Upload
trio-febrianta
View
3
Download
1
Embed Size (px)
DESCRIPTION
kolom absorpsi gas universitas sumatera utara
Citation preview
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Analisis Gas
Berdasarkan percobaan analisis gas yang dilakukan, kita dapat menghitung
jumlah CO2 yang diserap dari udara ke dalam air dengan mencari konsentrasi CO2 di
campuran inletdan outlet. Dari hasil analisis gas yang diperoleh, dapat dilihat dari
tabel 4.1 di bawah ini.
Tabel 4.1 Tabel Hasil Analisis Gas
F1
(L/detik)
F2
(L/detik)
F3
(L/detik)Yit Yi Yo
Fa
(L/detik)
%
Ralat
0,075
0,6332 0,048 0,153 0,1022 0,0399 222
2,5 0,060 0,2078 0,184 0,02 249,07
0,752 0,043 0,1533 0,1889 -0,0343 260,33
2,5 0,053 0,1689 0,211 -0,0419 217,51
Keterangan:
F1 = Lajualir air (L/detik)
F2 = Lajualirudara(L/detik)
F3 = Lajualir CO2 (L/detik)
Yit=Fraksimol CO2
Yi =Fraksi volume CO2dalamalur gas inlet
Yo =Fraksi volume CO2dalamalur gas outlet
Fa=Jumlah CO2 yang diserapantarapuncakdandasar (L/detik)
Dari Tabel 4.1 di atasdapatdilihathasil perhitungan fraksi mol CO2, fraksi
volume CO2 dalam alur gas inlet dan outlet, serta persen ralatnya. Dari percobaan ini
digunakan laju alirudara (F2) sebesar 0,633 dan 0,75 L/detik, laju alir air (F1) sebesar
0,075L/detik, lalu laju alir CO2 (F3) sebesar 0,033dan 0,042 L/detik. Persen ralat
yang diperoleh dari hasil analisis gas dengan laju alir udara yang tetap dan variasi
laju alir gas CO2 pada laju alir udara 0,633 L/detik adalah 222% dan 249,07%, dan
pada laju udara0,75L/detik adalah 260,33 % dan 217,51 %.
Dari hasil percobaan analisis gas yang dilakukan, dapat diperoleh beberapa
grafik, yaitu :
4.1.1 Pengaruh Laju Alir Udara(L/detik) terhadap Laju Absorpsi (L/detik)
Berdasarkanhasil percobaan yang dilakukan,
diperolehhubunganlajualirairdenganlajuabsorpsiyang
dinyatakandalamgrafikpadagambar 4.1 di bawahini:
0.660 0.680 0.700 0.720 0.740 0.760
-0.050
-0.040
-0.030
-0.020
-0.010
0.000
0.010
0.020
0.030
0.040
0.050
F CO2= 2 L/detikF CO2 = 2,5 L/detik
Laju Alir Udara (L/detik)
Laj
u A
bso
rpsi
(L
/det
ik)
Gambar 4.1 Grafik Pengaruh Laju Alir Air terhadap Laju Absorpsi
Dari gambar 4.1dapat dilihat pengaruh laju alir udara terhadap laju
absorpsi,dimana dengan laju alir air yang konstan yaitu 0,075 L/detik.
Dari grafik menunjukkan pada laju alir CO20,033L/detikdengan laju alir
Udara0,633dan 0,75L/detik terjadi penurunan laju absorpsi gas CO2 dari
2,3911hingga 1,2016 L/detik dan untuk laju alir CO20,042L/detik dengan laju alir air
0,633dan 0,75L/detik terjadi penurunan juga pada laju absorpsi gas CO2 dari -
2,063menjadi -0,033,515L/detik.
Berdasarkan teori, dengankecepatanair konstan,
efisiensiabsorpsimeningkatdenganpeningkatankecepatan gas,
hinggamencapaikonstan, dikarenakanjumlahgelembung per unit volume
meningkattajam, sehinggameningkatkan area untukabsorpsi. Efekdarikecepatan gas
adalahmeningkatkankecepatanabsorpsi (Houghton, 1956).
Hal ini menunjukkan bahwa hasil percobaan yang diperolehtidak sesuai
dengan teori dimana terjadi penyimpangan pada laju alir CO20,033L/detikdengan
laju alir Udara0,633dan 0,75L/detik terjadi penurunan laju absorpsi gas CO2 dari
2,3911 hingga 1,2016 L/detik dan untuk laju alir CO20,042 L/detik dengan laju alir
F CO2 = 0,033L/detikF CO2 = 0,042 L/detik
air 0,633dan 0,75L/detik terjadi penurunan juga pada laju absorpsi gas CO2 dari -
2,063menjadi -2,515L/detik.Penyimpangan yang terjadi dalam percobaan ini
mungkin disebabkan oleh :
1. Ketidaktelitian dalam melihat naikknyaNaOH dalam peralatan Hempl.
2. Penarikan piston yang tidaksesuaipenugasanpadasetiappercobaan.
4.1.2 Pengaruh Laju Alir Udara(L/detik) terhadap Fraksi Gas CO2 yang
Masuk (Yi)
Berdasarkanhasilpercobaan yang dilakukan, diperolehhubunganlajualir
airdenganfraksi gas CO2 yang masuk (Yi) yang dinyatakandalamgrafikpadagambar
4.2 di bawahini:
0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.800.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
F CO2= 2 L/detik
F CO2= 2,5 L/detik
Laju Alir Udara (L/detik)
Fra
ksi
CO
2 M
asu
k (
Yi)
Gambar 4.2 Grafik Pengaruh Laju Alir Air terhadap Fraksi Gas CO2 yang
Masuk (Yi)
Dari gambar 4.2dapat dilihat pengaruh laju alir air terhadap fraksi gas CO 2
yang masuk,dimana dengan laju alir udara yang konstan yaitu 0,075 L/detik.
Dari grafik menunjukkan pada laju alir CO20,033L/detik dengan laju alir
udara0,633dan0,75L/detik terjadi peningkatan fraksi gas CO2 yang masuk dari
0,1533 menjadi 0,2078 L/detik dan untuk laju alir CO2 0,042L/detik dengan laju alir
air 0,633dan0,75 L/detik terjadi peningkatan fraksi gas CO2 yang masuk 0,1533
menjadi 0,1689.
Berdasarkan teori, bahwa semakin besar laju alir gaslebihbanyak CO2 yang
dapatdiabsorpsikelarutanakansemakin besar. Hasilnya, fluks
F CO2 = 0,033L/detikF CO2 = 0,042 L/detik
CO2semakinmeningkatdenganpertambahanlajualir gas,
akantetapiakanberkurangseiringwaktudikarenakanadaCO2
yangmasukkedalamlarutan(Wang, 2005).
Dari percobaan yang dilakukan dapat dilihat bahwa hasil yang diperoleh
SudahSesuaidenganteori, dimanaterjadipeningkatanpadagrafik.
4.1.3 Pengaruh Fraksi CO2 Masuk (Yi) terhadap Laju Absorpsi
Berdasarkanhasilpercobaan yang dilakukan, diperolehhubunganfraksi gas
CO2masuk (Yi) denganlajuabsorpsi yang dinyatakandalamgrafikpadagambar 4.3 di
bawahini:
0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.20 0.21 0.22
-0.0500-0.0400-0.0300-0.0200-0.01000.00000.01000.02000.03000.04000.0500
F CO2= 2 L/detik
F CO2= 2,5 L/detik
Fraksi CO2 Masuk (Yi)
Laju
Ab
sorp
si (
L/d
etik
)
Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Fraksi CO2 Masuk (Yi) terhadap Laju Absorpsi
Dari gambar 4.3dapat dilihat pengaruh fraksi CO2 masuk (Yi) terhadap laju
absorpsi pada laju alir CO2. Dimana laju air yang konstan adalah laju alir udara.
Dari grafik diatas menunjukkan pada laju alir CO2 0,033L/detik dengan laju
alir udara0,633dan0,75L/detik terjadi kenaikkan laju absorpsi CO2yaitu dari 2,3911
hingga 1,2016 L/detikdengan semakin berkurangnya fraksi CO2 yang masuk yaitu
dari 0,0840sampai 0,0653. Sedangkan untuk laju alir CO20,042 L/detik dengan laju
alir air 0,633dan 0,75L/detik terjadi penurunan juga pada laju absorpsi gas CO2 dari -
2,063menjadi -2,515L/detik semakin meningkatnya fraksi gas CO2 yang masuk
0,1533 menjadi 0,1689.
Berdasarkan teori,hubungan laju molar CO2 dengan fraksi mol CO2 yang
masuk dapat ditunjukkan dalam persamaan berikut :
NA = K . A (Cs – P.Cb) (Smigelschidan George., 1976)
F CO2 = 0,033L/detikF CO2 = 0,042 L/detik
Di mana :
K = koefisien perpindahan massa overall (mol/ atm. s)
NA = laju molar CO2 (mol/ s)
A = LuasKolom (m)
P = tekanan (atm)
Cs = fraksi mol CO2 dalam gas masuk
Cb = fraksi mol CO2 dalam gas keluar
Maka dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa laju absorpsi gas CO2
berbanding lurus dengan besarnya fraksi mol CO2 dalam gas masuk. Semakin tinggi
fraksi mol CO2 dalam gas masuk, maka laju absorpsi gas CO2 akan semakin besar,
demikian juga sebaliknya.
Dari percobaan yang dilakukan dapat dilihat bahwa hasil yang diperoleh
tidak sesuai dengan teori karena padagrafik, terlihatuntuklajualirCO20,033dan
0,042L/detikgrafiknyamenurun.
1. Ketidaktelitian dalam melihat naikknyaNaOH dalam peralatan Hempl.
2. Penarikan piston yang tidaksesuaipenugasanpadasetiappercobaan.
4.1.4 Pengaruh Laju Absorpsi Gas CO2(L/detik) terhadap Fraksi Gas CO2
Keluar (Yo)
Berdasarkanhasilpercobaan yang dilakukan, diperolehhubunganlajuabsorpsi
gas CO2denganfraksi CO2keluar (Yo) yang dinyatakandalamgrafikpadagambar 4.4 di
bawahini:
0.1500 0.2000 0.2500 0.3000 0.3500 0.4000 0.45000.000
2.000
4.000
6.000
8.000
10.000
12.000
F CO2= 2 L/detik
F CO2= 2,5 L/detik
Laju Absorpsi (L/detik)
Fra
ksi
CO
2 K
elu
ar
(Yo)
Gambar 4.3 Grafik Pengaruh Fraksi CO2 Masuk (Yi) terhadap Laju Absorpsi
Dari gambar 4.3 dapat dilihat pengaruh fraksi CO2 masuk (Yi) terhadap laju
absorpsi pada laju alir CO2. Dimana laju air yang konstan adalah laju alir udara.
Dari grafik diatas menunjukkan pada laju alir CO2 0,033L/detik dengan laju
alir udara0,633dan0,75L/detik terjadi kenaikkan laju absorpsi CO2 yaitu dari 2,3911
hingga 1,2016 L/detikdengan semakin berkurangnya fraksi CO2 yang masuk yaitu
dari 0,0840 sampai 0,0653. Sedangkan untuk laju alir CO2 0,042 L/detik dengan laju
alir air 0,633dan 0,75L/detik terjadi penurunan juga pada laju absorpsi gas CO2 dari -
2,063menjadi -2,515L/detik semakin meningkatnya fraksi gas CO2 yang masuk
0,1533 menjadi 0,1689.
Berdasarkan teori, hubungan laju molar CO2 dengan fraksi mol CO2 yang
masuk dapat ditunjukkan dalam persamaan berikut :
NA = K . A (Cs – P.Cb) (Smigelschidan George., 1976)
Di mana :
K = koefisien perpindahan massa overall (mol/ atm. s)
NA = laju molar CO2 (mol/ s)
A = LuasKolom (m)
P = tekanan (atm)
Cs = fraksi mol CO2 dalam gas masuk
F CO2 = 0,033L/detikF CO2 = 0,042 L/detik
Cb = fraksi mol CO2 dalam gas keluar
Maka dari persamaan di atas dapat disimpulkan bahwa laju absorpsi gas CO2
berbanding terbalik dengan besarnya fraksi mol CO2 dalam gas keluar. Semakin
tinggi fraksi mol CO2 dalam gas keluar berarti laju absorpsi gas CO2 semakin kecil.
Dari percobaan yang dilakukan dapat dilihat bahwa hasil yang diperoleh
sesuaidenganteori, dikarenakandarigrafik, didapathubunganlajuabsorpsidenganfraksi
gas keluarberbandingterbalik.
4.2 Hasil Analisis Cairan
Selain menganalisis gas, dalam percobaan ini juga dilakukan analisis cairan
untuk mengetahui kandungan gas CO2 dalam air, baik pada masukan (inlet) maupun
keluaran (outlet). Untuk menganalisis kandungan gas CO2 dalam cairan, dilakukan
titrasi dengan menggunakan larutan NaOH, dan mereaksikan NaOH dengan total gas
CO2 pada cairan inlet dan outlet, reaksinya adalah :
CO2(g) + H2O(l) H2CO3(l)
H2CO3(l) + 2NaOH(l) Na2CO3(l) + 2H2O(l)
Berdasarkan percobaan analisis cairan yang dilakukan, kita dapat menghitung
Cdi, Cdo, laju absorpsi, dan laju absorpsi rata-rata yang dapat dilihat pada tabel 4.2 di
bawah ini:
Tabel 4.2 Tabel Hasil Analisis Cairan
F1
(L/detik)F2
(L/detik)F3
(L/detik)T
(menit)
Inlet Cairan Outlet CairanLaju
absorpsi(mol/detik)
Laju absorpsi rata-rata
(mol/detik)
Vbi
(ml)
Cdi
(mmol/ml)
Vbo
(ml)
Cdo
(mmol/ml)
0,075 0,633
26 0,30 0,00018 0,50 0,00029 -0,000009
0,0000020212 0,30 0,00018 0,35 0,00020 -0,00000218 0,32 0,00019 0,35 0,00020 -0,000001
2,5
60,30 0,00018 0,0,
750,00026 -0,000007
0,00000506120,30 0,00018 0,0,
6330,00023 -0,000004
180,35 0,00020 0,0,
6330,00023 -0,000002
0,075 0,75
2
6 0,35 0,00020 0,30 0,00018 0,000131
0,0000030312
0,35 0,00020 0,0,633
0,00023 -0,000002
180,38 0,00022 0,0,
6330,00023 -0,000053
2,5
60,35 0,00020 0,0,
6330,00023 -0,000002
0,00000405120,35 0,00020 0,0,
750,00026 -0,000004
180,39 0,00023 0,0,
6330,00023 -0,000026
Keterangan:
F1 = Lajualir air (L/detik)
F2 = Lajualirudara (L/detik)
F3 = Lajualir CO2 (L/detik)
t = Waktu (menit)
Vbi = Volume larutanNaOH yang dititrasiuntukcairaninlet (ml)
Vbo= Volume larutanNaOH yang dititrasiuntukcairanoutlet (ml)
Cdi = Konsentrasi CO2bebaspadacairaninlet (mmol/ml)
Cdo = Konsentrasi CO2bebaspadacairanoutlet (mmol/ml)
Dari tabel 4.2 terlihat hubungan antara Vbo dengan Vbi yang menunjukkan
sebagian besar nilai Vbo lebih besar dibandingkan dengan Vbi. Hal ini sesuai dengan
prinsip di mana setelah terjadi pengontakan, kadar CO2 dalam air akan meningkat.
Dari hasil percobaan analisis cairan yang dilakukan, dapat diperoleh beberapa
grafik, yaitu :
4.2.1 Pengaruh Laju Alir Udara(L/detik) terhadap Laju Absorpsi (mol/detik)
Berdasarkanhasilpercobaan yang dilakukan, diperolehhubunganlajualir
airdenganlajuabsorpsi yang dinyatakandalamgrafikpadagambar 4.5 di bawahini:
0.660.670.680.69 0.7 0.710.720.730.740.750.76
-0.00001
0.00000
0.000016 menit F CO2= 2 L/detik
12 menit F CO2= 2 L/detik
18 meni tF CO2= 2 L/detik
6 menit F CO2= 2,5 L/detik
12 menit F CO2= 2,5 L/detik
18 menit F CO2= 2,5 L/detik
Laju Alir Udara (L/detik)
Laj
u A
bso
rpsi
(L
/det
ik)
Gambar 4.5 Grafik Pengaruh Laju Alir Air terhadap Laju Absorpsi
Pada grafik 4.5dapat dilihat bahwa pengaruh laju alir air terhadap laju
absorpsi di atas adalah kurva laju alir CO20,033 L/detik dan laju alir air 0,0667dan
0,1 L/detik pada waktu 7,5 menit diperoleh kurva laju absorpsi CO2 yang berkurang
dengan semakin besarnya laju alir CO2 yaitu dari 0 ke -0,000014mol/detik,
sedangkan pada waktu 15 dan 22,5 menit diperoleh kurva laju absorpsi yang
meningkat dengan semakin besarnya laju alir CO2 yaitu masing-masing -0,000075 ke
0,00007mol/detik dan -0,000047 ke -0,000014mol/detik. Pada kurvalaju CO20,050
L/detik dan laju alir air 0,0667 dan 0,1 L/detik pada waktu 7,5 menit diperoleh kurva
laju absorpsi yang menurun dengan semakin besarnya laju alir CO2yaitu dari
0,000009 ke 0,000000mol/detik, sedangkan pada waktu 15 dan 22,5 menit diperoleh
kurva laju alir absorpsi yang meningkat dengan semakin besarnya laju alir CO2 yaitu
masing-masingdari -0,000047 ke -0,000014mol/detik dan -0,000028 ke 0,000000
mol/detik.
Berdasarkan teori, peningkatanlajualir gas akanmeningkatkankoefisien
transfer massakeseluruhan (NairdanSelvi, 2014). Dari persamaan
NA = K . A (Cs – P.Cb) (Smigelschi., 1976)
Di mana :
K = koefisien perpindahan massa overall (mol/ atm. s)
F CO2 = 0,033L/detik(6 menit)F CO2 = 0,033L/detik (12menit)F CO2 = 0,033L/detik (18menit)F CO2 = 0,042 L/detik (6menit)F CO2 = 0,042 L/detik (12menit)F CO2 = 0,042 L/detik (18menit)
NA = laju molar CO2 (mol/ s)
A = LuasKolom (m)
P = tekanan (atm)
Cs = fraksi mol CO2 dalam gas masuk
Cb = fraksi mol CO2 dalam gas keluar
Dapatdiketahuihubunganantarakoefisienperpindahanmassakeseluruhandanlajuabsorp
si CO2berbandinglurus, sehinggaketikalajualirudarameningkat,
lajulajuabsorpsijugaakanmeningkat.
Dari percobaan, hasil yang diperolehsudahsebagiansesuaiteori,
namunterjadipenyimpanganpadalajualir CO2 0,042 L/detikpadamenit 6 dan 12.
1. Ketidaktelitian dalam melihat naikknyaNaOH dalam peralatan Hempl.
2. Laju alir udara, air dan gas CO2 yang tidak konstan selama percobaan.
3. Penarikan piston yang tidak sesuai penugasan pada setiap percobaan.
4.2.2 Hubungan Laju Absorpsi Gas CO2(mol/detik) terhadap Waktu (menit)
Berdasarkanhasilpercobaan yang dilakukan, diperolehhubunganlajuabsorpsi
gas CO2denganwaktu yang dinyatakandalamgrafikpadagambar 4.6 di bawahini:
4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.00001
0.00000
0.00001
F air = 0,0417 L/detik; F udara = 0,583 L/detikF air = 0,0417 L/detik; Fudara = 0,7500 L/detikF air = 0,0583 L/detik; F udara = 0,5833 L/detikF air = 0,0583 L/detik; F udara = 0,7500 L/detik
Waktu (menit)
Laj
u A
bso
rpsi
(L
/det
ik)
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Laju Absorpsi Gas CO2 terhadap Waktu
Pada grafik hubungan laju absorpsi gas CO2 terhadap waktu di atas terlihat
bahwa pada laju alir udara0,633 L/detik dengan laju alir CO2 0,042L/detik
mengalami peningkatan laju absorpsi gas CO2 dari waktu 6 sampai 18 menit yaitu
dari -0,000009sampai -0,000001 mol/detik. Untuk laju alir udara 0,75 L/detik
dengan laju alir CO20,033L/detik mengalami penurunan laju absorpsi gas CO2 dari
waktu 6 sampai 12 menit yaitu dari -0,00039375sampai -0,0002625mol/detik,
namun pada waktu 18 menit mengalami peningkatan yaitu -0,00000225mol/detik.
Untuk laju alir air 0,633 L/detik dengan laju alir CO2 0,033L/detik mengalami
peningkatan laju absorpsi gas CO2 dari waktu 6 sampai 18 menit yaitu
dari0,00013125 sampai -0,0000525mol/detik, Untuk laju alir air 0,042 L/detik
dengan laju alir CO2 0,042 L/detik mengalami penurunan laju absorpsi gas CO2 pada
waktu 6 dan 12menit yaitu dari -0,00000225sampai -0,0002625mol/detik dan
mengalami kenaikkan laju absorpsi CO2 pada waktu 18 menitmenjadi-0,00002625.
Berdasarkan teori, lajuabsorpsidapatdirumuskandengan :
RCO2=
−V GdPA .R .T .dt
(Devries, 2014)
F Udara= 0,633L/detikF CO2 = 0,033L/detikF Udara = 0,75 L/detikF CO2 = 0,033L/detikF Udara= 0,633 L/detikF CO2 = 0,042 L/detikF Udara = 0,75 L/detikF CO2 = 0,042 L/detik
RCO2 =lajuabsorpsi CO2
Vg = Volume darifasa gas (m3)
t = waktu
P = Tekananpersial CO2
R = konstanta gas
A = Luaspermukaankontak
Dari percobaan yang dilakukan, diperoleh hasil yang tidak sesuai dengan
teori dimanapada semuagrafik mengalami kenaikan maupun penurunan (fluktasi)
laju absorpsi gas CO2 dengan meningkatnya waktu. Maka diperoleh hasil yangtidak
sesuai dengan teori.
Adapun beberapa alasan yang mengakibatkan terjadinyapenyimpangan
padaanalisiscairanini yaitu :
1. Ketidaktelitian dalam melihat naiknya NaOH dalam peralatan NaOH.
2. Laju alir udara, air dan gas CO2 yang tidak konstan selama percobaan.
3. Penarikan piston yang tidak sesuai penugasan pada setiap percobaan