LABORATORIUM SATUAN OPERASISEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2013/2014

MODUL : Absorbsi

PEMBIMBING: Dr. Ir. A. Rifandi, M.Sc

Tanggal Praktikum: 21 April 2014Tanggal Penyerahan: 22 Mei 2014(Laporan)

Oleh:

Kelompok: IINama: 1. Ahmad Hanif P,1214240072. Nurul Fathatun,1214240233. Reni Swara M,1214240264. Resza Diwansyah P,121424027Kelas:2A

PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIHJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2014I. PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangAbsorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan pelarut cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi.

1.2 Tujuan Percobaan1. Menentukan kurva penyerapan gas CO2 oleh H2O melalui kolom isian.2. Menentukan jumlah tahap ideal pada percobaan dengan metoda McCabe-Thile.3. Menentuka pengaruh laju alir dan temperatur air terhadap pada proses absorpsi CO2 oleh air.4. Mementukan titik jenuh pada proses penyerapan CO2 oleh air.

II. LANDASAN TEORIAbsorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Pada absorbsi sendiri ada dua macam proses yaitu : Absorbsi fisikAbsorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi gas H2S dengan air, metanol, propilen, dan karbonat. Penyerapan terjadi karena adanya interaksi fisik, difusi gas ke dalam air, atau pelarutan gas ke fase cair. Dari asborbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya, yaitu :1. teori model film2. teori penetrasi3. teori permukaan yang diperbaharui

Absorbsi kimiaAbsorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut didalam larutan penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi dengan adanya larutan MEA, NaOH, K2CO3, dan sebagainya. Aplikasi dari absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan gas CO2 pada pabrik amoniak. Penggunaan absorbsi kimia pada fase kering sering digunakan untuk mengeluarkan zat terlarut secara lebih sempurna dari campuran gasnya. Keuntungan absorbsi kimia adalah meningkatnya koefisien perpindahan massa gas, sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif permukaan. Absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah yang hampir stagnan disamping penangkapan dinamik.Operasi absorbsi melibatkan kontak antara fasa cair dan fasa gas untuk tujuan, pertama adalah mengambil zat atau senyawa yang terkandung dalam fasa cair dengan mengontakkannya dengan fasa gas sehingga ada bagian senyawa yang terkandung dalam fasa cair terbawa oleh fasa gas. Kedua adalah mengambil zat atau senyawa yang terkandung dalam fasa gas dengan mengontakkan dengan fasa cair sehingga ada bagian senyawa yang terkandung dalam fasa gas larut dalam fasa cair. Operasi pertama sering disebut dengan stripping dengan menggunakan fasa gas sebagai stripper, sedangkan operasi yang kedua sering disebut dengan scrubbing atau pencucian. Pada proses absorpsi terjadi penyerapan gas pada larutan yang saling kontak baik secara co-current maupun counter-current. Proses ini berlangsung secara difusi di permukaan kedua fasa yang bersinggungan.Operasi absorbsi dapat digolongkan menjadi dua, yaitu absorbsi yang melibatkan reaksi kimia, dan operasi absorbsi yang tidak melibatkan reaksi kimia.Faktor-faktor yang mempengaruhi absorpsi gas ke dalam cairan, diantaranya :1. Temperatur operasi2. Tekanan operasi3. Konsentrasi komponen di dalam cairan4. Konsentrasi komponen di dalam aliran gas5. Luas bidang kontak6. Lama waktu kontak

Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi padapermukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci.Absorben yang sering digunakan adalah air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan), natrium hidrioksida (untuk gas-gas yang dapatbereaksi seperti asam), dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa) (Alex, 2010). Persyaratan absorben : Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebutuhan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil). Selektif Memiliki tekanan uap yang rendah Tidak korosif. Mempunyai viskositas yang rendah Stabil secara termis. MurahBerdasarkan alasan ekonomi dan pelestarian lingkungan, absorben kebanyakan dikembalikan ke dalam alat absorpsi dengan sirkulasi sehingga bahan tersebut terbebani secara penuh. Kemudian absorben diolah kebih lanjut untuk keperluan lain, dibuat menjadi tidak berbahaya atau diregenerasi. Menurut hukum Henry hubungan antara tekanan parsial gas (pA) dan fraksi mol (xA) pada pelarut fisik konsentrasi rendah dapat dinyatakan dengan persamaan garis lurus, yang dinyatakan dalam :PA = HxA atau = () xADengan,PA= tekanan parsial APt= tekanan totalH= Konstantan HenryxA= fraksi mol A

Menentukan jumlah tahap kesetimbangan secara McCabe-ThilePerhitungan jumlah tahap ideal yang diperlukan untuk melakukan pemisahan konsentrasi solute A dari YN+1 Ke Y1 dapat dilakukan dengan metoda grafis.

Menara Absorpsi dengan Benda Isi (Packing Column)

Menara jenis ini terdiri dari kolom dengan pengisian khusus, yang gunanya untuk memperbesar permukaan kontak dengan jala penyebaran zat cair dan penyebaran gas. Pada zaman dahulu bahan isian yang sering digunakan adlah kokas, pecahan batu, dsb, sedangkan sekarang sering digunakan dari bahan tanah liat, porselen polimer, kaca, logam, dll.Kolom absorpsi adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsipenyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut.Zat cair disemprotkan dari atas dan mengalir ke bawah sepanjang bahan isian, sedangkan gas yang akan dibersihkan dimasukkan dari dasar kolom dan menyapu sepanjang kolom isian dengan aliran berlawanan arah. Isian biasanya digunakan berbentuk teratur/seragam. Bahan isian biasanya dipasang menggantung diatas dasar kolom untuk memperoleh pembagian gas yang sempurna dan menjaga supaya bagian pengisisan yang paling bawah tidak berada di bawah zat cair absorpsi. Pada kolom yang tinggi, bagian isian dipasang dalam paket-paket dengan memberikan jarak antar paket agar aliran zat cair dan gas dapat terbagi kembali. Dengan cara seperti ini kerugian adanya aliran yang menempel dinding efek dinding dalam kolom biasanya dipasang suatu alat penahan ricikan, yaitu alat untuk mencegah tetesan air terseret oleh aliran gas.Aplikasi absorbsi di dunia industri seperti proses pembuatan urea, produksi ethanol, minuman berkarbonasi, fire extinguisher, dry ice, supercritical carbon dioxide dan masih banyak lagi.Udara yang mengandung komponen terlarut (misalnya CO2) dialirkan ke dalam kolom pada bagian bawah. Dari atas dialirkan alir. Pada saat udara dan air bertemu dalam kolom isian, akan terjadi perpindahan massa. Dengan menganggap udara tidak larut dalam air (sangat sedikit larut),maka hanya gas CO2saja yang berpindah ke dalam fase air (terserap). Semakin ke bawah, aliran air semakin kaya CO2. Semakin ke atas ,aliran udara semakin miskin CO2 (Alex, 2013). Faktor-faktor yang berpengaruh pada operasi absorpsi adalah sebagai berikut : Laju alir air. Semakin besar,penyerapan semakin baik. Komposisi dalam aliran air. Jika terdapat senyawa yang mampu beraksi dengan CO2(misalnya NaOH) maka penyerapan lebih baik. Suhu operasi.Semakin rendah suhu operasi,penyerapan semakin baik. Tekanan operasi.Semakin tinggi tekanan operasi, penyerapan semakin baik sampai pada batas tertentu. Diatas tekanan maksimum (untuk hidrokarbon biasanya 4000-5000 kPa), penyerapan lebih buruk. Laju alir gas. Semakin besar laju alir gas,penyerapan semakin buruk.

III. PERCOBAAN3.1 Alat dan Bahan Satu set alat absorpsi Tabung gas CO2 Koil pemanas Satu set alat titasi Padatan NaOH Aquades

3.2 Prosedur Percobaan

IV. DATA PENGAMATANLaju alir air: 5 L/menitLaju alir udara: 40 L/menitLaju alir CO2: 2 L/menitTemperatur: 250CPanjang Kolom: 110 cmWaktu satu putaran: 12,25 detik

a. Hasil Proses AbsorpsiNoWaktu (menit)Volume sampel (mL)Volume NaOH (mL)

10100,19

25100,01

310100,05

415100,05

520100,1

V. PENGOLAHAN DATAa. Standarisasi NaOH dengan Asam Oksalat Penentuan N Asam OksalatBerat Asam Oksalat yang harus ditimbang, secara teori:N =

ek = 0,01

= 0,01 x 126,07/2 = 0,63035 gr

Konsentrasi Asam Oksalat sesuai praktikum:gr Asam Oksalat yg ditimbang = 0,9536 gr

b. Penentuan konsentrasi NaOHVolume NaOH = 12,10 mLVoksalat x Noksalat= VNaOH x NNaOH

c. Konsentrasi CO2 dalam H2O

Pada waktu 0 menit:VNaOH x NNaOH = Vsampel x Nsampel

Pada waktu 5 menit :VNaOH x NNaOH = Vsampel x Nsampel

Pada waktu 10 menit:VNaOH x NNaOH = Vsampel x Nsampel

Pada waktu 15 menit:VNaOH x NNaOH = Vsampel x Nsampel

Pada wajtu 20 menit:VNaOH x NNaOH = Vsampel x Nsampel

Waktu (menit)Konsentrasi CO2 (N)

0

5

10

15

20

d. Menghitung Fraksi mol CO2 dalam udara

(Appendix A-3.18 Geankoplis 4th edition)

Caya

0,19

0,1

0,5

0,5

1

e. Menghitung Fraksi mol CO2 dalam airMencari Konstanta HenryPada saat Xo, Yo bernilai 1Konstanta Henry = H = 1210

Waktu (menit)Caxa

00,0189

50,099

100,499

150,499

200,99

f. Kurva Garis Kesetimbanganxaya

0,01890,19

0,0990,1

0,4990,5

0,4990,5

0,991

g. Garis Operasi dan Jumlah TahapPercobaan 11 putaran = 12,5 detik20 menit= 1200 detik20 menit= putaran

Laju alir air: 5 L/menitLaju alir udara: 40 L/menitLaju alir CO2: 2 L/menit

air = 1000 kg/m3 udara = 1,22 kg/m3 CO2 = 1,8 kg/m3

BM Udara = 29 gram/molBM Air= 18 gram/molBM CO2 = 44 gram/mol

Laju mol air (L)= = =

Laju mol udara (V)= = =

Laju mol CO2= = =

V1= laju mol udara + laju mol CO2= 343= 343,1167

Garis operasi:Ln= air yang keluarVn+1= udara masuk (udara + co2) = V1 = udara keluar (udara masuk + sisa CO2 dalam gas keluaran)= 0,0024Lo = cairan masukYa1 = mol CO2/(udara+CO2) = 0,0438

xn = 0 yn+1 = 0,0189 xn = 0,01 yn+1 = 0,02

Kuva Penentuan Jumlah Tahap (metoda McCabe-Thile)

Jumlah tahap kurang jelas dan tidak bisa ditentukan, tetapi masih bisa diplot. Hasilnya adalah satu tahap.VI. PEMBAHASANPraktikum kali ini adalah Absorbsi, yang merupakan salah satu operasi pemisahan dalam industri kimia dimana suatu campuran gas dikontakkan dengan suatu solven yang sesuai, sehingga satu atau lebih komponen dalam campuran gas akan larut dalam solven. Pada praktikum ini, gas yang di absorpsi adalah CO2dengan menggunakan solven air. Adapun reaksi yang terjadi pada proses absorbsi ini adalah:CO2+ H2O H2CO3(l) H+ + HCO3-Banyak hal yang mempengaruhi absorbsi gas kedalam cairan antara lain temperatur, tekanan operasi, konsentrasi komponen dalam cairan, konsentrasi komponen didalam aliran gas, luas bidang kontak, dan luas waktu kontak. Air dialirkan dengan spray ke dalam kolom yang dilengkapi dengan packing. Packing ini bertujuan untuk memperluas bidang kontak antara air dengan CO2. Sehingga didapatkan proses absorbsi yang optimal. Cairan (air) dialirkan dari bagian atas kolom, sedangkan gas CO2mengalir dari bagian bawah kolom. Dimana diketahui bahwa cairan (air) mempunyai berat jenis yang lebih besar dari gas CO2.Serta sifat alami bahwa cairan akan mudah mengalir kebawah akibat gravitasi bumi. Sedangkan gas yang akan bergerak ke atas seperti menguap. Sehingga proses ini berlangsung secara counter current.Laju alir air disetting pada 5 L/menit, laju alir udara pada 40 L/menit dan laju alir CO2 pada 2 L/menit, sampel diambil setiap 5 menit sekali selama 20 menit. Untuk mengetahui konsentrasi CO2 yang terabsorb oleh air, sampel untuk setiap waktu kemudian di titrasi dengan mengguanakan NaOH 0,0826 N. Sehingga dapat diketahui bahwa semakin lama waktu absorbsi maka konsentrasi CO2 yang terabsorb oleh air akan semakin besar.

Untuk menghitung tahap absorbsi dari percobaan ini kemudian dicari fraksi mol CO2 dalam udara dan fraksi mol CO2 dalam air dengan menggunakan hukum Henry (). dari data tersebut kemudian dapat dibuat kurva kesetimbangan, kemudian dibuat garis operasi. Adapun kurva perhitungan jumlah tahap dengan menggunakan metoda McCabe-Thile adalah:

Dari kurva diatas dapat dilihat bahwa jumlah tahap kurang jelas dan tidak bisa ditentukan, tetapi masih bisa diplot dan hasilnya adalah satu tahap.Kurang jelasnya jumlah tahap pada percobaan ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor, antara lain pengambilan sampel dilakukan pada kondisi operasi yang belum tunak, atau kesalahan dalam penentuan larutan telah netral saat ditiritasi sehingga konsentrasi CO2 yang terabsorb kurang akurat. VII. SIMPULAN Semakin lama waktu kontak antara cairan dan gas CO2 maka gas CO2 yang terserap juga semakin besar. Dapat di lihat dari kurva yang terbentuk:Waktu (menit)Konsentrasi (N)

0

5

10

15

20

jumlah tahap ideal yang dicari dengan metoda McCabe-Thile pada percobaan ini adalah satu tahap.

VIII. DAFTAR PUSTAKAAstrid. 2013. Laporan Praktikum Satuan Operasi http://astrid273.blogspot.com/2013/06/laporan-praktikum-satuan-operasi-ii.html. diakses tanggal 16 Mei 2014Lintang, Niniek. 2010. Bahan Ajar Proses Pemisahan dan Pemurnian. Jurusan Teknik Kimia 2010Nava, 2013. Laporan Praktikum Absorbsi. http://navanafaa.blogspot.com/2013/10/laporan-praktikum-absorbsi.html. diakses tanggal 16 Mei 2014Robbert H. Perry. Chemical Engineering Handbook. Mc Graw Hill 4th Edition, USA, 1998