Laporan Hetp Jan

LAPORAN PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA II ACARA : HETP

Disusun oleh : Nama

: Janice Nathania

NIM

: 011200312

Prodi

: TEKNOKIMIA NUKLIR

Semester

: IV

Kelompok

:2

Teman Kerja

: 1. Ahmad Roisus Syifa 2. Siti Hanna

Asisten

: Bangun Wasito

SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2014 HETP

A. TUJUAN Menentukan nilai Height Equivalent of Theoritical Plate (HETP) atau tinggi bahan isian dalam suatu kolom yang memberikan perubahan komposisi sama dengan perubahan komposisi yang dicapai oleh satu plate teoritis atau ekivalen dengan satu plat teoritis. B. DASAR TEORI Distilasi Distilasi adalah suatu operasi untuk memisahkan larutan yang relatif volatil menjadi komponen-komponen penyusunnya atas dasar perbedaan titik didih dengan jalan menambahkan panas ke dalam campuran yang akan dipisahkan. Pada operasi distilasi fase cair berada pada titik didihnya, sedangkan fase uap berada dalam kesetimbangan pada titik embunnya. Perpindahan massa dari fasa cair terjadi dengan penguapan dan dari fasa uap terjadi dengan pengembunan yang berlangsung secara simultan. Masingmasing komponen campuran umpan terdapat di dalam kedua fase itu, hanya berbeda jumlah relatifnya. Pada larutan ideal volatilitas dapat dikaitkan langsung dengan tekanan uap murni masing-masing. Distilasi banyak digunakan untuk memisahkan campuran cairan agar menjadi campuran yang lebih murni. Keuntungan pemisahan secara distilasi adalah tidak diperlukannya komponen tambahan, sehingga tidak diperlukan komponen tambahan, sehingga tidak diperlukan proses lebih lanjut untuk menghitung senyawa yang ditambahkan tersebut. Alat yang diperlukan untuk operasi distilasi dapat berupa kolom berplat dengan sieve tray atau bubble cap tray, atau dapat pula menggunakan kolom dengan bahan isian (packing).

Refluks Lo.Xo

Faktor-faktor penting dalam merancang dan mengoperasikan kolom plat adalah jumlah plat yang diperlukan untuk mendapatkan pemisahan yang dikehendaki, diameter kolom, kalor yang diperlukan dalam pendidihan, kalor yang dibuang pada kondensor, jarak antar plat yang dipilih, dan konstruksi plat. Gambar di bawah menunjukkan diagram neraca bahan untuk contoh umum fasilitas distilasi kontinyu. Neraca massa untuk sistem tersebut adalah : Neraca bahan total

F=D+B

Neraca komponen

F XF = D XD + B XB

Dengan mengeliminasi B dari kedua persamaan di atas, diperoleh : D F



X

F

X

B XD  XB

Dan eliminasi D menghasilkan : B F



XD  X F XD  X B

Pendingin

Kolom Distilasi

Gambar 1. Fasilitas destilasi secara kontinyu Hasil atas

Umpan

D.XD

Pengertian HETP F.XF Bahan isian padat dan inert yang memiliki luas permukaan per satuan volume Pemanas

kolom dapat digunakan sebagai pengganti bubble cap plate. Berapa tinggi bahan isian dalam kolom yang bisa memberikan suatu komposisi produk pemisahan campuran tertentu harus dievaluasi.

Hasil bawah B.XB

Suatu kolom dengan bahan isian dibagi-bagi dalam unit-unit atau satuansatuan tinggi bahan isian, dimana setiap satuan tinggi bahan isian mampu menghasilkan uap dan cairan keluar dari satuan ini dalam keadaan setimbang. Menurut definisi, pada satu plat edeal, uap dan cairan yang meninggalkan plat ideal juga pada keadaan kesetimbangan fase atau kesetimbangan termodinamik. Berarti satu satuan unit kolom tersebut ekivalen dengan satu plat ideal. Inilah konsep HETP. Karena itu dapat dinyatakan bahwa :

Tinggi bahan isian (Z) = jumlah plat ideal atau teoritis (N) x HETP

Tentu saja pernyataan ini berlaku untuk sesuatu operasi pemisahan tertentu, seperti kolom isian pada operasi penyulingan, absorpsi, dan ekstraksi. Penggunaan pernyataan HETP diperlukan, karena dapat menggantikan proses bertingkat berlawanan

arah, meskipun dari segi teoritis dipandang

kurang

fundamental. HETP harus dievaluasi secara eksperimen, karena HETP berubah oleh tipe, jenis, ukuran bahan isian, sangat dipengaruhi pula oleh kecapatan aliran kedua fluida (uap, cairan) maupun kisaran konsentrasi. Karena itu diperlukan banyak data eksperimen.

Evaluasi Jumlah Plat Teoritis (N) Tinggi bahan isian (Z) ditentukan oleh nilai N atau jumlah plat teoritis dan nilai HETP. Jumlah plat teoritis N dapat dievaluasi menurut metode McGabe-Thiele (campuran biner) atau persamaan Fenske-Underwood.

Metode McGabe-Thiele Persyaratan : 1. Dalam diagram entalpi-komposisi, garis uap jenuh dan cairan jenuh keduanya berupa garis lurus dan sejajar 2. Kecepatan aliran molal tetap 3. Panas laten penguapan mendekati tetap 4. Campuran biner, ideal Untuk

evaluasi

jumlah

plat

teoritis

(N)

diperlukan

data

kesetimbangan

termodinamik atau y versus x, pada suhu tekanan operasi tertentu. Biasanya mol fraksi i dalam umpan, produk atas dan bawah dan kondisi termal umpan diketahui. Kita masih perlu melukiskan garis-garis operasi berikut :

1.

RD XD Yn1  Xn  RD  1 RD  1

Garis operasi atas

XD RD  1

Garis operasi atas ini akan memotong sumbu y pada :

Y

2.

q 1q

X

X

F 1q

Garis q

q adalah panas untuk menguapkan 1 mol umpan semula menjadi uap, dibagi panas laten penguapannya. Dari nilai q yang didapat, bisa dihitung lereng garis q yaitu -q/(1-q) sehingga garis q dapat dilukis dengan lereng ini melalui titik umpan (ZF) di diagonal. Beberapa harga q untuk berbagai kondisi umpan dapat diketahui sebagai berikut : q > 1, umpan dingin q = 1, umpan pada titik gelembung (zat cair jenuh) 0 < q < 1, umpan sebagian berwujud uap q = 0, umpan pada titik embun (uap jenuh) q < 0, umpan uap panas lanjut

3.

BX B Lm Ym1  Xm  Lm  B Lm  B

Garis Opersasi Bawah

Jika langsung digunakan persamaan ini kita memerlukan data panas di sekitar reboiler. Supaya mudah, kita cari saja titik potong antara garis operasi atas dan garis q, misalnya titik P. kemudian hubungkan titik P dengan titik XB. Jika ketiga garis tersebut sudah dapat dilukis, maka jumlah plat teoritis dapat dievaluasi.

XD q

Zf

XD RD  1

XB

Gambar 2. Evaluasi N secara grafik

Metode Fenske-Underwood Persyaratan : 1. Refluks total 2. Nilai sifat penguapan relatif tetap 3. Kecepatan aliran molal dan penguapan tetap.

 XD (1  XB ) 

log  Nmin 

  XB (1  XD )   1 log αavg

Jika dipakai refluks total, garis operasi atas dan bawah berimpit dengan garis diagonal, dan jumlah plat teoritis minimal (Nm). Menurut Fenske-Underwood berikut :

avg adalah volatilitas relatif rata-rata = o PA α AB  o PB

αB αD

untuk campuran biner ideal AB dapat ditentukan dengan persamaan

dengan : o PA

o PB

: tekanan uap murni zat A pada suhu tertentu

: tekanan uap murni zat B pada suhu tertentu

dalam hal ini komponen zat A adalah lebih volatil dari pada komponen zat B.

3

7

5

C. ALAT DAN BAHAN 6

4

Bahan 1. Alkohol (Etanol) 2. Aquadest

3

-

Alat 2

1. Rangkaian alat destilasi 2. Piknometer 1

3. Neraca analitik 4. Alat-alat gelas

Keterangan : 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7.

Pemanas listrik Labu leher tiga Thermometer Kolom isian Kran refluks Penampung destilat Pendingin tegak

Gambar 3. Rangkaian alat percobaan

D. LANGKAH KERJA 1. Larutan umpan di buat dengan konsentrasi 60% tertentu sebanyak 500 ml 2. Komposisi campuran biner dievaluasi dengan cara mengukur densitasnya

3. Larutan umpan sebanyak 450 mL dimasukkan labu leher tiga, kemudian didistilasi dengan refluks total, sampai keadaan steady. Kondisi ini ditandai oleh suhu atas dan bawah yang konstan. 4. Destilat sebanyak 2-3 ml diambil, dan penyulingan dilanjutkan, juga dengan refluks total 5. Pengambilan destilat, penyulingan dengan refluks total dilanjutkan dengan cara sama. Suhu atas dan bawah dan waktu saat pengambilan destilat supaya dicatat. 6. Destilat dan residu diukur densitasnya dan dengan tabel densitas sehingga konsentrasi dapat diketahui kadarnya. E. DATA PERCOBAAN 1. Komposisi campuran   

Alkohol (methanol) = 385 ml Aquadest = 115 ml Total volume umpan = 500 ml

2. Tinggi kolom = 52 cm 3. Tinggi packing = 42 cm 4. Suhu   

T aquadest = 300 C T alkohol = 280 C T campuran = 300 C

5. Penentuan densitas    

Massa Massa Massa Massa

piknometer kosong = 8,1685 gr pikno + aquades = 14,1810 gr pikno + alkohol = 12,4952 gr pikno + campuran = 13, 4208 gr

6. Standar alkohol % Alkohol 100 % 90 % 80%

Massa (gr) 3,8753 3,8845 3,9886

60% 40% 20% 0%

4,0851 4,2970 4,3673 4,7710

7. Setelah destilasi Massa pikno + destilat (gr) 12,8633 12,8762 12,8863 12,8572 12,8134

T destilat (0C)

Waktu

31 31 31 31 31

6 men. 3 det 2 men. 52 det 3 men. 59 det 2 men. 38 det 2 men. 23 det

Massa pikno + residu 13,2626 13,2743 13,2950 13,2104 13,3183

T residu (0C) 45 46 49 48 48

F. PERHITUNGAN 1. Menentukan densitas (ρ)  Massa aquades = (Massa piknometer + aquades) – massa piknometer kosong Massa aquades = (14,1810 – 8,1685) gr Massa aquades = 6,0125 gr

massa aquades  aquades (T  30 0 C ) 

Volume piknometer =

6,0125 gr  6,0387 ml 0,995646 gr/ml 

= Massa campuran = (massa pikno + campuran) – massa piknometer kosong = (13,4208 – 8,1685) gr = 5,2523 gr

5,2523 gr  0,89956 gr/ml 6,0387 ml 

Densitas (ρ) campuran =



Massa alkohol = (massa pikno + alkohol) – massa piknometer kosong Massa alkohol = (12,4952 – 8,1685) gr Massa alkohol = 4,3267 gr

massa alkohol volume piknometer 

Densitas (ρ) alkohol =

4,3267 gr  0,716495 gr/ml 6,0387 ml = Dengan cara yang sama untuk deret standar alkohol maka diperoleh hasil sebagai berikut: % Alkohol

Massa (gr)

100 % 90 % 80% 60% 40% 20% 0%

3,8753 3,8845 3,9886 4,0851 4,2970 4,3673 4,7710

Volume piknometer (ml) 6,0387 6,0387 6,0387 6,0387 6,0387 6,0387 6,0387

Densitas (gr/ml) 0,641744084 0,643267591 0,6605064 0,676486661 0,711576995 0,723218574 0,790070711

Dengan cara yang sama untuk data setelah destilasi diperoleh hasil sebagai berikut: Massa pikno + destilat (gr) 12,8633 12,8762 12,8863 12,8572 12,8134

Densitas destilat 0,804083 0,806292 0,808022 0,803038 0,795537

Massa pikno + residu 13,2626 13,2743 13,2950 13,2104 13,3183

Densitas residu 0,843576 0,845513 0,848941 0,834931 0,852799

2. Menentukan kadar

0,89956  

ρ umpan = T umpan = 300C

gr/ml

Kadar berat alkohol dihitung berdasarkan tabel 2-112 (Perry’s Chemical Hand Book) Interpolasi pada suhu 300C

52%

52  x 0,90125  0,89956  52  53 0,90125  0.89896 52  x  0,737

0,90125

x  52,737% 53

0,898

x

0,89956

Dengan cara yang sama untuk data setelah destilasi diperoleh hasil sebagai berikut: Densitas destilat 0,804083 0,806292 0,808022 0,803038 0,795537

Kadar destilat

Densitas residu 0,843576 0,845513 0,848941 0,834931 0,852799

93,507% 92,707% 91,971% 90,217% 96,253%

Kadar residu 76,4% 75,6% 74,2% 79,92% 72,6%

3. Menentukan fraksi mol  Fraksi mol umpan (Xf) secara praktek

 umpan  vol. pikno  kadar % ) Mr alkohol  umpan  vol pikno  kadar %  umpan  vol pikno  (1 - kadar %) ( )( ) Mr Alkohol Mr Air (

Xf =

0,89956  6,0387  0,52737 ) 46,07 0,89956  6,0387  0,52737 0,89956  6,0387  (1  0,52737) ( )( ) 46,07 18 (

=

0,0621 mol  0,303 0,2047 mol = 

Fraksi mol destilat (Xd)

 destilat  vol. pikno  kadar % ) Mr alkohol  destilat  vol pikno  kadar %  destilat  vol pikno  (1 - kadar %) ( )( ) Mr Alkohol Mr Air (

Xd =

0,804083  6,0387  0,93507 ) 46,07 0,804083  6,0387  0,93507 0,804083  6,0387  (1  0,93507) ( )( ) 46,07 18 (

=

0,09855 mol  0,849095 0,110668 mol = Dengan cara yang sama untuk data setelah destilasi diperoleh hasil sebagai berikut: Densitas destilat 0,804083 0,806292 0,808022 0,803038 0,795537 

Kadar destilat

Xd

93,507% 92,707% 91,971% 90,217% 96,253%

0,849095 0,832401 0,817369 0,782753 0,909392

Fraksi mol residu (Xb)

 residu  vol. pikno  kadar % ) Mr alkohol  residu  vol pikno  kadar %  residu  vol pikno  (1 - kadar %) ( )( ) Mr Alkohol Mr Air (

Xb=

0,843567  6,0387  0,764 ) 46,07 0,843567  6,0387  (1  0,764) 0,843567  6,0387  0,764 ( )( ) 46,07 18 (

=

0,08447 mol  0,558 0,15125 mol = Dengan cara yang sama untuk data setelah destilasi diperoleh hasil sebagai berikut: Densitas residu 0,843576

Kadar residu

Xb

76,4%

0,558468

0,845513 0,848941 0,834931 0,852799 Menentukan α avg 

75,6% 74,2% 79,92% 72,6%

0,547626 0,529117 0,608619 0,508657

Suhu destilat 310C

Tekanan dihitung berdasarkan tabel 2-10 (Perry’s Chemical Hand Book) Alkohol

21,2  31 100  x  21,2  34,8 100  200  72,05  100 - x

100 mmHg

21,20C

x  172,05 mmHg 310C 34,80C

Aquadest

200 mmHg

30  31 31,8  x  30  40 31,8  55,3  2,35  31,8 - x

31,8 mmHg

300C

x  34,15 mmHg

310C 55,3 mmHg

400C 

α destilat (αd)

P 0 alkohol 172,05 mmHg   5,038 P o aquadest 34,15 mmHg αd =



Suhu residu 47,20C Alkohol

 34,80C

34,8  47,2 200  x  34,8  49,9 200  400  164,38  200 - x

200 mmHg

x  364,38 mmHg

47,20C 49,90C

400 mmHg

Air 470C



47  47,2 79,6  x  47  48 79,6  83,7  0,82  79,6 - x

79,6 mmHg

47,20C

x  80,42 mmHg

480C

83,7 mmHg 

α residu (αb)

P o alkohol 364,83 mmHg   4,536 P o aquadest 80,42 mmHg αb =

 d   b  5,038  4,536  4,78





α avg =



log α avg = log 4,78 = 0,679

Menentukan jumlah plat teoritis minimal (Nmin) dan HETP

 Xd (1  Xb)    Xb(1  Xd ) 

log 

log  avg



1

Nmin =

 0,849095(1  0,558468)    0,558468(1  0,8490951) 

log 

0,679

1

= = 0,45

Tinggi bahan isian 42cm   93,3cm N min 0,45 

HETP =

G. PEMBAHASAN Pada praktikum ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan besarnya nilai Height Equivalent of Theoritical Plate (HETP). Nilai HETP ini merupakan nilai yang menunjukkan besarnya tinggi bahan isian dalam suatu kolom yang memberikan perubahan komposisi sama dengan perubahan komposisi yang dicapai oleh satu plate teoritis atau ekivalen dengan satu palte teoritis. Pertama, alat di rangkai sesuai dengan gambar di alat di petunjuk praktikum, jika telah di susun, larutan umpan dengan konsentrasi 50% .Umpan yang digunakan dalam percobaan ini adalah campuran antara alkohol dengan aquadest dengan volume alkohol 385 ml dan aquadest 115 ml. Dipilihnya bahan alkohol karena bahan tersebut mempunyai titik didih yang lebih rendah dibandingkan dengan aquadest sehingga dapat dilakukan destilasi karena adanya perbedaan titik didih tersebut. Dalam menentukan HETP, harus diketahui tinggi bahan isian yang digunakan serta jumlah plat teoritis. Jumlah plat teoritis (N) dapat dievaluasi menurut metode Mc. Cabe-Thiele dan metode Fenske-Underwood. Dalam percobaan ini digunakan metode Fenske-Underwood karena dalam percobaan ini dilakukan refluks total , sifat penguapan tetap (suhu tetap), dan kecepatan aliran molal tetap. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa nilai HETP dalam kolom yang memberikan perubahan komposisi sama dengan perubahan komopsisi yang dicapai oleh satu plat teoritis adalah 93,33 cm. Dalam percobaan penentuan besarnya nilai HETP ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, diantaranya adalah: 1. Pada saat proses destilasi berlangsung, dipastikan tidak ada alkohol yang keluar melalui sambungan karena alkohol sangat volatil. Hal ini dapat dicegah dengan memberikan vaselin pada setiap sambungan. 2. Isian kolom diusahakan dalam kondisi kering sebelum digunakan, agar tidak mempengaruhi destilat dan residu. 3. Pengukuran densitas destilat dan residu pada suhu kamar. Tidak dilakukan pengukuran pada saat destilat dan residu masih panas karena akan mempengaruhi hasil penimbangan. H. KESIMPULAN

1. Nilai HETP berdasarkan percobaan adalah 93,33 cm.

I.

DAFTAR PUSTAKA 1. Wasito, Bangun. 2014. Petunjuk Praktikum Operasi Teknik Kimia II. Yogyakarta: STTN-BATAN. 2. Poling, Bruce E, dkk. 2008. Perry’s Hand Book: Section 2 Chemical and Physical Data 8th Edition. Mc. Graw Hill. 3. Perry R. H., Green D., Perry’s Chemical Engineer’s Hand Book, Sixth Edition, 1988, McGraw-Hill, Tokyo Yogyakarta, 05 Juni 2014 Asisten,

Praktikan,

Bangun Wasito

Janice Nathania