PETUNJUK PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA

PETUNJUK

PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA

Disusun Oleh:

Ani Purwanti Ganjar Andaka

Sumarni

LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND

YOGYAKARTA

2018

ii PRAKATA

Buku panduan praktikum ini disusun sebagai suatu pedoman pelaksanaan Praktikum Operasi Teknik Kimia (OTK) untuk mahasiswa Jurusan Teknik Kimia program Sarjana (S-1), yang dilakukan di Laboratorium Operasi Teknik Kimia, Institut Sains & Teknologi AKPRIND Yogyakarta. Kegiatan praktikum merupakan suatu aktivitas yang dilakukan dilaboratorium guna mencapai suatu tingkat keterampilan (skill) maupun menumbuhkan sikap (attitude) yang diperlukan dibidang teknik kimia.

Kegiatan praktikum Operasi Teknik Kimia yang dilakukan di Jurusan Teknik Kimia tersebut telah memenuhi bahkan melebihi Standar Minimum Laboratorium (SML).

Berdasarkan hasil evaluasi dan pengalaman yang telah dilakukan asisten pembimbing praktikum maupun laboran ternyata masih ada beberapa kekurangan yang masih perlu disempurnakan. Hal tersebut dikarenakan adanya perubahan kurikulunm tahun 2012 berbasis Kompetensi dan pada tahun 2016 berubah menjadi kurikulum berbasis Kerangka Kurikulum Nasional Indonesia (KKNI). Berkaitan dengan hal tersebut buku panduan Praktikum Operasi Teknik Kimia (OTK) ini perlu dilakukan revisi pada beberapa bagian acara praktikum. Kegiatan praktikum OTK tersebut dilaksanakan selain untuk memenuhi Standar Minimm Laboratorium, juga dharapkan dapat melatih keterampilan mahasiswa dengan memperhatikan pengguna lulusan.

Penyusun menyadari bahwa buku panduan OTK ini masih banyak kekurangan, sehingga mengharapkan masukan yang berupa korekasai maupun saran untuk penyesuaian materi praktikum dengan perkembangan ilmu dan teknologi. Untuk itu penyusun mengucapkan terimakasih semoga buku panduan praktikunmini dapat membantu mahasiswa dalam melakukan praktikum.

Yogyakarta, Agustus 2018 Ketua Tim Penyusun,

Ani Purwanti, S.T., M.Eng.

iii DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... iii

PROSEDUR PELAKSANAAN DAN TATA TERTIB ... 1

BAB I PERCOBAAN DISTILASI ... 2

BAB II PERCOBAAN EFFLUX TIME ... 5

BAB III PERCOBAAN ALIRAN FLUIDA ... 8

BAB IV PERCOBAAN PRESSURE DROP ... 19

BAB V PERCOBAAN FILTRASI ... 23

BAB VI PERCOBAAN DIFUSIVITAS INTEGRAL ... 29

BAB VII PERCOBAAN KOEFISIEN TRANSFER MASSA ... 32

BAB VIII PERCOBAAN PENGERINGAN ... 35

BAB IX PERCOBAAN PERCOBAAN LEACHING ... 38

BAB X PERCOBAAN EKSTRAKSI ... 42

BAB X PERCOBAAN EKSTRAKSI ... 44

1

PROSEDUR PELAKSANAAN DAN TATA TERTIB PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIKIA

1. PROSEDUR

a. Praktikan melakukan registrasi (mengisi daftar hadir, menunjukkan rencana kerja praktikum, menyerahkan kartu tanda lulus test praktikum, menyerahkan laporan praktikum yang lalu, melakukan peminjaman alat dsb.) 15 menit sebelum praktikum dimulai.

b. Praktikan melakukan praktikum dan mencatat dengan mata acara praktikum sesuai jadual dengan diawasi dan dibimbing oleh asisten.

c. Praktikan membersihkan tempat praktikum dan mengembalikan alat dalam keadaan utuh dan bersih seperti semula.

d. Praktikan minta pengesahan data hasil praktikum kepada asisten.

e. Penyusunan laporan bisa dilakukan di rumah untuk dikumpulkan sebelum melakukan praktikum selanjutnya

2. TATA TERTIB

a. Praktikan memakai pakaian bersih dan rapih (bukan kaos), memakai sepatu dan jas praktikum serta membawa serbet.

b. Praktikan bertanggung jawab atas alat-alat yang digunakan dalam praktikum ( harus mengganti apabila terjadi kerusakan atau pecah).

c. Praktikan harus menjaga kebersihan, keamanan dan ketertiban laboratorium (tidak merokok, tidak makan & minum di laboratorium).

d. Apabila tidak bisa mengikuti praktikum pada jadual tersebut, atau gagal dalam melakukan praktikum, diwajibkan lapor petugas agar dapat menetukan jadual pelaksanaan praktikum sebagai pengganti.

e. Mahasiswa dinyatakan lulus praktikum apabila telah menyelesaikan seluruh mata acara praktikum

2 BAB I

PERCOBAAN DISTILASI

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai alat dan mengoperasikan proses pemisahan campuran dengan cara distilasi serta mampu melakukan analisis secara kuantitatif terhadap umpan, hasil atas maupun hasil bawah dari proses distilasi tersebut.

B. SUBSTANSI KAJIAN

Proses pemisahan dengan cara distilasi.

C. MAKSUD PERCOBAAN

Mempelajari unjuk kerja menara distilasi jenis packed tower dengan menentukan tinggi susunan bahan isian (packing) yang diekivalenkan terhadap sebuah plat teoritis (Height Equivalent Teoritical Plate (HETP)) untuk suatu umpan pada kondisi tertentu.

D. DASAR TEORI

Distilasi adalah suatu cara pemisahan larutan menjadi komponen-komponen penyusunya atas dasar perbedaan titik didih dengan menggunakan panas sebagai pemisah atau “separating agent”. Proses distilasi dapat dilakukan apabila ada perbedaan komposisi antara fase uap dan fase cair, yaitu fase uap yang terbentuk mengandung komponen yang lebih mudah menguap dalam jumlah yang relatif lebih banyak bila dibandingkan dengan fase cair. Kalau komponen fasa uap sama dengan komponen fasa cair, maka pemisahan dengan jalan distilasi tidak dapat dilakukan. Pada komposisi tersebut campuran akan mendidih pada suhu tetap, campuran yang demikian disebut sebagai campuran azeotrop. Hal ini misalnya dijumpai pada campuran etil alkohol – air dengan komposisi 89,43% (mole) dan titik didih 78,15^oC.

Ada beberapa jenis alat distilasi misalnya jenis packed tower, jenis sieve tray dsb.

Proses distilasi di laboratorium dan untuk produksi skala kecil biasanya dijalankan secara batch dengan mempergunakan bahan isian. Pengisian bahan tersebut dapat secara teratur atau tidak teratur. Untuk mencapai efisiensi kolom dengan bahan isian yang baik, maka dalam prakteknya timbul beberapa macam bentuk bahan isian, mulai dari bentuk sederhana sampai bentuk komplek. Umumnya bahan isian memerlukan ciri-ciri sebagai berikut:

3

1. Mempunyai luas permukaan cukup besar tiap satuan volume.

2. Mempunyai void volume (volume kosong) cukup besar supaya tekanan arus rendah dan kehilangan tekanan kecil.

3. Mempunyai sifat mudah basah dan tahan terhadap korosi.

4. Bulk density cukup rendah.

5. Relatif kuat dan cukup murah serta tidak mudah bereaksi secara kimia.

Pada percobaan ini dilakukan proses distilisasi dengan menggunakan packed tower dengan refluks total.

E. PELAKSANAAN PERCOBAAN

Dalam percobaan ini akan dipisahkan larutan asam asetat dalam air atau etanol dalam air. Adapun alat yang digunakan adalah jenis packed tower skala laboratorium.

Rangkaian alat, bahan serta cara percobaan sebagai berikut:

1. Bahan

Ada dua pilihan bahan yang digunakan dalam percobaan ini, yaitu : larutan asam asetat dan air, atau larutan etanol dan air.

2. Alat

Rangkaian alat terlihat pada Gambar 1.1. Selain alat-alat tersebut juga diperlukan alat untuk analisis densitas yaitu neraca analitik dan piknometer.

Gambar1.1. Rangkaian alat distilasi

4 Keterangan:

1. Pemanas 4. Kolom yang berisi bahan isian 2. Labu leher tiga 5. Kran pengatur reflux

3. Termometer 6. Pendingin balik/kondensor 3. Cara-kerja

a. Membuat umpan (asetat–air atau etanol–air) dengan fraksi mole tertentu sebanyak 400 cc.

b. Masukkan 350 cc umpan ke dalam labu leher tiga, yang sebelumnya rangkaian telah terpasang rapat (tidak bocor) dan telah dibersihkan.

c. Hidupkan pemanas listrik dan alirkan air pendingin serta putar kran pengatur refluks total.

d. Sambil melakukan analisa sisa umpan (no. 1) untuk menentukan mole fraksinya, perlu diamati/dicatat suhu distilat dan suhu residu serta waktu untuk mencapai suhu konstan.

e. Bila suhu distilat dan suhu residu telah konstan, putar kran pengatur refluks pada posisi distilat tertampung pada penampung distilat.

f. Jika suhu distilat berubah, matikan pemanas listrik dan pindahkan dari tempatnya, sehingga residu segera tidak mendidih lagi.

g. Ambil distilat dari penampung distilat dan ambil residu sebanyak distilat yang tertampung.

h. Kembalikan pemanas listrik pada tempat semula dan hidupkan lagi serta putar kran pengatur refluks pada posisi refluks total.

i. Ulangi pekerjaan no. 5 s/d no. 8 sehingga diperoleh sampel distilat dan sampel residu, cukup untuk dianalisa mole fraksinya.

5 BAB II

PERCOBAAN EFFLUX TIME

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai dan mengoperasikan alat untuk dapat menentukan besarnya konstanta yang ada, serta mampu menentukan besarnya kuantita (waktu pengosongan cairan) dalam rumus empiris tersebut.

B. SUBSTANSI KAJIAN

Waktu pengosongan cairan dalam tangki (efflux time).

C. MAKSUD PERCOBAAN

Menentukan waktu efflux teoritis, serta mencari faktor koreksi yang diperlukan untuk mencari harga efflux time sebagai fungsi diameter pipa dan panjang pipa.

D. DASAR TEORI

Efflux time adalah waktu pengosongan cairan dalam tangki melalui pipa vertikal pada dasar tangki karena gaya beratnya sendiri. Sebagian besar industri kimia menggunakan tangki sebagai penampung cairan. Untuk mengalirkan cairan dari tempat penampungan dapat dipergunakan pompa atau dengan memanfaatkan gaya beratnya sendiri yang terjadi karena adanya beda ketinggian.

Adapun faktor-faktor yang berpengaruh terhadap waktu pengosongan cairan dalam tangki (t) adalah tinggi cairan di dalam tangki (h), panjang pipa (l), diameter pipa (Dp), diameter tangki (Dt), percepatan grafitasi (g), viskositas cairan (), dan densilas cairan().

Persamaan-persamaan yang dipakai:

1. Untuk aliran laminer, Re < 2100 Waktu efflux dinyatakan dengan:

L H

L H fgr

t LR

+

= +

2 1 4

2

1 8 ln

….…...……… (2.1)

2. Untuk aliran turbulen, Re > 2100 Waktu efflux dinyatakan dengan:

6

37 2 34

2 1 2

1 ( ) ( )

3

7 H L H L

r

t = R + + − + ..…...…….………..…. (2.2)

Dengan

47

34 34 34

34

2 0791 , 0











=

r gp

r  L

……….…… (2.3) dan

3. Besarnya bilangan Reynold:





vd

R_e = ………... (2.4)

Dengan

L = panjang pipa

H1 dan H2 = tinggi permukaan larutan dari dasar tangki sebelum dan sesudah pengukuran waktu efflux (cm)

t = waktu efflux

R = jari-jari tangki (cm) r = jari-jari pipa

 = viskositas larutan

 = densitas larutan d = diameter pipa (cm)

g = percepatan gravitasi = 980 cm/det² Data-data yang diperlukan:

1. Densitas larutan sebagai petunjuk tera dahulu alat ukur densitas dengan aquadest.

2. Viskositas larutan dengan alat pengukur viskositas cara Oswald Petunjuk pergunakan rumus

aquadest aquadest

aquadest laru laru

laru p t

t

p 

 _tan = ^{tan tan} ... (2.5) 3. Kecepatan aliran larutan garam dalam pipa didekati dengan rumus

p n

p d t

H H D t

d H H D A

v Q ₂^{1 2}

2 2

2 1

2 ( )

) 4 / (

) (

) 4 /

( − = −

=

= 

 ………. (2.6)

dengan Dn = diameter tangki

7 E. PELAKSANAAN PERCOBAAN

Dalam percobaan ini akan dilakukan pengosongan cairan dalam tangki vertikal yang berisi larutan garam.

1. Bahan

Bahan yang digunakan yaitu garam dapur, aquadest, dan air 2. Alat

a. Alat utama

Gambar 2.1. Rangkaian alat efflux time Keterangan:

1. Tangki 3. Pipa kaca 2. larutan garam 4. Penampung b. Alat bantu yang digunakan

a.) Viskosimeter d.) Jangka sorong b.) Piknometer e.) Penggaris c.) Stop watch

3. Cara Kerja

Membuat larutan garam dengan perbandingan yang sudah ditentukan, lalu masukkan pada bejana dengan posisi pipa ditutup terlebih dahulu. Catat H1, H2, H3, H4, dan H5 dengan H tetap, buka kran bersamaan dengan hidupkan stop watch matikan stop watch jika ketinggian sudah mencapai H2 dan tutup kembali ujung pipa catat waktunya untuk setiap H, ulangi percobaan sampai H5.

Percobaan diulangi lagi dengan cara yang sama untuk diameter pipa dan panjang pipa yang berbeda-beda.

8 BAB III

PERCOBAAN ALIRAN FLUIDA

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai dan mengoperasikan proses aliran fluida melalui alat – alat untuk mengalirkan fluida seperti pipa, kran, pompa, serta mampu melakukan pengukuran variabel – variabel untuk menetapkan parameter unjuk kerja atau karakteristik dari peralatan tersebut.

B. SUBSTANSI KAJIAN

Aliran fluida melalui system pemipaan.

C. MAKSUD PERCOBAAN

Mempelajari pengukuran dengan menggunakan alat ukur aliran fluida (orifice dan rotameter), dan menentukan karakteristik alat untuk megalirkan fluida ( kran dan pompa) dan mempelajari kehilangan gesekan pada sistem pemipaan.

D. DASAR TEORI

Teknologi kimia merupakan ilmu teknik untuk melaksanakan/konversi dari bahan-bahan, pada prinsipnya mempelajari tentang pelaksanaan atau pengoperasian proses dan penciptaan proses untuk merealisasikan konversi tersebut. Salah satu perbendaharaan pengetahuan yang penting untuk dimiliki dalam melaksanakan perubahan tersebut adalah penanganan bahan-bahan proses, khususnya transportasi bahan (pemindahan bahan dari satu tempat ke tempat lain).

Dalam industri kimia, bahan-bahan yang mengalami pemindahan sering berupa fluida. Hal ini karena penanganan fluida relatif lebih mudah, sederhana dan juga lebih ekonomis. Untuk bahan yang berupa fluida atau yang dapat diperlakukan seperti fluida, salah satu cara pemindahannya adalah mengalirkan bahan yang bersangkutan melalui saluran tertutup, umumnya saluran tersebut mempunyai penampang lingkaran dan sering disebut pipa.

Pipa dapat terbuat dari besi/baja, tembaga, plastik dan lain-lainnya. Rangkaian sarana pemipaan beserta perlengkapannya yang terstrukturkan sedemikian rupa sehingga dapat mengakomodasikan perpindahan fluida disebut sistem pemipaan. Perlengkapan-

9

perlengkapan yang dimaksud dalam sistim pemipaan sering dikenal sebagai alat-alat transportasi fluida, yang antara lain mencakup pompa, kran, fitting dan sebagainya.

Dalam percobaan ini akan dipelajari mengenai karakteristik dari suatu sistim pemipaan beserta komponen-komponen yang terdapat di dalamnya dengan berdasarkan pada hukum kekekalan massa dan energi.

Fluida didefinisikan sebagai zat yang tidak dapat menahan perubahan secara permanen yang disebabkan oleh gaya-gaya dari luar. Sifat fisis dari suatu fluida dapat didefiniskan dengan berdasarkan pada tekanan, suhu, densitas dan viskositas, sehingga secara umum fluida dapat digolongkan ke dalam gas dan cairan. Berdasarkan pengaruh tekanan terhadap volumenya, fluida dapat digolongkan menjadi dua golongan:

1. Fluida yang dapat dimampatkan (compressible fluid) 2. Fluida yang tak dapat dimampatkan (incompressible fluid)

Pembicaraan selanjutnya hanya menyangkut incompressible fluid.

Pengetahuan tentang aliran fluida mencakup dua hal yang penting, yaitu fluida statik dan fluida dinamik. Fluida statik adalah suatu fluida yang diam dalam keadaan setimbang dan tak ada gaya gesek, sedang fluida dinamik adalah fluida yang dalam keadaan dimana bagian-bagian dari fluida saling bergerak secara relatif satu terhadap yang lainnya. Pada fluida dinamik dapat diberlakukan hukum kekekalan massa dan energi.

Secara umum hukum kekekalan massa untuk sistem aliran fluida dapat dinyatakan sebagai berikut:

(akumulasi massa dalam sistem persatuan waktu) = (laju alir massa masuk sistem per satuan waktu) – (laju alir massa keluar sistem per satuan waktu).

... (3.1)

Bila sistemnya dalam keadaan steady state maka akumulasi massa dalam sistem sama dengan nol sehingga laju alir massa masuk sama dengan laju alir massa keluar.

2 2 2 1

1 1 2

1 V

A V

w A

w 

 =

=

= ……… (3.2)

dimana :

 = kecepatan rata-rata fluida (cm/det) A = luas penampang aliran (cm²) V = volume spesifik fluida (cm³/g)

10 w = laju alir massa fluida (g/det)

Persamaan (3.2) dikenal sebagai persamaan kontinuitas. Untuk sistem yang isotermal dan fuidanya incompressible:

v1 = v2

Sehingga persamaan (3.2) menjadi :

v1.A1 = v2.A2 = Q1 = Q2 ………. (3.3) dimana : Q = laju alir volume fluida (cm³/det).

Suatu sisem aliran fluida dikatakan steady state bila:

1. Fluida yang mengalir ke dalam sistem seragam dalam sifat dan kecepatan serta tak tergantung dengan waktu.

2. Fluida yang mengalir keluar sistem seragam dalam sifat dan kecepatan serta tak tergantung dengan waktu.

3. Sifat-sifat fisik fluida pada berbagai titik di dalam sistem tetap terhadap waktu.

4. Laju alir massa yang masuk dan keluar sistem sama.

5. Kecepatan penambahan panas dan kerja yang dilakukan tetap sepanjang waktu.

Secara umum bentuk hukum kekekalan energi untuk perpindahan fluida dalam sistim perpipaan dapat dinyatakan sebagai berikut:

(en. Dalam + en. Potensial + en. Tekanan + en. Kinetik)1 = (en. Dalam + en.

Potensial + en. Tekanan + en. Kinetik)2 + (en. Kerja + en. Panas + en. Yang hilang akibat

gesekan). ………. (5.1)

Persamaan (5.1) jika dinyatakan dalam bentuk matematis untuk energi per satuan massa akan diperoleh persamaan sebagai berikut :

) ( ) 2 (

2

F q w g z

g g v P

c c

− + +

−

=

 +

 +

 ……...……….. (5.2)

Bila tak ada kerja dan panas hilang (proses adiabatis), maka persamaan (5.2) menjadi persamaan “Bernoulli” dan dapat dinyatakan dalam sistim S.I.

g hL

g g z p g

z p

2 2 ²

2 2 2

1 1

21 = + +

+^



 ………...…….. (5.3)

dimana:

v = kecepatan rata-rata fluida (cm/dt) P = tekanan statis

z = ketinggian dari “garis acuan/datum plane” (cm)

11 hL = “head loss” akibat gesekan (cm) ρ = density fluida (gr/cm³)

g = percepatan grafitasi (981 cm/dt²) gc = faktor konversi (1 gr cm/dt² dyne)

Penurunan persamaan (5.2) dan (5.3) didasarkan pada anggapan:

1. fluida incompressible 2. keadaan steady state

3. proses isotermal (tak ada perubahan energi dalam, E = 0) 4. tak ada akumulasi

5. per satuan massa

Kehilangan energi akibat gesekan (head loss) pada suatu rangkaian perpipaan dapat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu :

1. Yang disebabkan oleh adanya tahanan viskous yang terbentang sepanjang rangkaian.

2. Yang terjadi karena adanya efek-efek lokal seperti kran, belokan dan perubahan tiba-tiba pada luas penampang aliran.

Total head loss untuk suatu rangkaian perpipaan merupakan gabungan dari kedua- duanya dan sangat berkaitan dengan “faktor gesekan” dalam pipa tersebut.

Bantuan umum dari persamaan yang digunakan untuk menentukan head loss adalah “persamaan DARCY – WEISBACH” :

g v D f L g h_L P

2

2



 



= 

= 

 ……...………. (6.1)

dimana:

P = P1 – P2 = perbedaan tekanan antara kedua ujung pipa (dyne/cm2).

f = faktor gesekan L = panjang pipa (cm)

D = diameter dalam pipa (cm)

Untuk aliran laminer head loss dapat ditentukan dengan menggunakan

“persamaan Hagen – Poiseulle” : tg

D v h_L 32₂L.

= ………...……….. (6.2)

12

Jika persamaan (6.2) digabungkan dengan persamaan (6.1) dapat digunakan untuk menentukan faktor gesekan pada aliran laminer didapat :

Re

= 64

f ; Re < 2100 ………...………..(6.3) Untuk aliran turbulen (bergolak), faktor gesekan dapat diperkirakan dengan

“persamaan Blasius” :

34

Re 0791 ,

= 0

f ; 4.000 < Re < 100.000 ………... (6.4) Faktor gesekan f juga dapat ditentukan dengan menggunakan nomogram

“Moody”, dimana f merupakan fungsi dari bilangan Reynold dan kekasaran pipa.

Dengan dasar persamaan (6.1), total head loss untuk suatu rangkaian perpipaan dapat dinyatakan dengan 2 cara:

1. Dengan mengekivalensikan seluruh perlengkapan yang ada pada sistim perpipaan menjadi suatu panjang ekivalen dengan panjang pipa lurus:

g D

Le L h_L f

2 ) ( + ²

= ………...………. (6.5)

L = Panjang pipa lurus (cm)

Le = panjang ekivalen dari perlengkapan seperti fitting, kran dsb. (cm)

2. Dengan memisahkan gesekan untuk pipa lurus dan gesekan untuk fitting, dan memasukkan suatu faktor yang bergantung pada jenis fitting masing-masing :

K g D f L h_L

2

2 1





 



 +

= ………...…. (6.6)

L = panjang pipa lurus (cm)

D = diameter pipa bagian dalam (cm)

K1 = koefisien kehilangan untuk masing-masing fitting

Persamaan (6.5) dan (6.6) digunakan untuk mempermudah perhitungan dalam menganalisa karakteristik perlengkapan fluida, seperti mempelajari karakteristik belokan, ekspansi tiba-tiba kontraksi tiba-tiba. Dari persamaan-persamaan di atas dapat diturunkan beberapa perhitungan teoritis untuk head loss akibat perlengkapan- perlengkapan dalam aliran fluida.

Contoh:

1. Head loss yang disebabkan karena adanya kran:

13 K g

h_{L v} 2

2

= ………...…………. (6.7)

harga Kv tergantung pada jenis kran besarnya kran yang ada.

2. Head loss akibat belokan:

K g h_{L b}

2

2

= ………...…… (6.8)

Harga Kb tergantung pada besarnya jari-jari belokan terhadap jari-jari pipa.

3. Head loss akibat kontraksi tiba-tiba:

K g h_{L c}

2

22

=  ………...……… (6.9)

2 = kecepatan rata-rata fluida dalam penampang aliran yang kecil (cm/dt)

Harga Kc merupakan fungsi dari perbandingan luas penampang aliran yang kecil dengan luas penampang aliran yang besar dan bilangan Reynold dalam kedua penampang aliran.

4. Head loss ekspasi tiba-tiba:

2

2 1 2

1 2 2

1 1

2 2

)

( 



 



 −

= 



−

= 

A A g

h_L g ………...…. (6.10)

1 = kecepatan rata-rata fluida dalam penampang aliran yang kecil (cm/dt).

2 = kecepatan rata-rata fluida dalam penampang aliran yang besar (cm/dt) A = luas penampang aliran (cm²)

Dalam industri kimia, sebagai penggerak fluida sering dipakai pompa sentrifugal karena memiliki beberapa keuntungan antara lain, besarnya laju alir dapat diatur dengan kran tanpa mempengaruhi pompa. Karakteristik pompa sentrifugal meliputi:

1. Kapasitas (Q)

Kemampuan pompa untuk mengalirkan fluida per satuan waktu (m³/dt) 2. Develop Head (h)

Tinggi tekan tekanan yang diperoleh fluida karena kerja pompa (m) Pg

P H P^d − ^s

= ………...……….. (7.1)

Pd = tekanan fluida setelah keluar pompa (N/m²) Ps = tekanan fluida sebelum masuk pompa (N/m²)

14 3. Fluid Horse Power (FHP)

Energi yang diperoleh fluida karena kerja pompa (HP) P HP

P FHP Q ^{d s}

45 ) (



= − ……….. (7.2)

Q = laju alir volum (m³/dt) 4. Break Horse Power (BHP)

Energi yang digunakan untuk menggerakkan pompa

BHP = 1,34 x skala wattmeter (dalam kilowatt) …………...…… (7.3) Efisiensi

Ratio perbandingan FHP dan BHP (%) BHP

= FHP

 ………... (7.4)

Pada bagian ini akan dikembangkan mengenai uraian dari alat ukur aliran fluida yang dipakai dalam percobaan ini, yaitu :

1. Manometer pipa-u

Bila persamaan (5.3) diterapkan pada sistim pipa-u yang berisi fluida tak termampatkan dan tak terjadi aliran, maka persamaan (5.3) akan terjadi :

Z1g + Vp1 = z2g + Vp2 ………...……….. (8.1) p = -

v z

? g = -  z g =  (z1 – z2) g ………...….. (8.2)

hL = g p



? = (z1 – z2) ………... (8.3)

dimana:

V = volume spesifik fluida (gr/cm³) z = tinggi permukaan fluida (cm)

Persamaan (8.2) dapat digunakan untuk menurunkan suatu persamaan yang berlaku pada manometer pipa-u (gambar 8.1). dengan menggunakan persamaan (8.2), maka tekanan pada titik b :

Pb = P2 + (zd – zc)  A g + (zc – zb)  b g ……….. (8.4) Pb = Pa = P1 + (ze – za)  B g ………...(8.5)

15

Gambar 3.1 Manometer pipa-u

Karena ze = zd dan za = zb maka gabungan antara persamaan (8.4) dan (8.5) menjadi :

P = P1 – P2 = (zc – zb) (B – A) g ……….…………. (8.6)

= R (B – A) g ………. (8.7)

2. Orifice Meter

Orifice adalah lubang pada sebuah lempeng yang dipasang tegak lurus pada arah alir di dalam pipa. Selisih tekanan yang timbul digunakan untuk mengukur besarnya aliran yang lewat. Pada lubang orifice, luas penampang mendadak menjadi kecil dan energi kinetik menjadi besar. Sesudah lewat lubang, luas penampang aliran lebih dahulu mengecil kemudian menjadi besar, akhirnya memenuhi pipa. Tempat segera sesudah lubang dimana terjadi penyempitan aliran tersebut “Vena contracta”.

3.2. Orifice meter

Segera sesudah orofice aliran “terlepas” dari dinding dan ditempat tersebut terjadi banyak turbulensi, yang menyebabkan banyak energi yang hilang sehingga tekanannya akan turun bila dibandingkan sebelum orifice. Dengan menggunakan persamaan kontinuitas dan persamaan “Bernoulli”, dapat diturunkan suatu persamaan untuk orofice meter sebagai berikut:

16

0 2 2 1

) ( 1

) (

2

A A

p A p

C w _{d c}

−

−

=  ………...…… (8.8)

dimana:

w = laju alir massa fluida (gr/dt)

Cd = koefisien buang orifice meter, yang tergantung pada Ao/A, ukuran pipa dan letak “tap” manometer.

A0 = luas penampang lubang orifice meter (cm²) A = luas penampang pipa bagian dalam (cm²) p = tekanan fluida (dyne/cm²)

3. Rotameter

Rotameter adalah alat pengukur aliran yang terdiri atas sebuah pipa dengan sebuah pelampung di dalam pipa.

Gambar 3.3. Rotameter

Tekanan sebelah bawah pelampung sepanjang pipa itu tetap p1 dan tekanan dari atas tetap p2, sehingga selisih tekanan melewati pelampung tetap p1 – p2. Dengan demikian gaya terhadap pelampung setimbang dengan berat semu pelampung.

Kalau laju alir membesar, pelampung akan didesak ke atas sehingga luas penampang anulus sesuai dengan besarnya laju alir. Kesetimbangan dapat ditulis sebagai berikut:

F = (p1 - p2) Ap

F = Vp g (p - c)

(p1 – p2) Ap = Vp g (p - c) ………... (8.9)

kalau persamaan (8.9.) disubstitusikan ke dalam persamaan (8.8) dan dengan melakukan penyederhanaan persamaan yang diperoleh, maka akan didapat suatu persamaan untuk rotameter sebagai berikut:

17

p c p p c p

t A

g A V

A Cr

w 2 ( )

)

(   −

−

= ………...…… (8.10)

dimana:

w = laju alir massa fluida (gr/dt) Cr = koefisien rotameter

Ap = luas penampang terbesar pelampung (cm²)

At = luas penampang tabung pada tempat pembacaan (cm²)

c = density cairan (gr/cm³)

p = density pelampung (gr/cm³) Vp = volume pelampung (cm³)

E. PELAKSANAAN PERCOBAAN 1. Bahan

Bahan yang digunakan yaitu Air 2. Alat

a. Alat utama

Gambar 3.4. Rangkaian peralatan percobaan Aliran Fluida Keterangan gambar

1. Tangki air (reservoir) 5. Rotameter

2. Pompa 6. Manometer pompa

3. Kran pompa 7. Manometer kran 4. Orifice meter 8. Manometer orifice b. Alat Bantu proses

a.) Gelas ukur c.) Stop watch e.) Termometer b.) Jangka sorong d.) Roll meter

18 3. Cara kerja

a. Periksa ini air dalam reservoir apakah sudah cukup atau belum dan periksa semua sambungan bila ada yang bocor segera diperbaiki.

b. Periksa kedudukan kran dan putar pada kedudukan terbuka penuh untuk menghindari tumpahnya air raksa (Hg) dari manometer bila pompa dihidupkan.

c. Hidupkan pompa pada tegangan tertentu ( 100 volt).

d. Dengan mengubah kedudukan kran dari terbuka penuh kemudian ditutup sedikit demi sedikit, amatilah kedudukan air raksa manometer dan pelampung rotameter untuk masing-masing perubahan kedudukan kran. Pengamatan dilakukan minimum dua kali dan catatlah perubahan tinggi air raksa dan tinggi pelampung serta periksa laju alir volum (debit) untuk setiap perubahan kedudukan kran.

e. Ukur temparetur air untuk menentukan density dan viskositas air dengan menganggap air yang digunakan adalah air murni.

f. Ukur diameter dalam, diameter luar dan panjang pipa lurus serta hitung semua belokan pipa.

19 BAB IV

PERCOBAAN PRESSURE DROP

A. KOMPETENSI

Mampu mengoperasikan peralatan dan melakukan pengukuran variable variable untuk menyusun persamaan empiris hubungan penurunan tekanan aliran fluida dengan kuantita-kuantita yang mempengaruhinya.

B. SUBSTANSI KAJIAN

Pengolahan data percobaan yang dilakukan untuk menyusun persamaan empiris dan menentukan konstanta-konstanta yang ada dalam persaman tersebut, serta penggunaan persamaan tsb dalam percobaan.

C. MAKSUD PERCOBAAN

Menyusun persamaan empiris penurunan tekanan aliran fluida di dalam pipa horizontal, menentukan nilai konstanta-konstanta yang ada dalam persamaan tersebut dengan cara mengolah data percobaan yang dilakukan.

D. DASAR TEORI

Berdasarkan neraca energi untuk fluida yang incompressible ( = tetap), sifat ini banyak dimiliki oleh cairan, pada keadaan isothermal dapat dituliskan:

w t

l w g Z

g g v

P+ +  =− −

 2

2

 ………...….. (1)

atau dapat dituliskan sebagai:

F w g Z

v g

P  + = − −

 +





2

………... (2)

P = penurunan tekanan

v = penurunan kecepatan aliran fluida

Z = beda tinggi

 = massa jenis cairan g = gaya gravitasi bumi

w = tenaga yang diberikan oleh pompa persatuan berat fluida F = tenaga gesek persatuan berat fluida

20

Persamaan (1) dan (2) dikenal dengan persamaan Bernoulli.

Masing-masing kelompok pada persamaan (1) dan (2) berdimensi panjang dan disebut dengan head. Kelompok P/g disebut dengan pressure head, kelompok v²/g disebut dengan velocity head, dua kelompok Z disebut statik head. Informasi mengenai tenaga gerak l, atau tenaga persatuan berat fluida (F) sangat diperlukan dalam mempelajari peristiwa aliran fluida dalam pipa.

Gaya gesek yang dialami oleh fluida yang mengalir di dalam pipa adalah : 2

' DLv² F f 

= ………...……….… (3)

Energi yang dibutuhkan untuk melawan gaya gesek pada jarak L persatuan massa fluida yang masuk atau yang keluar pipa adalah:

D LV f xD

F m I I

L L D w w

2 '

2

2 4

=

=

=

 

 ………...…. (4)

bila f = 4 f’ ………... (5)

maka persamaan (5) dapat dituliskan menjadi D

Iw fLv 2

= 2 ………...……….… (6)

Atau gD F fLv

2

= 2 ………...………. (7)

Besarnya nilai F atau l, untuk suatu sistim aliran tertentu sangat dipengaruhi oleh jenis fluida yang mengalir (,), jenis pipa dan dimensi pipa (, D, L), dan kecepatan aliran fluida (v). Hubungan antara nilai F atau l, dengan perubah-perubah yang mempengaruhi sangat kompleks dan sulit dinyatakan dalam bentuk hubungan yang eksak. Oleh sebab itu untuk menyatakan digunakan persamaan impiris yang didasarkan atas data percobaan laboratorium. Secara matematis hubungan antara l, dengan peubah- peubah yang mempengaruhi dapat dinyatakan dengan :

r n e c b

w KDaL v

I =    ………...………….. (8)

Bila dinyatakan dalam dimensi fundamental mLt persamaan (9) dapat dituliskan:

v2

D D L K vD

I

c n b

w 



 



  



 



 



 



= 



 ………...….. (9)

21 untuk F dapat dinyatakan sebagai berikut:

g

F = I^w ……….. (10)

E. PELAKSANAAN PERCOBAAN

Percobaan akan dilakukan dengan menggunakan air yang dialirkan dalam pipa horosontal yang dilengkapi dengan peralatan pengukur penurunan tekanan.

1. Bahan:

Bahan yang digunakan yaitu air (sebagai fluida yang dialirkan dalam pipa) dan aquadest (sebagai fluida standar untuk menentukan densitas dan viskositas).

2. Alat

Gambar 4.1 Rangkaian alat percobaan penurunan tekanan Keterangan gambar:

1. Sumber air 5. a&b) kran pengatur aliran

2. Tangki penampung air 6. Pipa yang diamati penurunan tekanannya 3. Pipa pemasukan 7. Pipa plastik sebagai manometer terbuka 4. Papan berskala

3. Cara kerja

a. Tentukan densitas dan viskositas air yang digunakan sebagai fluida

b. Ukurlah diameter dan panjang pipa yang dipilih, kemudian disambungkan dengan pipa pemasukan aliran

c. Isilah tangki penampung air sampai overflow (kran 4 a & b ditutup)

22

d. Bila keadaan overflow sudah tercapai, kran 4 a & b diatur sedemikian rupa sehingga diperoleh kecepatan aliran dalam pipa pengamatan mantap (steady state).

e. Setiap kecepatan aliran betul-betul mantap, ukurlah debit air yang melewati pipa pengamatan.

f. Bacalah beda ketinggian air pada pipa manometer

g. Lakukan dengan cara yang sama untuk variasi debit (kecepatan aliran), variasi diameter pipa dan variasi panjang pipa.

23 BAB V

PERCOBAAN FILTRASI

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai alat dan menjalankan proses pemisahan campuran dengan cara filtrasi serta mampu melakukan pengukuran variable-variable untuk menetapkan parameter unjuk kerja alat filtrasi

B. SUBSTANSI KAJIAN

Proses pemisahan padat-cair dengan cara filtrasi menggunakan plate and frame filter press.

C. MAKSUD PERCOBAAN

Mempelajari unjuk kerja alat filtrasi dengan menghitung nilai konstante filtrasi (Cv), volume ekivalen(Ve), volume optimum (Vopt) dan waktu siklus optimum (topt).

D. DASAR TEORI

Filtrasi adalah operasi pemisahan campuran heterogen antara cairan dengan partikel padatan dengan menggunakan medium penyaring yang meneruskan cairannya dan menahan padatannya.

Pada semua jenis filtrasi, slurry (campuran partikel padatan dan cairan) mengalir karena adanya gaya dorong (driving force) antara lain gravitasi, tekanan (vacum), atau gaya sentrifugal. Media penyaring akan menahan padatan dan membentuk cake yang berfungsi sebagai penyaring yang sebenarnya.

Operasi Cara paling sederhana unuk mengoperasikan filter press adalah memberikan tekanan penuh pada awal filtrasi, dan tekanan dijaga konstan selama proses.

Jika tekanan awal tinggi partikel pertama yang menempel kain saring akan menempel kuat dan permeabilitasnya akan rendah sehingga aliran akan lambat. Sebaliknya jika beda tekanan awal rendah, maka filtrasi awal tidak jernih, tetapi dengan terbentuknya cake, makin lama makin bening dan kecepatan filtrasi lebih besar dengan cake yang lebih mudah dipisahkan dari kainnya.

Perhitungan filter: h

1. Neraca energi dapat disederhanakan menjadi persamaan Bernoulli, yaitu :

24 2 0

2 + + =

+



 +

We

g F Z v P

 ……… (1)

dimana harga Z = 0; v = 0; We = 0, maka persamaan Bernoulli menjadi:

2 0 . . ²

=

 =

gD v L f P

 ; dimana F =

gD v L f

2 . . ²

gD v L f P

2 . . ²

 =

 ………. (2)

Filtrat melalui cake yang porous dan saluran yang halus sehingga dianggap alirannya laminer.

f = Re

64 ……… (3)



vD R_e . .

= ; maka f = D v.

. 64



 ………. (4)

sehingga persamaan menjadi : . 2

. . . . 32

D g

v P L



= 



− ……….. (5)

( )

L P D

v g −

= .

. 32

. . ²



 ……….. (6)

dimana :

v = kecepatan slurry

 = viskositas slurry L = tebal cake F = koefisien gesek 2. Neraca Massa

Massa solid dalam cake = massa solid dalam slurry. Dapat dinyatakan dengan : (l – X).L.A.s =

( )

x l

x A L X V

− + . . .

………. (7) dimana:

X = porositas A = luas cake L = tebal cake

 = densitas filtrat

25

s = densitas solid X = fraksi massa

3. Hubungan waktu dengan volume filtrat Persamaan 7 dapat diubah menjadi:

L = ^A



s

(

1 ^x

)(

^V1 ^xX

)

.^x.^X



. .







−

−

− ………. (8)

V =

( )( )

L x A

X x X

s x

. . .

. . 1

1





 − − −

( )  ( )( ) 







 . .

..

. 1

. 1 . ²

x V

x X X x K P

dt

dV _{t s} − − −

 

= − =

V C A P

v c

. .2

2 

………… (9)

atau:

dt = dV

P A

V C

c

v .

) (

. 2

2 − ………. (10)

dimana : Cv =

} . . ) 1 )(

1 ( .{

2

. .

x X X

x K

x

s 







−

−

− ………. (11)

Apabila Vc = volume filtrat yang memberi penahan, maka : V = V + Ve dan persamaan 9 menjadi:

) (

2

)

2(

e

v V V

C P A dt

dV

+

= 

e v

v V

P A V C P A

C dV

dt .

) ( . 2

) ( 2

2

2 + −



= − ...………. (12)

Dengan intercept dan slopenya.

Intercept = ^v V_e P A

C .

) ( 2

2 − Slope =

) ( 2

2 P

A C_v



−

Bila besarnya slope dan intercept diketahui maka besarnya harga Cv dan Ve dapat dihitung karena A dan P diketahui.

Mencari harga V optium dan t optium

ts = tf + tw + tp ……… (13)

Persamaan (12) diintegralkan dengan t = tf diperoleh :

26

tf = .( 2 . )

) (

2

2 e

v V VV

P A

C +



− ……… (14)

dan tw = Vw

dV dtf

akhir

 .

 

 ……… (15)

maka :

tw = . ( )

) ( 2

2 w e

v V V V

P A

C +



− ……… (16)

Bila K

V V_w

= , maka Vw = K.V ……… (17) Sehingga persamaan diperoleh :

ts =

 (

^K

)

^{V K VV}



^tp

P A

C

e

v + + + +



− . 2 1 2( 1) . )

(

2

2 ……… (18)

Jika kondisi optium v/ts maksimal atau ts/V minimal, ) 0

/

( =

dV v ts

d , maka didapat

0 = ( )

) 1 2 ( )

( ) 1 2 (

2 2 2

2 A P

K C V

tp V

tp P A

K

C_{v v}



−

= +

−

 −

−

+ ………. (19)

Vopt =

( )

12 2 2

1

) . (

2

1 



 



 −



 





+ C_v

P A K

tp

Dari persamaan (14), (16) dan (18) didapat:

tops = ^v V_ops V_optV_w V_eV_w t_p P

A

C + + +



− .( ) 2( . . ) )

(

2

2

dimana :

Cv = Konstanta filtrasi (gr cm² dt/ml²) Ve = Volume ekivalen (ml)

Vopt = Volume optimum (ml) topt = Waktu optimum (detik) ts = waktu siklus (detik) tf = waktu filtrasi (detik) tw = waktu pencucian (detik) tp = waktu bongkar pasang (detik)

27 E. PELAKSANAAN PERCOBAAN

1. Bahan

Bahan yang digunakan yaitu kalsium karbonat, aquades, dan pewarna 2. Alat

a. Alat utama

Gambar 5.1. Rangkaian alat filtrasi Keterangan gambar:

1. Bejana suspensi berpengaduk 5. Manometer 2. Bejana air cucian 6. Filter press

3. Pompa 7. Penampung filtrat

4. Kran (a, b, c, dan d) b. Alat bantu yang digunakan

a.) Gelas beker c.) Stopwatch e.) Spektrofotometer b.) Gelas ukur d.) Tabung reaksi

3. Cara kerja

a. Pembuatan slurry CaCO3

a.) Ditimbang 500 gram CaCO3 kemudian ditambahkan 7 liter air (menurut petunjuk asisten)

b.) Tambahkan 1,5gram zat warna kemudian diaduk sampai sampai homogen b. Percobaan

a.) Masukkan slurry CaCO3 ke dalam tangki umpan, dan Tangki yang satu lagi diisi dengan air cucian.

b.) Hidupkan pengaduk listrik yang ada pada tangki umpan.

c.) Kran umpan dibuka, pressure drop dijaga konstan dengan pengatur kran recycle.

28

d.) Filtrat ditampung dengan gelas ukur setiap 200 cm³ dicatat waktunya.

e.) Filtrasi dihentikan setelah tidak ada lagi filtrat yang keluar.

c. Pencucian dan pengujian warna

a.) Membuka kran air pencuci dan menampung air cucian dengan gelas beker.

b.) Mencatat waktu setiap jumlah tertentu air yang ditampung.

c.) Mengambil setiap jumlah tertentu air sebagai sampel untuk diukur panjang gelombangnya.

d.) Pencucian berhenti setelah air cucian relatif konstan, yaitu setelah diperoleh perbandingan yang konstan antara tinggi larutan sntandart dengan tinggi air cucian.

e.) Dari grafik hubungan antara panjang gelombang air cucian dengan larutan standart didapat konsentrasi.

29 BAB VI

PERCOBAAN DIFUSIVITAS INTEGRAL

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai dan mengoperasikan peralatan dan melakukan pengukuran variable variable untuk menentukan difusivitas cairan.

B. SUBSTANSI KAJIAN Difusi cairan melaui cairan C. MAKSUD PERCOBAAN

Menentukan nilai koefisien difusi asam oksalat dan membuat grafik hubungan antara konsentrasi asam oksalat dengan waktu yang digunakan untuk difusi

D. DASAR TEORI

Proses difusi adalah proses transfer massa yang dipengaruhi gaya dorong (“driving force”). Transfer massa adalah gerakan-gerakan molekul atau elemen fluida yang disebabkan oleh gaya pendorong. Yang termasuk transfer massa adalah difusi molekuler dan difusi olakan. Difusi molekuler adalah transfer massa yang disebabkan oleh gerakan-gerakan molekul secara acak dalam fluida diam. Sedangkan difusi olakan adalah transfer massa yang dibantu oleh dinamika aliran.

Difusivitas cairan bergantung pada konsentrasi, temperatur, tekanan dan kecepatan alirannya.

Difusivitas molekuler merupakan gerakan dari molekul secara individual melewati suatu zat yang disebabkan oleh energinya. Dengan adanya penurunan tekanan, jumlah tumbukan akan berkurang, sehingga kecepatannya akan berkurang. Demikian pula dengan adanya penambahan temperatur akan menyebabkan gerakan molekul bertambah cepat. Difusivitas larutan encer dan non elektrolit dapat diperkirakan dengan persamaan Wilke dan Chang berikut:

( )

6 , 0

3 , 0 8

. 10 .

. 4 , 7

A B B

AB V

T D M



− 

= dimana :

DAB = difusivitas zat cair, cm²/detik.

30 T = suhu absolut, ^oK

 = viskositas larutan, poise

VA = volume molar zat terlarut di dalam zat cair pada titik didih normalnya, cm³/gmole.

B = parameter assosiasi pelarut MB = berat molekul pelarut

Mekanisme terjadinya difusi dari sistim biner (dua komponen) adalah karena adanya fluks massa yaitu banyaknya komponen baik dalam satu satuan waktu. Fluks massa disini adalah sebagai gaya pendorong yang menimbulkan tenaga potensial untuk memindahkan komponen ke arah konsentrasi yang lebih rendah. Gaya dorong ini mengubah kondisi sistim menuju kesetimbangan sampai dimana konsentrasi semua bagian dari sistim sama.

Hubungan dasar difusi molekuler yaitu fluks molar relatif terhadap kecepatan rata-rata molar pertama kali ditemukan oleh Fick untuk sistim isothermal dan isobarik, yaitu:

dx D dC J_AK =− _AB ^A dimana :

JAX = fluks molar A dalam arah X relatif dalam kecepatan molar rata-rata (gmol/cm²dt).

DAB = koefisien difusi untuk komponen A yang mendifusi melalui komponen B (cm²dt).

dCA/dx = gradien konsentrasi dalam arah x (gmol/cm⁴) E. PELAKSAAN PERCOBAAN

1. Bahan

Bahan yang digunakan yaitu asam oksalat, air, larutan NaOH, Aquadest, dan Indikator

2. Alat

a. Alat utama

31

Gambar 6.1. Rangkaian alat difusivitas integral Keterangan gambar :

1. Bejana penyimpan air 4. Bahan isian 2. Pipa plastik 5. Pipa kapiler 3. Katup pengatur aliran

b. Alat bantu yang digunakan

a.) Bejana difusi c.) Alat suntik e.) Alat titrasi b.) Piknometer d.) Timbangan

3. Cara kerja

a. Hitung volume pipa kapiler dari berat dan densitas aquadest.

b. Standardisasi NaOH mengguakan asam oksalat, dengan jalan titrasi.

a.) si pipa kapiler dengan asam oksalat, usahakan tidak ada gelombang udara.

Kemudian tuangkan ke dalam erlenmeyer.

b.) Titrasi asam oksalat dengan larutan NaOH. Catat volume NaOH yang dibutuhkan.

c. Pipa kapiler diisi dengan asam oksalat (X1), kemudian susun dalam bejana difusi.

d. Air dialirkan ke dalam bejana difusi sampai over flow, dan pada saat itu sebagai t

= 0, kemudian setiap selang waktu t menit pipa kapiler diambil dan asam oksalat di titrasi dengan larutan NaOH.

e. Pipa kapiler yang telah kosong tadi diisi dengan asam oksalat (X2) dan lakukan langkah 3a dan 3b.

f. Susunlah pipa kapiler di bejana difusi, setelah pipa kapiler diisi larutan asam oksalat X2 sampai penuh.

g. Asam oksalat dititrasi seperti langkah 4b.

32 BAB VII

PERCOBAAN KOEFISIEN TRANSFER MASSA

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai alat dan menjalankan proses transfer massa padatan ke dalam gas, mampu melakukan pengukuran variabel-variabel untuk menentukan besarnya koefisien transfer massa padatan dalam gas

B. SUBSTANSI KAJIAN

Penentuan koefisien transfer massa padatan dalam gas C. MAKSUD PERCOBAAN

Mengukur koefisien transfer massa padat–gas (kapur barus - udara) pada berbagai tinggi tumpukan padatan (kapur barus).

D. DASAR TEORI

Transfer massa adalah gerakan perpindahan suatu komponen dalam suatu fase ke fase lain. Adanya gerakan komponen tersebut disebabkan oleh gaya pendorong (driving force) yang berupa gradien konsentrasi dari komponen dalam suatu fase. Gaya pendorong ini cenderung merubah kondisi sistim menuju kesetimbangan, dimana konsentrasi disemua bagian dari sistim sama.

Dengan memperhitungkan waktu yang ditempuh selama transfer massa, sehingga kecepatan transfer massa karena gaya pendorong dapat didefinisikan sebagai berikut:

Kecepatan = (perubahan tekanan) x (daya hantar) Daya hantar = (luas) x (koefisien transfer massa)

Disini hanya dibahas transfer massa sistim gas-solid yang dibatasi pada keadaan statis.

Pada keadaan steady state, kecepatan perpindahan massa dari zat padat ke dalam gas dapat dinyatakan dengan persamaan :

)

(C C

dt KC dN

e

a −

= dimana :

dt =

dN kecepatan zat padat yang hilang per satuan waktu (gmol/cm³ det)

33

KCa = koefisien perpindahan massa volumetrik (det^-1) Ce = konsentrasi jenuh zat padat pada interface (gmol/cm³)

Dengan menganggap diameter zat padat tetap pada elemen volume tertentu, maka persamaan menjadi:

KCa =

) ln(

a s

s

C C

C L

G

−

Jika kecepatan perpindahan massa zat padat ke fase gas equivalen dengan pengurangan berat zat padat tiap satuan waktu maka :

G.A (Cz – C4) = t

m

dimana jika C4 = 0 maka didapat : G.A.Cz =

t

m

Persamaan di atas disubstitusikan ke persamaan lain didapat : KCa =

t A G C m

C L

G

s s



 . . ln

Notasi:

A = luas penampang tabung cm² B = konstanta

C = konsentrasi zat padat setiap saat, gmol/cm³ Cs = konsentrasi jenuh zat padat, gmol/cm³ c = konstante

Dg = difusivitas, cm²/det Dt = diameter tabung gelas, cm Ds = diameter zat padat, cm

G = kecepatan linier gas masuk, cm/det

KCa = koefisien transfer massa volumemetris, det^-1 L = tinggi tumpukan zat padat dalam tabung, cm m = mol zat padat yang tersublimasi , gmol

N = banyaknya zat padat yang terbawa aliran gas, gmol/det t = waktu sublimasi

W = massa zat padat, gram

34 E. PELAKSAAN PERCOBAAN

1. Bahan

Bahan yang digunakan yaitu kapur baru dan udara 2. Alat

Gambar 7.1.Rangkaian alat proses perpindahan massa Keterangan gambar:

1. Tabung gelas 3. Kompresor 2. Tumpukan padatan 4. Statif 3. Cara kerja:

a. Merangkai alat seperti pada gambar.

b. Masukkan kapur barus ke dalam tabung gelas dengan ketinggian 3 cm. timbang kapur barus (sebagai berat awal).

c. Masukkan lagi kapur barus ke dalam tabung gelas dan hidupkan kompresor sehingga menjadi aliran udara yang akan menyublimasi kapur barus.

d. Setiap selang waktu tertentu matikan kompresor dan kapur barus ditimbang sebagai berat akhir. Lakukan percobaan 5 kali untuk selang waktu tertentu.

e. Ulangi langkah nomor 2 sampai dengan 4 untuk tinggi tumpukan kapur barus 5 cm dan 7 cm.

f. Ukur diamater tabung dan catat perubahan massa kapur barus awal dan akhir

35 BAB VIII

PERCOBAAN PENGERINGAN

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai alat dan menjalankan proses pengeringan dan mampu melakukan pengukuran variable variable untuk menentukan nilai koefisien kecepatan pengeringan.

B. SUBSTANSI KAJIAN Proses pengeringan C. MAKSUD PERCOBAAN

Mempelajari cara menentukan koefisien kecepatan pengeringan dan mempelajari pengaruh kadar air dalam bahan terhadap kecepatan pengeringan

D. DASAR TEORI

Di dalam industri kimia sering terjadi hal-hal yang berhubungan dengan proses pengeringan dari bahan yang mempunyai kandungan air yang cukup banyak. Ada beberapa cara penghilangan air misal dengan penekanan, pemusingan, dan yang terakhir dengan penguapan ke dalam arus gas panas.

Pada percobaan ini dipilih cara pengeringan dengan arus gas panas, penguapan yang terjadi karena oleh panas yaitu panas sensibel dan panas latent. Panas yang didapat dari udara lebih tinggi dari pada udara yang ada di dalam bahan padat basah, sehingga terjadi transfer panas. Kenaikan ini akan mengakibatkan tekanan dari bahan padat basah naik, apabila tekanan uap air lebih besar dari pada tekanan udara dalam bahan padat basah maka terjadi penguapan.

Pengeringan ada dua macam yaitu secara batch dan kontinyu, operasi secara batch dimana bahan yang dikeringkan berada pada tempat tertentu dalam oven, sedangkan energi panas mengalir terus-menerus di dalam alat pengering. Sedangkan untuk kontinyu baik bahan basah maupun udara panas tergerak secara terus-menerus dalam alat pengering.

Dalam kaitannya perpindahan panas pengeringan dibedakan ada dua macam yaitu secara adiabatik dan non adiabatik (mahasiswa mencari sendiri tentang difinisi ini). Untuk percobaan yang akan dilakukan nanti termasuk non adiabatik, disini kondisi dibuat

36

sedemikian rupa sehingga suhu, kelembaban dan kecepatan serta arah aliran udara yang melintas permukaan pengering konstan (constant drying condition), yang konstan disini adalah arus udara saja, sedang kandungan kebasahan dan faktor-faktor lain di dalam zat padat itu selalu berubah.

Adapun yang harus dicari oleh mahasiswa adalah sebagai berikut:

1. Kecepatan pengeringan R = berat/sat. waktu/sat. luas.

2. Proses kandungan air 3. Koefisien penguapan (Kc)

Kc = R/(Paj – Pa) Pa = Ya . Pt

Keterangan :

R = kecepatan pengeringan Paj = tekanan uap jenuh pada tnet

Pa = tekanan uap jenuh air Ya = metal aramidity Pt = tekanan total

E. PELAKSANAAN PERCOBAAN 1. Bahan

Bahan yang digunakan yaitu kayu silinder berlubang dan bola kayu pejal 2. Alat

Gambar 1. Rangkaian alat percobaan

37 Keterangan gambar :

1. Oven 5. Oven

2. Regulator 6. Thermometer oven 3. Pompa vakum udara 7. Wet bulb thermometer 4. Adaptor 8. Wet bulb thermometer 3. Cara kerja

Mula-mula benda (bentuk silinder berlubang dan bola pejal) direndam dalam air dalam waktu tertentu, dan sebelum dimasukkan alat pengering (oven) ditimbang terlebih dahulu dan dicatat sebagai waktu mula-mula, catatan suhu oven sebelum benda uji dimasukkan suhu oven harus sudah konstan. Pompa vakum dihidupkan, untuk mengatur suhu oven dengan cara mengatur regulator misal suhu ⊥ 98 ^oC.

Setelah benda uji dimasukkan pada oven untuk selang waktu tertentu (atas petunjuk asisten misal 10 menit) benda uji ditimbang dan percobaan dilakukan terus sampai diperoleh bobot konstan. Ulangi percobaan tersebut untuk bentuk benda uji yang lainnya (misal pertama silinder dan kedua baru bola pejal).

38 BAB IX

PERCOBAAN PERCOBAAN LEACHING

A. KOMPETENSI

Mampu merangkai alat dan menjalankan proses pemisahan campuran dengan cara leaching serta mampu melakukan pengukuran variable variable untuk mengetahui karakteristik proses leaching

B. SUBSTANSI KAJIAN

Proses pemisahan dengan cara leaching C. MAKSUD PERCOBAAN

Mesmisahkan suatu komponen dari campuran zat padat dengan menggunakan zat cair tertentu sebagai pelarutnya, menghitung koefisien leaching dan mempelajari pengaruh jumlah pelarut terhadap waktu leachng.

D. DASAR TEORI

Leaching adalah suatu operasi dalam teknik kimia dimana salah satu penyusun dari campuran solid atau lequid dipisahkan dengan menggunakan suatu pelarut. Leaching termasuk golongan solid - liquid ekstraksi.

Ekstraksi pada prisipnya terdapat dua macam yaitu:

1. Liquid - liquid ekstraksi 2. Solid - liquid ekstraksi

Proses leaching ini paling banyak dijumpai dalam industri metalurgi yaitu untuk memisahkan suatu mineral dari campuran konstituen yang lain yang tidak diinginkan.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses leaching yaitu, jenis solvent, suhu operasi, ukuran dari solud dan sifat mudah/tidaknya solvent mendefusi. Leaching dapat dikerjakan secara batch atau semi batch (unsteady state) maupun secara kontinyu (steady state). Teknik operasi yang biasa dipakai spraying/aliran liquid atau dengan mencelup zat padat seluruhnya pada zat cair. Mungkin pula dilakukan pada bebrapa tingkat tabung pelarut dialirkan dari tabung teratas selanjutnya makin mengalir ke tabung dibawahnya.

Hal ini dimaksudkan agar permukaan bidang kontaknya lebih besar sehingga membesarkan efisiensi leaching.

39

Percobaan yang dilakukan disini adalah leaching terhadap campuran pasir dengan garam (NaCl) dengan memakai air aquades sebagai pelarut. Dengan adanya garam yang larut dalam solvent tersebut maka titik solvent akan naik. Perhitungan efisiensi leaching dapat dikerjakan dengan bantuan tabel 3 – 90. “Chemical Engineering Hand Book” dari Robert H. Perry halaman 3 – 78. dengan tabel tersebut pada suhu kamar dapat dicari data baru untuk kadar yang sama dengan cara interpolasi, sehingga dapat digambarkan grafik rho () vs kadar ( % ) sebagai “grafik standard”.

Kadar larutan garam hasil percobaan dengan mudah diperoleh dengan bantuan grafik standard, yaitu dengan meletakkan data rho () yang didapat dari hasil percobaan.

Pada sumber rho (). Maka efisiensi leching dapat dilihat dengan persamaan sebagai berikut:

Efisiensi leaching = x100%

mum kadarmaksi

kadar

sedang kadar maksimum larutan garam :

Kadar maksimum = ^{BeratNaCl+BeratNaCl}

(

^{volumeaq.xaquades}

)

^x100%

E. PELAKSANAAN PERCOBAAN 1. Bahan

Bahan-bahan yang digunakan yaitu pasir, garam dapur/NaCl, dan aquades (air suling)

2. Alat

a. Alat utama

Gambar 9.1. Rangkaian alat Leaching.