KONTAKTOR GAS CAIR (KGC)

MODUL PRAKTIKUM LABORATORIUM INSTRUKSIONAL TEKNIK KIMIA

KONTAKTOR GAS CAIR (KGC)

Koordinator LabTK Dr. Pramujo Widiatmoko

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2016

LABORATORIUM INSTRUKSIONAL PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FTI - ITB

MODUL KONTAKTOR GAS CAIR (KGC)

Kontributor: Dr. Mubiar Purwasasmita, Dr. Retno Gumilang Dewi, Dr. Ardiyan Harimawan, Kevin Yonathan, Rosa Citra Aprilia

KGC – 2016/PW

2



DAFTAR ISI DAFTAR ISI..............................................................................................................................3 DAFTAR GAMBAR ................................................................................................................. 4 DAFTAR TABEL ...................................................................................................................... 5 BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................................... 6 BAB II TUJUAN DAN SASARAN .......................................................................................... 7 2.1 Tujuan............................................................................................................................... 7 2.2 Sasaran ............................................................................................................................. 7 BAB III RANCANGAN PERCOBAAN .................................................................................. 8 3.1 Skema Alat Percobaan ..................................................................................................... 8 3.2 Alat Pendukung ................................................................................................................ 9 3.3 Bahan/ Zat Kimia ............................................................................................................. 9 BAB IV PROSEDUR KERJA ................................................................................................. 10 4.1 Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa .............................................. 10 4.2 Pengukuran Beda Tekan, Volume Hold Up, dan Penentuan Rezim Aliran Multifasa .. 12 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................. 13 LAMPIRAN ............................................................................................................................. 14 A. Tabel Data Mentah ........................................................................................................ 14 A.1 Percobaan pada Kolom Counter Current ................................................................. 14 A.2 Percobaan pada Kolom Co-Current .......................................................................... 16 B. Prosedur Perhitungan .................................................................................................... 18 B.1 Kalibrasi Laju Alir Gas .............................................................................................. 18 B.3 Penentuan Fluks Massa Gas....................................................................................... 20 B.4 Penentuan Fluks Massa Cairan .................................................................................. 20 B.5 Penentuan Beda Tekan ............................................................................................... 21 B.6 Penentuan % Hold Up Cairan .................................................................................... 21 B.7 Perhitungan dengan Persamaan Burke-Plummer....................................................... 22 B.8 Perhitungan dengan Persamaan Blake-Kozeny ......................................................... 22 B.9 Perhitungan dengan Persamaan Ergun....................................................................... 22 C. Data Spesifikasi dan Literatur ........................................................................................ 23 C.1

Sifat fisik air .......................................................................................................... 23

C.2

Nilai konstanta lain ................................................................................................ 23

KGC – 2016/PW

3



DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Deformasi Fasa dalam Aliran pada Kontaktor Gas-Cair ................................................... 6 Gambar 3. 1 Skema alat percobaan.........................................................................................................8 Gambar 4. 1 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Gas...........................10 Gambar 4. 2 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Cair ......................... 11 Gambar 4. 3 Prosedur Percobaan Aliran Multifasa .............................................................................. 12

KGC – 2016/PW

4



DAFTAR TABEL

Tabel A.1. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current.............................................. 14 Tabel A.1. 2 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current.............................................. 14 Tabel A.1. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Counter Current ........................... 15 Tabel A.2. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Co Current......................................................16 Tabel A.2. 2 Data penentuan laju alir cairan pada kolom Co Current .................................................. 16 Tabel A.2. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Co Current .................................... 17

KGC – 2016/PW

5



BAB I PENDAHULUAN Reaktor dua fasa gas-cair adalah contoh reaktor polifasa yang paling sederhana. Disebut polifasa karena reaktor tersebut mengkontakkan 2 fasa yang dapat dibedakan secara jelas, termasuk fasa-fasa yang tidak saling melarut. Pada umumnya operasi proses industri kimia berlangsung dengan kehadiran banyak fasa pada saat yang sama. Reaktor 2 fasa gas cair sering disebut reaktor bergelembung (bubble reactor) yang dapat beraliran searah atau berlawanan arah. Perbedaan antara aliran dua fasa dalam reaktor ini dengan aliran dispersi padatan sepereti sedimentasi, pertukaran ion, dan sebagainya adalah kemungkinan berubahnya ukuran gelembung gas sepanjang aliran. Praktikum Modul Kontaktor Gas Cair ini baru akan membahas sifat-sifat hidrodinamika dari aliran dua fasa.

Hal baru dalam reaktor multifasa yang tidak pernah terjadi dalam reaktor homogen adalah distribusi ruang fasa-fasa yang terdiri dari gelembung, tetesan, film, lemberan, dan sebagainya. Distribusi ini terjadi karena gaya-gaya yang berperan, morfologi kolom, debit masing-masing fasa, dan sifat fluida yang bersangkutan. Berbagai jenis aliran yang dapat terjadi dalam aliran gas-cair searah ke atas dalam suatu kolom ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. 1 Deformasi Fasa dalam Aliran pada Kontaktor Gas-Cair

KGC – 2016/PW

6



BAB II TUJUAN DAN SASARAN 2.1 Tujuan Tujuan pelaksanaan praktikum ini adalah untuk memahami karakteristik kontaktor sistem gas-cair khususnya hidrodinamika sistem 2 fasa.

2.2 Sasaran Sasaran yang harus dicapai pada akhir praktikum adalah praktikan dapat mengamati rejim aliran, mengukur hold-up, beda tekan untuk berbagai variasi laju alir gas dan cair. Membandingkan karakteristik di atas untuk ketiga alat utama.

KGC – 2016/PW

7



BAB III RANCANGAN PERCOBAAN 3.1 Skema Alat Percobaan

Gambar 3. 1 Skema alat percobaan Keterangan: 1. Packed Column (Co-current dan counter current) 2. Wet test meter 3. Tangki air 4. Rotameter air 5. Rotameter gas 6. Manometer 7. Gelas ukur L = aliran air; G = aliran gas; z = tinggi kolom; D = diameter kolom KGC – 2016/PW

8



3.2 Alat Pendukung 1. Stopwatch 2. Wet test meter 3. Obeng

3.3 Bahan/ Zat Kimia 1. Udara 2. Air

KGC – 2016/PW

9



BAB IV PROSEDUR KERJA 4.1 Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa

Kalibrasi aliran dilakukan untuk fasa gas dan cair dengan prosedur seperti ditampilkan pada gambar 4.1 dan 4.2 Mulai

Hubungkan selang output rotameter gas dengan wet test meter

Ulangi dengan variasi skala rotameter lain

Atur skala rotameter

Data skala rotameter

Ukur waktu yang dibutuhkan untuk satu putaran jarum pada wet test meter

Volume udara dan waktu

Hubungkan kembali selang output rotameter dengan kolom

Ukur beda tekan

Beda tekan monofasa gas

Selesai

Gambar 4. 1 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Gas

KGC – 2016/PW

10



Mulai

Alirkan air ke dalam kolom


Atur skala rotameter


Tampung air keluaran kolom sebanyak 1 L dan catat waktunya

Volume air dan waktu

Ukur beda tekan

Beda tekan monofasa gas

Selesai

Gambar 4. 2 Prosedur Kalibrasi Aliran dan Pengukuran Beda Tekan Monofasa Cair

KGC – 2016/PW

11



4.2 Pengukuran Beda Tekan, Volume Hold Up, dan Penentuan Rezim Aliran Multifasa

Prosedur percobaan aliran multifasa ditampilkan pada gambar 4.3.

Mulai

Alirkan gas dan air ke dalam kolom


Atur skala rotameter untuk masing-masing aliran


Ukur beda tekan dan amati rezim aliran di dalam kolom

Beda tekan dan rezim aliran multifasa

Matikan kedua aliran dan tampung air yang tersisa di kolom

Volume air hold up

Selesai

Gambar 4. 3 Prosedur Percobaan Aliran Multifasa

KGC – 2016/PW

12



DAFTAR PUSTAKA Mc Cabe, W.L. Unit Operation of Chemical Engineering, 3rd ed, McGraw-Hill Book Co., New York. 1993. pp. 455-457 Manual-manual oleh M. Purwasasmita:   

Petunjuk Praktikum Kontaktor Gas-Cair, 1985 Menentukan Parameter Perpindahan Massa dalam Reaktor Gas-Cair dengan Metode Kimia, 1986 Modelisasi Aliran Dua Fasa, 1986

KGC – 2016/PW

13



LAMPIRAN

A. Tabel Data Mentah A.1 Percobaan pada Kolom Counter Current A.1.1 Laju alir gas pada kolom Counter Current

Tabel A.1. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current

Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 ... n

A.1.2 Laju alir cairan pada kolom Counter Current

Tabel A.1. 2 Data penentuan laju alir gas pada kolom Counter Current

Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 ... n

KGC – 2016/PW

14



A.1.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Counter Current

Tabel A.1. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Counter Current

Skala Rotameter Gas (G)

Cair (L)

Δh

Liquid Hold

Rejim

(cmH2O)

Up (mL)

Aliran

1 1

2 ... n 1

2

2 ... n 1

...

2 ... n 1

n

2 ... n

KGC – 2016/PW

15



A.2 Percobaan pada Kolom Co-Current A.2.1 Laju alir gas pada kolom Co-Current Tabel A.2. 1 Data penentuan laju alir gas pada kolom Co Current

Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 ... n A.2.2 Laju alir cairan pada kolom Co-Current

Tabel A.2. 2 Data penentuan laju alir cairan pada kolom Co Current

Skala

Volume (L)

Waktu (s)

1 2 3 4 ... n

KGC – 2016/PW

16



A.2.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Co-Current

Tabel A.2. 3 Data percobaan hidrodinamika gas-cair pada kolom Co Current

Skala Rotameter Gas (G)

Cair (L)

Δh

Liquid Hold

Rejim

(cmH2O)

Up (mL)

Aliran

1 1

2 ... n 1

2

2 ... n 1

...

2 ... n 1

n

2 ... n

KGC – 2016/PW

17



B. Prosedur Perhitungan

B.1 Kalibrasi Laju Alir Gas Dari data kalibrasi laju alir gas didapat hubungan antara skala gas, volume gas, dan waktu alir. Dengan persamaan:

didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier. Misalkan didapat data:

Skala G

Volume (L)

Waktu (s) Q (L/s)

5

2

27,34

0,073

10

2

12,83

0,156

15

2

8,49

0,236

20

2

6,27

0,319

25

2

5,03

0,398

30

2

4,14

0,483

35

2

3,5

0,571

40

2

3,08

0,649

Hasil pengaluran kurva kalibrasi Qskala terhadap Qnyata adalah:

KGC – 2016/PW

18



Maka diperoleh persamaan: Qnyata = 0,0165 Qskala – 0,0107 Jika skala Q = 3, maka laju alir gas nyata dalam L/s adalah: Qnyata = 0,0165 x 3 – 0,0107 = 0,0388 L/s

B.2 Kalibrasi Laju Alir Cairan Dari data kalibrasi laju alir cairan didapat hubungan antara skala cairan, volume cairan, dan waktu alir. Dengan persamaan:

didapat hubuangan antara Qskala dan Qnyata dalam bentuk suatu persamaan linier. Misalkan didapat data: Q skala

Volume (L)

Waktu (s)

Q (L/s)

62

0,17

5,39

0,032

66

0,17

4,98

0,034

74

0,17

4,18

0,041

76

0,17

4,11

0,041

80

0,17

3,44

0,049

84

0,17

3,13

0,054

88

0,17

2,9

0,059

92

0,17

2,77

0,061

98

0,17

2,5

0,068

Hasil pengaluran kurva kalibrasi Qskala terhadap Qnyata adalah:

KGC – 2016/PW

19



Maka diperoleh persamaan: Qnyata = 0,0011 Qskala – 0,0363 Jika Skala Q = 60, maka laju alir cairan nyata dalam L/s adalah: Qnyata = 0,0011 *60 – 0,0363 = 0,0297 L/s

B.3 Penentuan Fluks Massa Gas Persamaan yang digunakan:

dimana: ρG = densitas udara, QG = laju alir volumtrik udara, A = luas penampang kolom Maka untuk QG = 0,0388 L/s, diperoleh:

B.4 Penentuan Fluks Massa Cairan

dimana: ρL = densitas cairan, QL = laju alir volumtrik cairan, A = luas penampang kolom Maka untuk QL = 0,0297 L/s diperoleh:

L = 21,343 kg/m3.s

KGC – 2016/PW

20



B.5 Penentuan Beda Tekan Persamaan yang digunakan: ΔP =

Δh

dimana: ΔP = beda tekan ρL = densitas cairan (air) g = percepatan gravitasi Δh = selisih ketinggian cairan pada manometer Jika diketahui ρL (pada T percobaan) = 996,757 kg/m3 g = 9,8 m/s2 Δh (yang terukur saat praktikum) = 7,4 cm Maka:

B.6 Penentuan % Hold Up Cairan

Jika pada kolom dengan volume keseluruhan 2 L setelah laju alir gas dimatikan diperoleh cairan yang tertinggal didalam kolom 860 mL. Maka :

KGC – 2016/PW

21



B.7 Perhitungan dengan Persamaan Burke-Plummer

Dimana: P0-PL = beda tekan L = panjang kolom hB = konstanta Burke-Plummer ρ = densitas aliran v0 = kecepatan superfisial aliran ε = porositas unggun

B.8 Perhitungan dengan Persamaan Blake-Kozeny

P0-PL = beda tekan L = panjang kolom hB = konstanta Burke-Plummer μ = viskositas aliran v0 = kecepatan superfisial aliran ε = porositas unggun

B.9 Perhitungan dengan Persamaan Ergun (

KGC – 2016/PW

)

22



C. Data Spesifikasi dan Literatur

C.1

Sifat fisik air

(sumber : Geankoplis, C. J., 1993, Transport Process and Unit Operations, 3rd ed., New Jersey : Prentice-Hall. hal. 862.)

C.2

Nilai konstanta lain

g (percepatan gravitasi)

= 9.8 m/s2

ρ raksa

= 13.5 kg/m3

Mr udara

= 28.97 g/mol

R (konstanta gas)

= 8314.34 m3.Pa/kg mol K

KGC – 2016/PW

23



LEMBAR KENDALI KESELAMATAN KERJA

No 1

Bahan Air (H2O)

Sifat Bahan Liquid, tidak berbau, dan tidak berwarna

    

2

Udara

Gas, tidak berbau, dan tidak berwarna

   

BM = 18.02 g/mol pH = 7 BP = 100 oC Tekanan Uap = 2.3 kPa Densitas = 0.62 kg/m3 BM = 46 g/mol BP = -194.3 oC MP = -216.2 oC Densitas = 1.59 kg/m3

Tindakan Penanggulangan Tidak perlu penanganan khusus

Tidak perlu penanganan khusus

Kecelakaan yang mungkin terjadi Terpeleset akibat genangan air saat menampung air untuk mengukur hold up pada masing-masing kolom

Penanggulangan Pastikan semua sambungan selang terpasang dengan baik dan benar dan keran tertutup rapat sehingga tidak ada air yang bocor dan menggenang. Bersihkan apabila terjadi genangan air

Luapan air yang terjadi akibat skala laju alir udara yang terlalu besar (kolom counter-current) Perlengkapan keselamatan kerja

Pastikan laju alir udara yang dipasang tidak terlalu besar sehingga tidak terjadi perbedaan yang jauh terhadap laju alir air

Jaslab

Goggle

Pengecekan Alat  Pastikan sambungan selang pada alat tersambung dengan baik  Pastikan selang untuk mengalirkan udara dan air dari penyuplai ke dalam kolom terpasang dengan baik  Pastikan listrik pada pompa dan kompresor terhubung dengan baik Pasca Percobaan  Tutup semua saluran air dan udara  Bersihkan genangan air  Putus hubungan listrik pada pompa dan kompresoe  Buang semua air dalam tangki

KGC – 2016/PW

Kalibrasi Laju Alir Udara dan Air  Pastikan selang untuk mengalirkan udara ke dalam kolom terpasang dengan baik  Berhati-hati dalam mengalirkan udara, dapat menyebabkan ledakan

Percobaan  Usahakan selang penyuplai udara dan air ke kolom terpasang rapat agar tidak terjadi ledakan atupun genangan air

24



Masalah yang dapat terjadi : 1. Perubahan tekanan yang terbaca sangat kecil disebabkan oleh manometer yang kurang sensitif. 2. Udara atau air masuk ke manometer sehingga manometer tersumbat dan tidak dapat membaca tekanan dengan akurat atau bahkan tekanan tidak terbaca sama sekali.

Asisten

KGC – 2016/PW

Pembimbing

Koordinator Lab TK

25

KONTAKTOR GAS CAIR (KGC)

Recommend Documents