KONTAKTOR GAS CAIR (KGC) - · PDF fileA.1.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Counter Current...

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)

KGC – 2016/PW 2

Kontributor:

Dr. Mubiar Purwasasmita, Dr. Retno Gumilang Dewi, Dr. Ardiyan Harimawan, Kevin

Yonathan, Rosa Citra Aprilia


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 3

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 4

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 5

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 6

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 7

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.


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 8

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 9

3.2 Alat Pendukung

1. Stopwatch

2. Wet test meter

3. Obeng

3.3 Bahan/ Zat Kimia

1. Udara

2. Air


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 10

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

Atur skala rotameter

Ukur waktu yang

dibutuhkan untuk satu

putaran jarum pada wet

test meter

Data skala

rotameter

Volume

udara dan

waktu

Ulangi dengan

variasi skala

rotameter lain

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 11

Mulai

Alirkan air ke dalam

kolom


Tampung air keluaran

kolom sebanyak 1 L dan

catat waktunya

Data skala

rotameter

Volume air

dan waktu

Ulangi dengan

variasi skala

rotameter lain

Ukur beda tekan

Beda tekan

monofasa

gas

Selesai

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 12

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


untuk masing-masing

aliran

Ukur beda tekan dan amati

rezim aliran di dalam kolom

Data skala

rotameter

Beda tekan dan

rezim aliran

multifasa

Ulangi dengan variasi

skala rotameter lain

Matikan kedua aliran

dan tampung air yang

tersisa di kolom

Volume air

hold up

Selesai

Gambar 4. 3 Prosedur Percobaan Aliran Multifasa


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 13

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 14

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


1

2

3

4

...

n


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 15

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 Δh

(cmH2O)

Liquid Hold

Up (mL)

Rejim

Aliran Gas (G) Cair (L)

1

1

2

...

n

2

1

2

...

n

...

1

2

...

n

n

1

2

...

n


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 16

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


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


1

2

3

4

...

n


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 17

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 Δh

(cmH2O)

Liquid Hold

Up (mL)

Rejim

Aliran Gas (G) Cair (L)

1

1

2

...

n

2

1

2

...

n

...

1

2

...

n

n

1

2

...

n


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 18

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:


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 19

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:


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 20

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 21

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 :


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 22

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

(

)


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 23

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


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 24

LEMBAR KENDALI KESELAMATAN KERJA

No Bahan Sifat Bahan Tindakan Penanggulangan

1 Air

(H2O)

Liquid, 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

Tidak perlu penanganan khusus

2 Udara Gas, tidak berbau,

dan tidak

berwarna

BM = 46 g/mol

BP = -194.3 oC

MP = -216.2 oC

Densitas = 1.59

kg/m3

Tidak perlu penanganan khusus

Kecelakaan yang mungkin terjadi Penanggulangan

Terpeleset akibat genangan air saat

menampung air untuk mengukur hold

up pada masing-masing kolom

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)

Pastikan laju alir udara yang dipasang tidak terlalu besar

sehingga tidak terjadi perbedaan yang jauh terhadap laju

alir air

Perlengkapan keselamatan kerja

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

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

Pasca Percobaan

Tutup semua saluran air dan udara

Bersihkan genangan air

Putus hubungan listrik pada pompa dan

kompresoe

Buang semua air dalam tangki


FTI - ITB


KGC – 2016/PW 25

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 Pembimbing Koordinator Lab TK

KONTAKTOR GAS CAIR (KGC) - · PDF fileA.1.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Counter Current...

Documents

Transcript of KONTAKTOR GAS CAIR (KGC) - · PDF fileA.1.3 Hidrodinamika Gas-Cair pada Kolom Counter Current...