reaktor Alir Pipa
Biasanya berupa gas-gas,cair-cair dimana reaksi tidak menimbulkan panas yang terlalu tinggi. Reaktor memiliki aliran plug flow yang optimal untuk kecepatan reaksi tetapi cukup sulit untuk alat transfer panasnya.
2) Reaktor Pipa Shell And Tube
Seperti reaktor pipa di atas tetapi berupa beberapa pipa yang disusun dalam sebuah shell, reaksi berjalan di dalam pipa pipa dan pemanas/pendingin di shell. Alat ini digunakan apabila dibutuhkan sistem transfer panas dalam reaktor. Suhu dan konversi tidak homogen di semua titik.
3) Fixed Bed
Reaktor berbentuk pipa besar yang didalamnya berisi katalisator padat. Bisanya digunakan untuk reaksi fasa gas dengan katalisator padat. Apabila diperlukan proses transfer panas yang cukup besar biasanya berbentuk fixed bed multitube, dimana reaktan bereaksi di dalam tube2 berisi katalisator dan pemanas/pendingin mengalir di luar tube di dalam shell.
4) Fluidized Bed Reactor
Biasanya digunakan untuk reaksi fasa gas katalisator padat dengan umur katalisator yang sangat pendek sehingga harus cepat diregenerasi. Atau padatan dalam reactor adalah reaktan yang bereaksi menjadi produk.
III.3 Skema Diagram PFR
Cairan akan melalui PFR yang dapat dimodelkan sebagai mengalir melalui reaktor sebagai rangkaian jauh tipis koheren "colokan", masing- masing dengan komposisi yang seragam, bepergian dalam arah aksial dari reaktor, dengan masing-masing konektor memiliki komposisi yang berbeda dari yang sebelumnya dan setelah itu.Asumsi utama adalah bahwa sebagai plug mengalir melalui suatu PFR, fluida sempurna dicampur dalam arah radial tetapi tidak dalam arah aksial (maju atau mundur).
Gambar 2.2 Diagram skematik dari PFR
Setiap pasang volume diferensial dianggap sebagai entitas yang terpisah, efektif reaktor tangki sangat kecil terus diaduk, membatasi volume nol.
Seperti mengalir menuruni PFR tubular, waktu tinggal (τ) dari steker adalah fungsi dari posisinya dalam reaktor. Dalam PFR yang ideal, distribusi waktu tinggal karena itu merupakan Dirac delta fungsi dengan nilai yang sama.
III.4 Persamaan PFR
Reaktor pipa ideal disebut plug flow reaktor karena aliran fuida di
dalam reaktor ini menyerupai sumbat, Reaktan dan produk mengalir di dalam reactor sumbat dengan kecepatan yang benar-benar rata. Komposisi fluida yang mengalir bervariasi sepanjang arah aliran, sehingga neracca material suatu komponen ditinjau di dalam segmen volume (dV). Untuk mengetahui hubungan waktu reaksi dengan konsentrasi reaktan dalam PFR, terlebih dulu ditinjau neracca material pada reaktor, kemudian dilakukan integrasi, selanjutnya dihasilkan space time sebagai persamaan karakteristik PFR (Levenspiel, 1972).
Neraca material komponen A di dalam PFR
massa masuk = massa keluar + massa akumulasi + massa hilang dalam reaksi
Ditinjau : segmen volume dV
FA = (FA + dFA) + 0 + (-rA) dV
Dimana : dFA + d [FAo (1-XA)] = -FAo dXA FA = FA - FAo dXA + (- rA) dV
FAo dXA = (-rA) dV
III.5 Residence Time Distribution (RTD)
Residence Time Distribution (RTD) dari suatu reaktor kimia adalah suatu fungsi distribusi yang menguraikan sejumlah waktu suatu unsur-unsur fluida di dalam reaktor. RTD digunakan untuk menandai pencampuran dan aliran di dalam reaktor serta untuk membandingkan perilaku reaktor nyata dengan model-model reaktor yang ideal. Hal ini bermanfaat, tidak hanya untuk memecahkan masalah pada reaktor yang ada, tetapi juga di dalam menaksir hasil konversi dari suatu reaksi serta untuk merancang reaktor.
Teori dari RTD secara umum dimulai dengan tiga anggapan, yaitu : 1. Reaktor dalam keadaan steady-state.
2. Transportasi di lubang masuk dan keluar berlangsung hanya oleh pemompaan.
3. fluida incompressible (tak termampatkan).
RTD diukur dengan memasukkan suatu tracer yang tidak reaktif kedalam sistim di lubang masuk. Konsentrasi tracer itu diubah menurut suatu fungsi yang diketahui dan respon ditemukan dengan mengukur konsentrasi tracer di saluran keluar. Tracer yang dipilih mestinya tidak termodifikasi karakteristik fisik dari fluida (densitas dan viskositas sama) dan penambahan tracer juga mestinya tidak termodifikasi kondisi-kondisi yang hidrodinamik.
Pada umumnya, pengamatan RTD ini dapat dilakukan dengan metode pulse atau metode step. Metode-metode lain memungkinkan, tetapi memerlukan lebih banyak kalkulasi untuk menganalisa kurva RTD (Wikipedia, 2008).
1. Metode Pulse
Metode ini memerlukan suatu pemasukan suatu volume yang sangat kecil dari tracer di lubang masuk dari reaktor, seperti mendekati fungsi delta dirac. Meski suatu injeksi pendek tak terbatas tidak bisa dihasilkan, dapat dilakukan jauh lebih kecil daripada waktu tinggal rata-rata bejana. Jika suatu massa dari tracer, dimasukkan ke dalam suatu reaktor dari volume dan suaty waktu tinggal yang diharakan dari �, hasil kurva dari konsentrasi terhadap waktu dapat diubah menjadi suatu kurva RTD dengan hubungan sebagai berikut : Sesuaikan Gambar alat.
Kurva ideal yang dihasilkan pada metode pulse untuk reaktor jenis PFR ialah sebagai berikut :
2. Metode Step
Di dalam suatu metode step, konsentrassi tracer di lubang masuk reaktor berubah secara tiba-tiba dari nol ke konsentrasi tertentu. Konsentrasi tracer di saluran keluar diukur dan yang dinormalkan ke konsentrasi tertentu untuk memperoleh kurva yang tidak dimensional. Berikut ialah persamaan dari metode step :
Kurva ideal yang dihasilkan pada metode step untuk reaktor jenis PFR ialah sebagai berikut :
3. Metode Steady State
III.6 Variansi
Pengamatan variansi berfungsi untuk mengetahui tingkat kelebaran dari suatu kurva distribusi, dalam hal ini ialah kurva RTD dari metode pulse.
Variansi dari kurva RTD dengan menggunakan metode pulse ini dapat digunakan untuk mengindentifikasi bentuk sumbat (plug) yang terjadi dari suatu aliran fluida. Variansi dinyatakan dengan lambing �2. Suatu PFR yang ideal, yaitu alirannya benar-benar sumbat mempunyai nilai variansi nol.
Dengan kata lain semakin kecil nilai variansi dari suatu kurva RTD maka semakin menyerupai dengan karakteristik dari reaktor jenis PFR
(Levenspiel, 1972).
III.7 Dispersion Number
Menurut Levenspiel (1972), dispersion number merupakan bilangan tak berdimensi. Dispersion number sering digunakan untuk mengetahui terjadinya backmixing di dalam suatu reaktor jenis PFR. Dispersion number dikembangkan dengan (D/𝜇�). Berikut ialah persamaan yang sering digunakan untuk dispersion number.
Dari nilai dispersion number dapat diketahui tingkat error atau backmixing yangterjadi pada suatu aliran fluida di dalam reaktor jenis PFR.
Beriktu adalah tingkat error dan nilai dispersion number:
III.8 Sifat Aliran
Dalam aliran kondisi mantap (steady state) dikenal dua rejim aliran atau pola aliran yang tergantung kepada kecepatan rata-rata aliran (v), densitas (�), viskositas fluida (𝜇) dan diameter pipa (D). kedua rejim alirantersebtu diatur oleh hokum-hukum yang berbeda sehingga perlu dipelajari secara keseluruhan.
1. Rejim Aliran Laminer
Rejim aliran laminer mempunyai ciri-ciri sebagai berikut : a. Terjadi pada kecepatan rendah
b. Fluida cenderung mengalir tanpa adanya pencampuran lateral c. Berlapis-lapis seperti kartu
d. Tidak ada arus tegak lurus arah aliran e. Tidak ada pusaran (arus eddy)
2. Rejim Aliran Transisi
Rejim aliran yang terbentuk di antara rejim laminar dan turbulen adalah rejil transisi. Penentuan rejim aliran dilakukan dengan menentukan bilangantak berdimensi yaitu bilangan Reynolds (Reynolds Number, NRe). Bilangan Reynolds merupakan perbandingan antara garis dinamis dari aliran massa terhadap tegangan geser yang disebabkan oleh viskositas cairan.
IV. Prosedur Kerja A. Step
1. Membuat larutan NaOH 0,15 M dalam 2 Liter dan larutan HCL 0,05 M dalam 500 ml.
2. Memasukan larutan sampel kedalam botol reagen dengan NaOH solution 1 dan H2O pada solution 2
3. Kemudian pada alat diatur laju alirnya dengan NaOH sebesar 75% dan pada H2O sebesar 100% untuk percobaan pertama dan perobaan kedua NaOH sebesar 100% dan pada H2O sebesar 100%
4. Pada komputer ditekan tombol Go dan di On-kan sampai mencapai titik kesetimbangan
5. Setelah mencapai titik kesetimbangan mengambil setiap sampel prodak sebanyak 5 ml selama 1 menit.
6. Sampel yang telah diambil langsung dititrasi dengan menggunakan larutan HCl
7. Mencatat semua hasil dari titrasi untuk mencari nilai Ca B. Steady State
1. Membuat larutan NaOH 0,15 dan 0,2 M masing-masing dalam 1 liter kemudian mengencerkan mengencerkan etil asetat 0,1 M dalam 2 liter
2. Memasukan larutan sampel kedalam botol reagen dengan NaOH dan etil asetat
3. Kemudian pada alat diatur laju alirnya dengan NaOH sebesar 75% dan pada etil asetat sebesar 100% untuk percobaan pertama dan perobaan kedua NaOH sebesar 100% dan pada etil asetat sebesar 100%
4. Pada komputer ditekan tombol Go dan di On-kan sampai mencapai titik kesetimbangan
5. Setelah mencapai titik kesetimbangan mengambil setiap sampel prodak sebanyak 5 ml selama 1 menit.
6. Sampel yang telah diambil langsung dititrasi dengan menggunakan larutan HCl
7. Mencatat semua hasil dari titrasi untuk mencari nilai Ca
V. Data Pengamatan dan Perhitungan
Orde 0 = Ca0-Ca Orde 1 = Ln
(CaCa0)Orde 2 = (
Ca1 −Ca10¿Orde 3 = (
12Ca2− 1 2Ca02¿
A. Laju Alir NaOH 75 dan 100 (Step Eksperiment)
Penentuan Grafik Orde 0, 1, 2
Waktu Ca
(Teori) ln Ca Teori 1/Ca Teori 00:00:00 0,00234 -6,05600307 426,666667 00:01:00 0,00264 -5,93822003 379,259259 00:02:00 0,0042 -5,47285678 238,139535 00:03:00 0,11162 -2,19264523 8,95888014 00:04:00 0,11035 -2,20408399 9,0619469 00:05:00 0,11006 -2,20674238 9,08606921 00:06:00 0,11299 -2,18047117 8,85047537 00:07:00 0,10879 -2,21834448 9,19210054 00:08:00 0,10967 -2,21029794 9,11843277 00:09:00 0,10967 -2,21029794 9,11843277 00:10:00 0,10908 -2,2156551 9,16741271 00:11:00 0,10908 -2,2156551 9,16741271 00:12:00 0,10859 -2,22014142 9,20863309 00:13:00 0,10859 -2,22014142 9,20863309 00:14:00 0,1084 -2,2219416 9,22522523 00:15:00 0,10713 -2,23372244 9,33454877 00:16:00 0,07129 -2,64101236 14,0273973 00:18:02 0,05293 -2,9387909 18,8929889 00:19:01 0,00947 -4,65934592 105,56701 00:20:01 0,00381 -5,57049525 262,564103 00:21:02 0,00635 -5,05966963 157,538462 00:22:02 0,00293 -5,83285952 341,333333 00:23:02 0,004 -5,52048483 249,756098 00:24:01 0,00225 -6,09856268 445,217391
Object 9
Object 11
Object 13
Penentuan Orde 0, 1, 2
Waktu Ca (Teori) Ca
(Praktek) ln Ca Teori ln Ca
Praktek 1/Ca Teori 1/Ca Praktek 00:03:00 0,11162109 0,061 -2,19264523 -2,79688141 8,9588801
4
16,393442 6 00:04:00 0,11035156 0,054 -2,20408399 -2,91877123 9,0619469 18,518518
5 00:05:00 0,11005859 0,054 -2,20674238 -2,91877123 9,0860692
1 18,518518
5 00:06:00 0,11298828 0,058 -2,18047117 -2,84731227 8,8504753
7 17,241379
3 00:07:00 0,10878906 0,053 -2,21834448 -2,93746337 9,1921005
4 18,867924
5 00:08:00 0,10966797 0,053 -2,21029794 -2,93746337 9,1184327
7
18,867924 5 00:09:00 0,10966797 0,05 -2,21029794 -2,99573227 9,1184327
7 20
00:10:00 0,10908203 0,055 -2,2156551 -2,90042209 9,1674127 1
18,181818 2 00:11:00 0,10908203 0,053 -2,2156551 -2,93746337 9,1674127
1 18,867924
5 00:12:00 0,10859375 0,048 -2,22014142 -3,03655427 9,2086330
9
20,833333 3 00:13:00 0,10859375 0,041 -2,22014142 -3,19418321 9,2086330
9 24,390243
9 00:14:00 0,10839844 0,029 -2,2219416 -3,54045945 9,2252252
3 34,482758
6 00:15:00 0,10712891 0,009 -2,23372244 -4,7105307 9,3345487
7 111,11111
1 00:16:00 0,07128906 0,011 -2,64101236 -4,50986001 14,027397
3 90,909090
9 00:18:02 0,05292969 0,008 -2,9387909 -4,82831374 18,892988
9 125
00:19:01 0,00947266 0,004 -4,65934592 -5,52146092 105,56701 250 00:20:01 0,00380859 0,004 -5,57049525 -5,52146092 262,56410
3 250
00:21:02 0,00634766 0,002 -5,05966963 -6,2146081 157,53846
2 500
00:22:02 0,00292969 0,003 -5,83285952 -5,80914299 341,33333 3
333,33333 3 00:23:02 0,00400391 0,002 -5,52048483 -6,2146081 249,75609
8 500
00:24:01 0,00224609 0 -6,09856268 #NUM! 445,21739
1 #DIV/0!
Object 15
Object 17
Object 20
B. Laju Alir NaOH 100 dan H2O 100 (Step Eksperiment)
Penentuan Grafik Orde 0, 1, 2
Waktu Ca (Teori) ln Ca Teori 1/Ca Teori 00:00:00 0,003711 -5,59647074 269,4737 01:00:00 0,00293 -5,83285952 341,3333 02:00:00 0,066309 -2,71343577 15,081
03:00:00 0,116113 -2,153189 8,612279
04:00:00 0,10752 -2,23008276 9,300636 05:00:00 0,111133 -2,19702928 8,998243 06:00:00 0,112988 -2,18047117 8,850475 07:00:00 0,111523 -2,19352051 8,966725
08:00:00 0,111914 -2,190024 8,935428
09:00:00 0,111328 -2,19527336 8,982456 10:00:00 0,109961 -2,20763009 9,094139 11:00:00 0,109375 -2,21297293 9,142857 12:00:00 0,111133 -2,19702928 8,998243 13:00:00 0,101758 -2,28515968 9,827255 14:00:00 0,097852 -2,32430362 10,21956 15:00:00 0,042871 -3,14955749 23,32574 16:00:00 0,008984 -4,71226832 111,3043 17:00:00 0,003613 -5,62313899 276,7568
18:00:00 0,003125 -5,768321 320
19:00:00 0,002832 -5,86676107 353,1034 20:00:00 0,002539 -5,97596036 393,8462 21:00:00 0,002832 -5,86676107 353,1034
22:00:00 0,001953 -6,23832463 512
Object 23
Object 25
Penentuan Orde 0, 1, 2
Waktu Ca (Teori) Ca
(Praktek) ln Ca
Teori ln Ca
Praktek 1/Ca
Teori 1/Ca
Praktek 06:00:00 0,112988 0,063 -2,18047 -2,76462 8,850475 15,87302 07:00:00 0,111523 0,061 -2,19352 -2,79688 8,966725 16,39344 08:00:00 0,111914 0,057 -2,19002 -2,8647 8,935428 17,54386 09:00:00 0,111328 0,068 -2,19527 -2,68825 8,982456 14,70588
Object 27
10:00:00 0,109961 0,05 -2,20763 -2,99573 9,094139 20 11:00:00 0,109375 0,042 -2,21297 -3,17009 9,142857 23,80952 12:00:00 0,111133 0,01 -2,19703 -4,60517 8,998243 100 13:00:00 0,101758 0,006 -2,28516 -5,116 9,827255 166,6667 14:00:00 0,097852 0,003 -2,3243 -5,80914 10,21956 333,3333 15:00:00 0,042871 0,005 -3,14956 -5,29832 23,32574 200 16:00:00 0,008984 0,004 -4,71227 -5,52146 111,3043 250 17:00:00 0,003613 0,004 -5,62314 -5,52146 276,7568 250 18:00:00 0,003125 0,003 -5,76832 -5,80914 320 333,3333 19:00:00 0,002832 0,002 -5,86676 -6,21461 353,1034 500 20:00:00 0,002539 0,006 -5,97596 -5,116 393,8462 166,6667 21:00:00 0,002832 0,002 -5,86676 -6,21461 353,1034 500
22:00:00 0,001953 0 -6,23832 #NUM! 512 #DIV/0!
Object 30
Object 32
Object 34
C. Laju Alir NaOH 75 dan CH3COOH 100 (Steady State Convertion Experiment) (NaOH 0,15 M)
Penentuan Grafik Orde 0, 1, 2
Waktu Ca (Teori) ln Ca Teori 1/Ca Teori 00:00:00 0,01191406 4,430036 83,93443
00:01:00 0,00019531 8,54091 5120
00:02:01 0 #DIV/0! #DIV/0!
00:03:00 0,02460938 3,704628 40,63492 00:04:00 0,19990234 1,609926 5,002443 00:05:00 0,19990234 1,609926 5,002443 00:06:00 0,19990234 1,609926 5,002443 00:07:00 0,19990234 1,609926 5,002443 00:08:00 0,19990234 1,609926 5,002443 00:09:00 0,19990234 1,609926 5,002443 00:10:00 0,18105469 1,708956 5,523193 00:11:00 0,10537109 2,250267 9,490269 00:12:00 0,11679688 2,147319 8,561873 00:13:00 0,07363281 2,608665 13,5809 00:14:00 0,10957031 2,211189 9,12656 00:15:00 0,03662109 3,307131 27,30667 00:16:00 0,00429688 5,449867 232,7273
00:17:00 0,00097656 6,931472 1024
00:17:00 0,00029297 8,135445 3413,333
00:18:00 0,00078125 7,154615 1280
00:19:00 0,00029297 8,135445 3413,333
Object 36
Object 38
Object 40
Penentuan Orde 0, 1, 2
Waktu Ca (Teori) Ca (Praktek)
ln Ca Teori
ln Ca
Praktek 1/Ca Teori 1/Ca Praktek 00:09:00 0,199902 0,063 1,609926 -2,76462 5,002443 15,87302 00:10:00 0,181055 0,055 1,708956 -2,90042 5,523193 18,18182 00:11:00 0,105371 0,047 2,250267 -3,05761 9,490269 21,2766 00:12:00 0,116797 0,009 2,147319 -4,71053 8,561873 111,1111 00:13:00 0,073633 0,005 2,608665 -5,29832 13,5809 200 00:14:00 0,10957 0,007 2,211189 -4,96185 9,12656 142,8571 00:15:00 0,036621 0,001 3,307131 -6,90776 27,30667 1000 00:16:00 0,004297 0,001 5,449867 -6,90776 232,7273 1000 00:17:00 0,000977 0,003 6,931472 -5,80914 1024 333,3333 00:17:00 0,000293 0,002 8,135445 -6,21461 3413,333 500 00:18:00 0,000781 0,003 7,154615 -5,80914 1280 333,3333 00:19:00 0,000293 0,002 8,135445 -6,21461 3413,333 500
Object 42
Object 44
Object 46
D. Laju Alir NaOH 100 dan CH3COOH 100 (Steady State Convertion Experiment) (NaOH 0,2 M)
Penentuan Grafik Orde 0, 1, 2
Waktu Ca (Teori) ln Ca Teori 1/Ca Teori 00:00:00 0,153516 -1,87395 6,513995 00:01:00 0,196875 -1,62519 5,079365 00:02:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:03:00 0,168066 -1,7834 5,950029 00:04:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:05:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:06:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:07:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:08:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:09:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:10:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:11:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:12:00 0,199902 -1,60993 5,002443 00:13:00 0,162207 -1,81888 6,164961 00:14:00 0,067676 -2,69303 14,77633 00:15:00 0,012402 -4,38987 80,62992 00:16:00 0,002832 -5,86676 353,1034
Object 48
Object 50
Penentuan Orde 0, 1, 2 Waktu Ca
(Teori)
Ca (Praktek)
ln Ca Teori
ln Ca Praktek
1/Ca Teori
1/Ca Praktek 00:12:00 0,19990
2 0,005 -1,60993 -5,29832 5,002443 200
00:13:00 0,16220
7 0,005 -1,81888 -5,29832 6,164961 200
00:14:00 0,06767
6 0,005 -2,69303 -5,29832 14,77633 200
00:15:00 0,01240
2 0,001 -4,38987 -6,90776 80,62992 1000
00:16:00 0,00283
2 0,001 -5,86676 -6,90776 353,1034 1000
Object 52
Object 54
Object 56
Object 58
VI. Pembahasan
Nama : Sulistya Ramadhani Nim : 431 21 075
Kelas : 3C D4 TRKB Pembahasan
Pada praktikum kali ini yaitu Plug Flow yang dimana merupakan alat untuk mereaksikan suatu reaktan dalam hal ini fluida dan mengubahnya menjadi produk dengan cara mengalirkan fluida tersebut dalam pipa secara berkelanjutan (continuous). Biasanya reactor ini dipakai untuk mempelajari berbagai proses kimia yang penting seperti perubahan senyawa kimia,reaksi, reaksi termal dan lain-lain. Adapun prinsip kerjanya yaitu cairan bereaksi dan mengalir dengan cara melewati tube(tabung) dengan kecepatan tinggi, tanpa terjadi pembentukan arus putar pada aliran cepat. Reaktor alir pipa pada hakekatnya hampir sama dengan pipa dan relative cukup mudah dalam perancangannya. Reactor ini biasanya dilengkapi dengan selaput membrane untuk menambah yield produk pada reactor. Produk secara selektif ditarik dari reactor sehingga keseimbangan dalam reactor secara kontinu bergeser membentuk lebih banyak produk.
Dalam praktikum ini dilakukan dua percobaan dimana percobaan pertama dilakukan proses step experiment dan percobaan kedua yaitu steady state convertion experiment. Pada percobaan pertama dilakukan dengan menggunakan larutan NaOH 0,15 M dan H2O dengan variasi laju alir 75:100 dan laju alir 100:100 lalu dimasukka kedalam botol reagen. Pada reaksi antara NaOH dengan HCL dapat diketahui bahwa reaksi pembatasnya yaitu HCL dan reaksi berlebihnya adalah NaOH. Karena disini yang tersisa adalah NaOH maka untuk menentukan konsentrasi secara prakteknya dapat dilakukan titrasi dengan menggunakan HCL 0,05 M dengan menambahkan indicator PP agar mengetahui titik ekivalennya. Pengambilan sampel dilakukan setiap satu menit.
Percobaan ini berlangsung secara semi batch karena selama proses berlangsung tidak ada bahan yang masuk sedangkan produk reaksi dikeluarkan secara terus
menerus. Adapun konsentrasi akhir pada step experiment dengan laju 100 dan 75 yaitu sebesar 11,61 dan 11,299.
Percobaan selanjutnya yang digunakan yaitu NaOH 0,2 M, NaOH 0,15 M dan Etil asetat 0,1 M dengan laju alir masing-masing 75:100. Untuk tahapannya sama dengan percobaan pertama akan tetapi diambil 5 sampel pertama NaOH.
Pada NaOH 0,15 M dengan laju alir 75 dapat dilihat terjadi kenaikan konsentrasi dari menit pertama hingga menit ke 9, artinya pada keadaan ini etil asetat belum bereaksi dengan NaOH yang menjadi penanda bahwa NaOH telah bereaksi dengan etil asetat yaitu terjadinya penurunan konsentrasi dan hal tersebut terjadi pada menit ke 10 sampai menit ke 20. Pada NaOH 0,2 M dengan laju alir 100 konsentrasi yang diperoleh kurang lebih sama dengan konsentrasi NaOH sebelumnya.
Dalam PFR konsentrasi bahan baku tinggi pada saat masuk ke reaktor dan akan menurun secara perlahan karena terkonversi menjadi produk di sepanjang aliran pipa. Reaktor yang dioperasikan secara kontinyu dalam kondisi steady state akan terjadi akumulasi dikarenakan bahan baku dan produk masuk keluar secara terus menerus.
Nama : Fadilah Husnul Khatimah
Kelas : 3C D4 TRKB
NIM : 431 21 077
Pembahasan
Pada praktikum kali ini dilakukan percobaan Plug Flow dengan tujuan agar dapat mengetahui pengaruh laju NaOH terhadap konsentrasi serta dapat mengetahui pengaruh kecepatan konsentrasi NaOH.
Alat yang digunakan pada praktikum ini adalah Plug Flow Reactor (PFR).
Dimana, Plug Flow Reactor (PFR) merupakan suatu reaktor berbentuk pipa yang beroperasi secara kontinyu. Dalam PFR ini, selama operasi berlangsung bahan baku dimasukkan terus menerus dan produk reaksi akan dikeluarkan secara terus menerus sehinga disini tidak terjadi pencampuran ke arah aksial dan semua molekul mempunyai waktu tinggal di dalam reaktor sama besar.
Alat PFR ini biasa digunakan untuk mempelajari beberapa proses penting seperti reaksi termal dan reaksi kimia plasma dalam aliran gas yang cepat serta daerah katalisis. PFR memiliki prinsip fluida mengalir dengan menggunakan perlakuan yang sama sehingga didapatkan waktu tinggal yang sama untuk semua elemen fluida. Plug merupakan fluida sejenis yang mengalir melalui reaktor ideal. Saat plug mengalir sepanjang PFR, fluida bercampur sempurna dalam arah radial. Di dalam PFR ini, konsentrasi produk meningkat sepanjang perjalanan dalam reactor. Setiap plug dengan volume berbeda dinyatakan sebagai kesatuan yang terpisah-pisah dimana plug mengalir turun melalui pipa reaktor ini.
Pada praktikum ini dilakukan 3 percobaan yakni Step dan Steady State.
Sebelum dilakukan percobaan pertama, terlebih dahulu dilakukan pembersihan alat plug flow dengan mengisi masing-masing sol dengan air lalu mengatur lajur alir yang diinginkan. Dimana, laju alir yang digunakan pada pembersihan ini yakni laju alir 100
L/min. Adapun tujuan dari pembersihan ini adalah untuk menghindari terjadinya kontaminasi antara sampel yang akan di uji, dengan sampel sebelumnya yang berada dalam tangki sol 1 maupun sol 2.
Percobaan pertama pada praktikum ini yaitu Step dengan menggunakan bahan NaOH 0.15 N dengan laju alir yaitu 75% dan H2O dengan laju alir yakni 100%.
Dimana, kedua bahan ini dimasukkan kedalam reaktor plug flow lalu dilakukan pengambilan sampel setiap interval 1 menit sebanyak 5 mL. Kemudian sampel tersebut di titrasi dengan menggunakan HCl dan juga ditambahkan indikator PP sebagai tanda bahwa titik ekuivalen telah tercapai. Adapun tujuan dari titrasi ini adalah untuk mengetahui konsentrasi NaOH tersebut dengan di tandai perubahan warna dari pink ke bening. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut:
NaOH + HCl NaCl + H2O m : 0,15 0,05 - - r :0,05 0,05 0,05 0,05 s : 0,1 - 0,05 0,05
Dari reaksi diatas dapat diketahui bahwa komponen yang bersisa yaitu NaOH sehingga hasil keluaran dari plug flow di titrasi dengan HCl untuk dapat menentukan berapa konsentrasi secara praktenya. Pada percobaan ini berlangsung secara semi batch dimana selama proses berlangsung tidak ada bahan yang masuk tetapi produk dari reaksi tersebut dikeluarkan secara terus menerus. Dari hasil percobaan ini, dapat ditentukan letak orde dari percobaan diatas. Adapun hasil yang diperoleh berdasarkan hasil perhitungan dengan memplotkan kurva antara sumbu y (Ca, ln ca dan 1/ca) dan sumbu x(waktu), berada pada orde 0 dan orde 1. Untuk proses step selanjutnya, yaitu laju alir NaOH 100% dan H2O 75% memiliki perlakuan yang sama dengan proses sebelumnya. Adapun letak orde yaitu berada pada orde 1. Hal ini juga dibukan tikan pada nilai R2 yang mendekati 1.
Selanjutnya dilakukan percobaan Steady State dengan menggunakan bahan yaitu NaOH dan Etil Asetat dengan konsentrasi masing-masing bahan yang digunakan pada perobaan ini yaitu NaOH 0,15 N; Etil Asetat 0,1 N; dan
peniter HCl 0,05 N. Percobaan pertama pada Steady State yaitu dengan memasukkan semua bahan baku kedalam reaktor plug flow. Lalu mengatur laju alir sampel, dimana terdapat 2 variasi laju alir. Yang pertama ialah laju alir NaOH 75% Etil Asetat 100% kemudian yang kedua yaitu NaOH dengan laju alir 100% dan Etil Asetat 100%.
Adapun hasil konsentrasi yang diperoleh pada laju alir NaOH 75% yaitu terjadi kesetimbangan karena dari hasil tersebut konsentrasi yang dihasilkan tidak stabil. Sebab, yang seharusnya dihasilkan ialah, konsentrasi sampel harus dari tinggi kerendah. Artinya, bahwa pada steady state ini sampel H2O belum bereaksi dengan sampel NaOH karena apabila NaOH telah bereaksi dengan air maka konsentrasinya akan menurun. Adapun letak orde dari percobaan ini yaitu pada orde 0 yang dibuktikan dengan nilai R2 mendekati 1.
Selanjutnya untuk percobaan 2 pada Steady State yaitu laju alir NaOH 100%, dimana konsentrasi yang didapatkan juga tidak stabil. Adapun letak ordenya yaitu pada orde 0 yang dibuktikan dengan nilai R2 mendekati 1.
Percobaan ini berlangsung secara kontinyu dimana bahan baku (air) dimasukkan terus menerus dan produk reaksi akan dikeluarkan secara terus menerus. Adapun penyebab ketidakstabilan dari data pada percobaan ini yaitu air yang digunakan sebagai bahan baku tidak dalam keadaan netral sehingga mempengaruhi konsentrasi dan juga pada saat proses akhir larutan NaOH tidak berlangsung secara kontinyu hanya air yang masuk terus menerus. Sehingga hal ini yang menyebabkan konsentrasi naik pada saat akhir karena pada plate-plate masih mengandung campuran NaOH sehingga ketika air ditambahkan maka campuran yang ada pada plate akan terdorong naik keatas sehingga konsentrasi yang didapatkan mengalami kenaikan lagi.
Selain itu, kestabilan data juga dipengaruhi karena sering terjadi kebocoran pada selang output, sehingga data yang di peroleh naik-turun menjadi tidak stabil.
Pada praktikum Plug Flow ini konsentrasi bahan baku akan tinggi ketika masuk ke dalam reaktor dan akan mengalami penurunan secara perlahan yang disebabkan karena terkonversi menjadi produk di sepanjang aliran pipa.
Reaktor yang dioperasikan secara kontinyu dalam kondisi steady state akan terjadi akumulasi dikarenakan bahan baku dan produk masuk keluar secara terus menerus.
VII.Kesimpulan
1.
Untuk tracer yang digunakan pada percobaan 1 yaitu NaOH 0,15 M dan HCl 0,05 M dengan laju alir 75:100 dan 100:100. Untuk percobaan ke dua digunakan NaOH 0,15 M, NaOH 0,2 M dan Etil Asetat 0,1 M dengan laju alir 75:100.2.
Berdasarkan percobaan pertama pada laju alir 75 dan 100 diperoleh konsentrasi sebesar 11,299 dan 11,61.VIII. Daftar Pustaka
Gabriel Eryan dkk. 2019. PLUG FLOW REAKTOR (PFR). Pogram Studi D3 Tekni Kimia. Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Bandung Levenspiel, Octave spiel, Octave, 1999, Chemi , 1999, Chemical Reaction
Engi cal Reaction Engineering.3 th edition g.3 th edition, New York : , New York : Jhon Wiley & Sons
Petunjuk praktikum Lab. Pengendalian Proses. Plug Flow Reaktor. Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Ujung Pandang.
