makalah seminar transfer massa
TRANSCRIPT
MAKALAH
PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA
SEMESTER GASAL TAHUN AKADEMIK 2013/2014
ACARA D-8
TRANSFER MASSA
Disusun oleh:
Radhitya Hutomo / 121110011
Christin Novita Zivarany / 121110110
LABORATORIUM PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL "VETERAN"
YOGYAKARTA
2013
ii
HALAMAN PENGESAHAN
LAPORAN PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA
SEMESTER GENAP TAHUN AKADEMIK 2013/2014
D-8
TRANSFER MASSA
Disusun oleh:
Radhitya Hutomo 121110011
Christin Novita Zivarany 121110110
Yogyakarta, Desember 2013
Asisten Pembimbing
( Fierza Rizky Prasetya)
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji syukur pada Tuhan Yang Maha Esa karena atas segala rahmat
dan karunia-Nya sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya.
Makalah seminar Praktikum Dasar Teknik Kimia ini kami susun untuk
memenuhi salah satu tugas yang ada didalam kurikulum pendidikan pada Fakultas
Teknologi Industri jurusan Teknik Kimia UPN “VETERAN” Yogyakarta.
Pokok bahasan makalah ini mengenai transfer massa. Sedangkan tujuan
dari pembuatan makalah ini adalah menentukan besarnya koefisien transfer massa
dengan variable tinggi naftalen.
Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terimakasih kepada:
1. Ir. Gogot Haryono, M.T. selaku Kepala Laboratorium Praktikum Dasar
Teknik Kimia UPN ”Veteran” Yogyakarta.
2. Fierza Rizky Prasetya selaku asisten pembimbing
3. Segenap staf Laboratorium PDTK UPN Veteran Yogyakarta
4. Rekan-rekan sesama praktikan atas kerjasamanya
Kami menyadari ketidaksempurnaan laporan ini. Oleh karena itu, kritik
dan saran yang membangun sangat kami harapkan demi hasil yang lebih baik
dimasa yang akan datang.
Semoga laporan ini bermanfaat bagi para pembaca, khususnya mahasiswa
Jurusan Teknik Kima.
Yogyakarta, Desember 2013
Penyusun
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................... ii
KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii
DAFTAR ISI ....................................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ................................................................................................ v
DAFTAR LAMBANG .......................................................................................... vi
INTISARI ............................................................................................................. vii
BAB I. PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Percobaan ............................................................... 1
I.2. Tujuan Percobaan............................................................................. 1
I.3. Teori Dasar....................................................................................... 1
BAB II. PELAKSANAAN PERCOBAAN
II.1. Alat ................................................................................................ 5
II.2. Bahan ............................................................................................. 5
II.3. Rangkaian Alat ............................................................................... 5
II.4. Diagram Alir Percobaan ................................................................ 6
II.5. Cara Kerja ...................................................................................... 7
II.6. Analisa Perhitungan ....................................................................... 7
BAB III. HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
III.1. Data Percobaan ............................................................................. 9
III.2. Pembahasan .................................................................................. 11
BAB IV. KESIMPULAN ...................................................................................... 13
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 14
LAMPIRAN .......................................................................................................... 15
v
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data percobaan untuk L: 4 cm ................................................................ 9
Tabel 2. Data percobaan untuk L: 6 cm ................................................................ 10
Tabel 3. Data percobaan untuk L: 8 cm ................................................................ 10
Tabel 4. Nilai KCa rata-rata untuk masing-masing tinggi tumpukan ..................... 11
Tabel 5. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 4 cm ................................................. 17
Tabel 6. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 6 cm ................................................ 18
Tabel 7. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 8 cm ................................................ 18
Tabel 8. Perhitungan dengan metode Least Square .............................................. 19
Tabel 9. Persen kesalahan ..................................................................................... 19
vi
DAFTAR LAMBANG
KCa : Koefisien transfer massa (detik¹)
At : Luas penampang tabung gelas (cm2)
Ap : Luas penampang pipa (cm2)
Dt : Diameter dalam tabung pipa (cm)
Dp : Diameter dalam pipa (cm)
G : Kecepatan linier udara (cm/dt)
G’ : Kecepatan volumetric udara (cm3/dt)
L : Tinggi tumpukan (cm)
M : Mol Naftalen yang tersublimasi (gmol)
CAS : Konsentrasi jenuh zat pada interface (gmol/cm³)
CAg : Konsentrasi zat padat setiap saat (gmol/cm³)
t : Waktu (detik)
w : Berat awal naftalen (gram)
Δw : Berat naftalen yang hilang (gram)
µ : Viskositas (gram/cm.detik)
ρ : Densitas (gram/cm3)
vii
INTISARI
Transfer massa adalah gerakan dari satu komponen / lebih dalam suatu
fase ke fase yang lain karena adanya gaya pendorong / driving force (perbedaaan
konsentrasi). Tujuan dari percobaan ini adalah menentukan besarnya koefisien
transfer massa dengan variable tinggi naftalen.
Percobaan ini dilakukan dengan menghembuskan udara dari blower ke
tumpukan naftalen yang berada dalam tabung gelas dengan selang waktu
tertentu, sehingga berat naftalen semakin berkurang.
Dari percobaan I dengan tinggi tumpukan naftalen= 4 cm diperoleh harga
koefisien transfer massa= 0.014249/detik. Percobaan II dengan tinggi tumpukan
naftalen= 6 cm diperoleh harga koefisien transfer massa= 0.011019/detik.
Percobaan III dengan tinggi tumpukan naftalen=8 cm diperoleh harga koefisien
transfer massa= 0.005134/detik. Dari hasil tersebut maka dapat diketahui bahwa
semakin tinggi tumpukan naftalen maka harga koefisien transfer massa (KCa)
yang diperoleh semakin kecil.
1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Percobaan
Dalam industri kimia, operasi transfer massa dari satu fase ke fasa yang
lain digunakan sebagai dasar pemisahan komponen dari campurannya. Sebagai
contoh penerapan proses transfer massa dalam pemurnian belerang dengan
menghembuskan udara untuk menghilangkan kotorannya.
Pada percobaan ini dilakukan dengan menggunakan naftalen (C10H8) yang
dikontakkan dengan udara. Naftalen merupakan senyawa hidrokarbon aromatik
yang memiliki rumus bangun sebagai berikut:
Gambar 1. Gugus Naftalen
Dalam hal ini terjadi transfer massa dari fasa padat (naftalen) ke fasa gas
(udara) yang dikenal dengan sublimasi.
I.2. Tujuan Percobaan
Mencari besarnya koefisien transfer massa (KCa) dengan menggunakan
variabel tinggi tumpukan (L) naftalen (C10H8) sehingga diperoleh hubungan antara
koefisien transfer massa (KCa) dengan tinggi tumpukan naftalen (L).
I.3. Teori Dasar
Transfer massa adalah gerakan dari satu komponen atau lebih dalam satu
fasa ke fasa yang lain. Peristiwa transfer massa diantaranya adalah peristiwa
difusi, ekstraksi, destilasi, dan lain-lain. (Mc Cabe,1983)
Adanya gerakan komponen tersebut disebabkan oleh gaya pendorong
(driving force) yang berupa perbedaan konsentrasi. Gaya pendorong ini akan
merubah kondisi sistem ke kesetimbangan, dimana pada semua bagian sistem
konsentrasinya sama.
2
Dalam laboratorium, proses sublimasi dapat dijalankan dengan cara fixed
bed dan fluidized bed. Penyubliman kapur barus pada fixed bed, fasa padat dilalui
gas secara kontinyu. Bila konsentrasi antar muka kedua fasa lebih besar daripada
konsentrasi gas yang mengalir maka terjadi transfer massa langsung dari fasa
padat ke fasa gas. (Brown, 1978)
Pada keadaan steady state, kecepatan perpindahan massa dari padat ke gas.
AgASCaA CCK
t
N
………… (1)
Dimana:
t
N A
: kecepatan zat padat yang hilang tiap satuan waktu (gmol/cm³.detik)
KCa : koefisien transfer massa keseluruhan volumetrik (detik¹)
CAS : konsentrasi jenuh zat pada interface (gmol/cm³)
CAg : konsentrasi zat padat setiap saat (gmol/cm³)
(Hardjono,1985)
KCa adalah nilai transfer massa persatuan bidang persatuan beda
konsentrasi dan biasanya didasarkan kecepatan molal yang seragam. (Mc Cabe,
1983)
Dengan menganggap diameter zat padat konstan pada elemen volume
tertentu dalam kondisi steady state dapat ditulis:
G. CAg2 Z +ΔZ
ΔZ
G. CAg1 Z
Gambar 2. Perpindahan Massa
Neraca massa :
Kecepatan masuk – kecepatan keluar = kecepatan akumulasi
G.A.CAg z- G.A.CAg zz
= AgASCa CCAK .. . ΔZ ………… (2)
3
Persamaan (2) dibagi ΔZ, sehingga:
zA
CAGCAG ZZAgZAg
.
.... AgASCa CCK .
0AzLim
zA
CAGCAG ZZAgZAg
.
.... AgASCa CCK .
)(.
AgAsCa
AgCCK
dz
dCG
dzG
K
CC
dCCa
AgAs
Ag
dzG
K
CC
dCCa
C
C AgAS
AgAg
Ag
2
1)(
Missal: x = CAS-CAg
dx = -dCAg
L
Ca
C
C
dzG
K
x
dxAg
Ag 0
2
1
LCaC
C zG
KxLn Ag
Ag 02
1.
LG
K
CC
CCLn Ca
AgAS
AgAS.
2
1
Pada aliran masuk belum ada zat padat yang terikat, sehingga 1AgC
dianggap nol, sehingga:
LG
K
CC
CCLn Ca
AgAS
AgAS.
2
1
2AgAS
ASCa
CC
CLn
L
GK
…………...(3)
4
Kecepatan perpindahan massa zat padat dalam gas ekivalen dengan
pengurangan berat zat padat satuan waktu, maka dapat ditulis:
t
mCCAG AgAg
)(. 12
Karena CAg1 = 0 ,maka
t
mCCAG AgAg
)(. 12
tA
mGCAg
.
.1
2 ………….. (4)
Persamaan (4) disubstitusikan ke (3) menjadi:
tAG
mC
CLn
L
GK
AS
ASCa
..
………….. (5)
5
BAB II
PELAKSANAAN PERCOBAAN
II.1. Alat
1. Tabung gelas
2. Statif
3. Blower
4. Timbangan
II.2. Bahan
1. Naftalen (C10H8)
2. Aliran gas (udara)
II.3. Rangkaian Alat
Keterangan:
1. Tabung gelas
dengan tutup
2. Tumpukan
naftalen
3. Statif
4. Blower
Gambar 3. Rangkaian Alat
1
2
3
4
6
II.4. Diagram Alir Percobaan
NAFTALEN
Diambil dan ditimbang serta
dicatat sebagai berat awal
sebelum sublimasi
Blower dihidupkan dengan
selang waktu tertentu
Setelah selang waktu tersebut,
blower dimatikan dan naftalen
yang ada di tabung ditimbang
dan dicatat sebagai berat akhir
Percobaan diulang dengan
ketinggian naftalen yang
berbeda
Dimasukkan kedalam tabung
gelas dengan ketinggian
tertentu
Dimasukkan kedalam tabung
gelas dengan ketinggian
tertentu
7
II.5. Cara Kerja
1. Memasukkan kapur barus atau naftalen ke dalam tabung gelas dengan
ketinggian tertentu.
2. Menimbang naftalen, mencatat hasil penimbangan sebagai berat mula-
mula.
3. Memasukkan kembali naftalen ke dalam tabung gelas kemudian
menghidupkan blower.
4. Mematikan blower dengan selang waktu tertentu.
5. Menimbang naftalen, mencatat hasil penimbangan sebagai berat akhir.
6. Melakukan percobaan beberapa kali dengan selang waktu yang sama.
7. Mengulangi percobaan untuk tinggi tumpukan naftalen yang berbeda.
II.6. Analisa Perhitungan
1. Menentukan Luas
- Luas penampang tabung gelas : At = ¼ . π. Dt2
- Luas penampang pipa: Ap = ¼ . π. Dp2
Dimana: At = Luas penampang tabung gelas (cm2)
Ap = Luas penampang pipa (cm2)
Dt = Diameter dalam tabung gelas (cm)
Dp = Diameter dalam pipa (cm)
2. Menentukan Kecepatan Linier Gas
G = Ap
G '
Dimana: G = Kecepatan linier udara (cm/dt)
G’ = Kecepatan volumetrik udara (cm3/dt)
3. Menghitung Koefisien Transfer Massa (KCa)
KCa=
tAtG
mC
C
L
G
AS
AS
..
ln
8
Dimana: KCa = Koefisien transfer massa keseluruhan volumetrik (detik¹)
L = Tinggi tumpukan (cm)
Δm = Mol naftalen yang tersublimasi (gmol)
CAS = Konsentrasi jenuh zat pada interface (gmol/cm³)
4. Menghitung % kesalahan
% Kesalahan = %100XYdata
YhitungYdata
9
BAB III
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN
III.1. Data Percobaan
Kecepatan udara masuk = 360 cm3/det
Konsentrasi jenuh naphtalen = 4.7031x10-6
gmol/cm3
Berat Molekul (BM) Naftalen = 128 g/gmol
Diameter tabung gelas = 6.1 cm
Selang waktu = 3 menit = 180 detik
Diameter pipa = 1.9 cm
Luas penampang pipa = 2.8353 cm2
Luas penampang tabung gelas = 29.2274 cm2
Tabel 1. Data percobaan untuk L= 4 cm
No. t (detik) Massa Naftalen (gr)
W (gr) M (gmol) Awal Akhir
1 180 70.5386 70.2575 0.2811 0.002196
2 360 70.2575 70.0839 0.1736 0.001356
3 540 70.0839 69.9296 0.1543 0.001205
4 720 69.9296 69.7785 0.1511 0.00118
5 900 69.7785 69.6363 0.1422 0.001111
Σ 2700 350.5881 349.6858 0.9023 0.007049
10
Tabel 2. Data percobaan untuk L= 6 cm
No. t (detik) Massa Naftalen (gr)
W (gr) M (gmol) Awal Akhir
1 180 101.3134 101.0928 0.2206 0.001723
2 360 101.0928 100.8795 0.2133 0.001666
3 540 100.8795 100.6712 0.2083 0.001627
4 720 100.6712 100.4647 0.2065 0.001613
5 900 100.4647 100.2667 0.198 0.001547
Σ 2700 504.4216 503.3749 1.0467 0.008177
Tabel 3. Data percobaan untuk L= 8 cm
No. t (detik) Massa Naftalen (gr)
W (gr) M (gmol) Awal Akhir
1 180 143.9358 143.7493 0.1865 0.0014570
2 360 143.7493 143.5645 0.1848 0.0014437
3 540 143.5645 143.4385 0.126 0.0009844
4 720 143.4385 143.3267 0.1118 0.0008734
5 900 143.3267 143.2855 0.0412 0.0003219
Σ 2700 718.0148 717.3645 0.6503 0.005080
Dari data diatas dapat dibuat perbandingan tinggi tumpukan naftalen (L) dengan
nilai KCa.
11
Tabel 4. Nilai KCa rata-rata untuk masing-masing tinggi tumpukan
No t
L=4cm L=6cm L=8cm
∆W M Kca ∆W M Kca ∆W M Kca
1 180 0.2811 0.002196 0.022197 0.2206 0.001723 0.011612 0.1865 0.0014570 0.007363
2 360 0.1736 0.001356 0.013707 0.2133 0.001666 0.011228 0.1848 0.0014437 0.007295
3 540 0.1543 0.001205 0.012182 0.2083 0.001627 0.010965 0.126 0.0009844 0.004974
4 720 0.1511 0.00118 0.011930 0.2065 0.001613 0.010870 0.1118 0.0008734 0.004413
5 900 0.1422 0.001111 0.011227 0.198 0.001547 0.010422 0.0412 0.0003219 0.001626
Rata-Rata 0.014249
0.011019
0.005134
III.2. Pembahasan
Pada percobaan transfer massa digunakan naftalen dengan ketinggian
tumpukan yang berbeda yaitu 4 cm, 6 cm, dan 8 cm. Perbedaan ketinggian
tumpukan naftalen menyebabkan nilai KCa yang berbeda pula. Semakin tinggi
tumpukan naftalen, semakin kecil nilai KCa. Hal ini disebabkan karena ketinggian
naftalen menghambat laju alir udara menuju ke tumpukan naftalen paling atas.
Sehingga transfer massa paling besar terjadi pada bagian paling bawah, dimana
tumpukan paling bawah dekat dengan datangnya udara masuk.
Gambar 4. Hubungan log L dengan log KCa
Dari grafik diatas diperoleh bahwa semakin rendah tumpukan naftalen
berarti semakin besar luas permukaan kontak antara naftalen dengan udara,
12
sehingga transfer massa antara kedua fasa akan semakin besar dan kecepatan
transfer massanya juga akan semakin besar.
Pada percobaan ini didapat persen kesalahan rata-rata sebesar 3.221885%.
Persen kesalahan ini dapat terjadi karena sebagian besar naftalen yang tersedia
sudah terlalu sering digunakan dalam percobaan, sehingga dapat mempengaruhi
harga W, akibatnya harga KCa yang dihasilkan kurang akurat. Kurangnya
ketelitian dalam penumpukan naftalen dan pembacaan ketinggian naftalen juga
dapat mempengaruhi harga KCa. Selain itu, jarak ketinggian (range) naftalen yang
ditentukan dalam percobaan cukup kecil sehingga perbedaan harga KCa juga kecil.
13
BAB IV
KESIMPULAN
1. Dari perhitungan diperoleh:
a. Percobaan I, L= 4 cm, KCa= 0.014249 detik-1
b. Percobaan II, L= 6 cm, KCa= 0.011019 detik-1
c. Percobaan III, L= 8 cm, KCa= 0.005134 detik-1
d. Persen kesalahan rata-rata sebesar 3.221885%
2. Dengan metode Least Square diperoleh harga KCa untuk berbagai L mengikuti
persamaan linier y = -0.95231 - 1.41753x
14
DAFTAR PUSTAKA
Brown, G.G, 1978, “Unit Operation”, Modern Asia Edition, Tokyo.
Hardjono, 1985, “Operasi Teknik Kimia II”, Edisi Pertama, Jurusan Teknik
Kimia, Fakultas Teknik UGM.
Mc Cabe, dkk. 1983, “Operasi Teknik Kimia” Edisi keempat, Jilid 2, Erlangga,
Jakarta.
Treyball, R.E, 1981, “ Mass Transfer Operation”, Third Edition, Mc.Graw Hill
Book Company, New York.
16
PERHITUNGAN
1. Menentukan Luas
- Luas penampang tabung gelas (At)
At = ¼ . π . Dt2
= ¼ . (3.14). (6.1 cm) 2
= 29.2274 cm2
- Luas penampang pipa (Ap)
Ap = ¼. π. Dp2
= ¼. (3.14). (1.9 cm) 2
= 2.8353 cm2
2. Menentukan Kecepatan Linier Udara
G = Ap
G '
G = 2
3
cm8353.2
/detcm360
=126.9707 cm/det
3. Menghitung Koefisien Transfer Massa (KCa)
- Konsentrasi jenuh pada zat pada interfase ( ASC )
ASC = tAtG ..
= det180.cm2274.29.det/cm9707.126
14.32
= 4.7031. 10-6
gmol/cm3
- Menghitung Koefisien transfer massa (KCa)
KCa=
tAtG
mC
C
L
G
AS
AS
..
ln
17
Untuk L (tinggi tumpukan) = 4 cm
- Untuk W= 0.2811 gr
m= 0.002196 gmol
KCa=
det)180).(cm2274.29det).(/cm9707.126(
gmol002196.0gmol/cm 10 4.7031.
gmol/cm 10 4.7031.ln
cm4
det/cm9707.126
2
36-
3-6
= 0.022197/detik
Dengan cara yang sama, diperoleh Kca untuk data selanjutnya.
Tabel 5. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 4 cm
No. W(gr) m (gmol) KCa (1/detik)
1. 0.2811 0.002196 0.022197
2. 0.1736 0.001356 0.013707
3. 0.1543 0.001205 0.012182
4. 0.1511 0.00118 0.011930
5. 0.1422 0.001111 0.011227
Rata-Rata 0.014249
Untuk L (tinggi tumpukan) = 6 cm
- Untuk W= 0.2206 gr
m= 0.001723 gmol
KCa=
det)180).(cm2274.29det).(/cm9707.126(
gmol001723.0gmol/cm 10 4.7031.
gmol/cm 10 4.7031.ln
cm6
det/cm9707.126
2
36-
3-6
= 0.011612/detik
Dengan cara yang sama, diperoleh Kca untuk data selanjutnya.
18
Tabel 6. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 6 cm
No. W(gr) m (gmol) KCa (1/detik)
1. 0.2206 0.001723 0.011612
2. 0.2133 0.001666 0.011228
3. 0.2083 0.001627 0.010965
4. 0.2065 0.001613 0.010870
5. 0.198 0.001547 0.010422
Rata-Rata 0.011019
Untuk L (tinggi tumpukan) = 8 cm
- Untuk W= 0.1865 gr
m= 0.001457 gmol
KCa=
det)180).(cm2274.29det).(/cm9707.126(
gmol001457.0gmol/cm 10 4.7031.
gmol/cm 10 4.7031.ln
cm8
det/cm9707.126
2
36-
3-6
= 0.007363/detik
Dengan cara yang sama, diperoleh Kca untuk data selanjutnya.
Tabel 7. Nilai ΔW, Δm dan KCa dengan L: 8 cm
No. W(gr) m (gmol) KCa (1/detik)
1. 0.1865 0.0014570 0.007363
2. 0.1848 0.0014437 0.007295
3. 0.126 0.0009844 0.004974
4. 0.1118 0.0008734 0.004413
5. 0.0412 0.0003219 0.001626
Rata-Rata 0.005134
19
4. Membuat grafik Hubungan log L Vs log KCa
Tabel 8. Perhitungan dengan metode Least Square
No. L KCa log L (x) log KCa (y) x 2 xy
1. 4 0.014249 0.60206 -1.84623 0.362476 -1.11154
2. 6 0.011019 0.778151 -1.95784 0.605519 -1.5235
3. 8 0.005134 0.90309 -2.28952 0.815572 -2.06764
Σ 2.283301 -6.09359 1.783567 -4.70268
Σy = a.n + b. Σx -6.09359 = 3 a + 2.283301 b ... (1)
Σxy = a. Σx + b. Σx -4.70268 = 2.283301 a + 1.783567 b ... (2)
Eliminasi persamaan (1) dan (2), sehingga didapat nilai:
a = -0.95231
b = -1.41753
Didapat persamaan garis lurus: y = a + bx y = -0.95231 - 1.41753x
Untuk sampel 1
y = -0.95231 - 1.41753(0.60206)
= -1.805748
% Kesalahan = %100XYdata
YterhitungYdata
= %10084623.1
)805748.1(84623.1X
= 2.192708 %
Dengan cara yang sama diperoleh harga untuk data selanjutnya.
Tabel 9. Persen kesalahan
No. x y data y hitung % kesalahan
1. 0.60206 -1.84623 -1.805748 2.192708
2. 0.778151 -1.95784 -2.055363 4.980995
3. 0.90309 -2.28952 -2.232467 2.491951
Rata – rata 3.221885