PDTK D-4
April 27, 2018 | Author: galsnp | Category: N/A
Short Description
Laporan Praktikum Dasar Teknik Kimia "HETP"...
Description
LAPORAN SEMINAR PRAKTIKUM DASAR TEKNIK KIMIA
Height Equivalent of a Theoritical Plate Plate (HETP) D-4
DISUSUN OLEH : Galuh Nur Prasidhilaskmi Prasidhilaskmi
(121130330)
Kadek Dwi Mahayasa
(121130351)
LABORATORIUM DASAR TEKNIK KIMIA PRODI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” YOGYAKARTA 2015
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN SEMINAR Height Equivalent of a Theoritical Plate Plate (HETP) D-4
Disusun Oleh :
Galuh Nur Prasidhilaskmi Prasidhil askmi
(121130330)
Kadek Dwi Mahayasa
(121130351)
Yogyakarta,
Juni 2015
Disetujui oleh Asisten Pembimbing
Hardin Kurnia Utami S.T.
ii
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN SEMINAR Height Equivalent of a Theoritical Plate Plate (HETP) D-4
Disusun Oleh :
Galuh Nur Prasidhilaskmi Prasidhil askmi
(121130330)
Kadek Dwi Mahayasa
(121130351)
Yogyakarta,
Juni 2015
Disetujui oleh Asisten Pembimbing
Hardin Kurnia Utami S.T.
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur atas kehadirat Tuhan YME, karena atas karunia-Nya makalah ini dapat diselesaikan diselesaikan dengan baik dan dan tepat pada waktunya. waktunya. Makalah Praktikum Dasar Teknik Kimia ini disusun guna memenuhi
kurikulum
pendidikan pendidikan pada Jurusan Teknik Kimia, UPN “Veteran” Yogyakarta. Pokok bahasan makalah ini adalah “ Height Equivalent Equivalent of a Theoritical Theoritical Plate (HETP)” yang merupakan salah satu dari beberapa acara Praktikum Dasar
Teknik Kimia. Tujuan dari makalah ini adalah untuk memberikan gambaran yang nyata dari teori yang telah ada. Pada kesempatan ini penyusun ingin mengucapkan terima kasih kepada : 1. Orang Tua yang telah mendukung pembuatan makalah ini 2. Ir. Danang Jaya M.T., selaku kepala Laboratorium Dasar Teknik Kimia 3. Hardin Kurnia Utami S.T., selaku asisten pembimbing pembimbing 4. Staf laboran Laboraturium Dasar Teknik Kimia 5. Rekan – rekan dalam satu plug
Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca, khususnya rekan – rekan mahasiswa Teknik Kimia UPN “Veteran” Yogyakarta. Segala kritik dan saran
yang
bersifat
membangun sangat kami harapkan demi sempurnanya
makalah ini.
Yogyakarta, Juni 2015
Penyusun iii
DAFTAR ISI
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN I.1
Latar Belakang ……………………………………………...
1
I.2
Tujuan Percobaan …………………………………………...
1
I.3
Tinjauan Pustaka ……………………………………………
1
I.4
Hipotesis …………………………………………………….
8
PELAKSANAAN PERCOBAAN II.1
Bahan ……………………………………………………….. 9
II.2
Alat ………………………………………………………….
9
II.3
Gambar Alat ………………………………………………...
10
II.4
Cara Kerja …………………………………………………..
10
II.5
Daigram Alir ………………………………………………..
12
II.6
Analisis Perhitungan ………………………………………..
13
II.6.1 Mencari Densitas Alkohol ………………………….
13
II.6.2 Mencari Kadar Alkohol (Sampel) ………………….
13
II.6.3 Membuat Grafik Standar …………………………… 13
BAB III
BAB IV
II.6.4 Mencari Fraksi Mol Distilat dan Residu Sampel …...
14
II.6.5 Mencari Sifat Penguapan Rata-rata (αab) …………..
14
II.6.6 Menentukan Hetp …………………………………...
15
HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN III.1
Hasil Percobaan ……………………………………………..
16
III.2
Pembahasan …………………………………………………
17
KESIMPULAN IV.1 Kesimpulan …………………………………………………
21
IV.2 Kritik dan Saran …………………………………………….
22
DAFTAR PUSTAKA
23
LAMPIRAN
iv
DAFTAR TABEL Tabel 1.
Massa Larutan Standar ..............................................................
16
Tabel 2.
Massa Larutan Distilat dan Residu ............................................
16
Tabel 3.
Menentukan Harga Fraksi Mol Alkohol ...................................
17
Tabel 4.
Fraksi Mol Distilat dan Residu Masing-masing Sampel ............
18
Tabel 5.
Hubungan Nmin dengan HETP ..................................................
20
v
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.
Rangkaian Alat HETP ...............................................................
11
Gambar 2.
Hubungan Fraksi Mol Alkohol Dengan Densitas ........................
17
Gambar 3.
Kurva Kesetimbangan Etanol Air dan Fraksi Mol Uap Etanol Pada Sampel 1 .............................................................................
Gambar 4.
Kurva Kesetimbangan Etanol Air dan Fraksi Mol Uap Etanol Pada Sampel 2 .............................................................................
Gambar 5.
Kurva Kesetimbangan Etanol Air dan Fraksi Mol Uap Etanol Pada Sampel 3 .............................................................................
18
19
19
vi
DAFTAR LAMBANG
o
T
= suhu, C
ρ
= densitas, gr/ml
x
= kadar alkohol, %
BM
= berat molekul, g/mol
P°
= tekanan uap larutan, psia
TD
= suhu distilat, C
TR
= suhu residu, C
αR
= sifat penguapan residu
αD
= sifat penguapan distilat
αab
= sifat penguapan rata-rata
Nmin
= jumlah plate minimum
o
o
HETP = tinggi bahan isian yang ekuivalen dengan satu plate teoritis, cm
vii
INTISARI
HETP ( High Equivalent of Theoritical Plate) digunakan untuk menghitung tinggi kolom bahan isian dengan terlebih dahulu menentukan jumlah plate teoritisnya. Percobaan HETP dimaksudkan untuk menentukan perbandingan tinggi kolom bahan isian yang ekuivalent dengan satu plate teoritisnya. Dalam percobaan ini, bahan yang digunakan sebagai umpan adalah alkohol dan aquadest, sedangkan alat yang digunakan adalah kolom bahan isian dilengkapi dengan labu leher tiga, pemanas dan pendingin. Mula-mula campuran alkohol-aquadest dalam labu leher tiga dipanaskan. Setelah suhu konstan, destilat dan residu diambil untuk diamati indeks biasnya. Berdasarkan indeks bias dari grafik indeks bias vs fraksi mol maka mol fraksi destilat dan residu dapat diketahui. Dimana mol fraksi destilat (X d ) dan mol fraksi residu (Xw) tersebut digunakan untuk menghitung jumlah plate sehingga diperoleh HETP. Dari percobaan yang dilakukan didapatkan hasil HETP (cm/plate) pada Metode Mc Cabe Thile dengan perbandingan umpan alkohol dengan aquadest sebanyak 50 ml dan 100 ml sebesar 7,6596, sebanyak 75 ml dan 75 ml sebesar 10, sebanyak 50 ml dan 75 ml sebesar 12,4138. Pada Metode Franske Underwood didapatkan hasil dengan perbandingan umpan alkohol dengan aquades sebanyak 50 ml dan 100 ml sebanyak 8,0761, sebanyak 75 ml dan 75 ml sebesar 10,0372, sebanyak 50 ml dan 75 ml sebesar 12,8331.
viii
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Dalam industri sering dibutuhkan bahan – bahan yang relatif murni terhadap bahan – bahan lainnya, di dalam proses industri maupun hasil industri. Untuk itu diperlukan metode untuk memisahkannya. Cara pemisahan yang digunaka untuk memisahkan suatu bahan dari campurannya ada beberapa jenis, diantaranya adalah filtrasi, ekstraksi, kristalisasi, destilasi, dan sebagainya. Untuk bahan yang terdiri dari cairan – cairan, metode destilasi lebih sering digunakan yaitu dengan menggunakan menara pemisah. Baik menggunakan menara dengan bahan isian ataupun menara dengan plate. Konsep HETP dalam destilasi pada dasarnya digunakan untuk mencari tinggi kolom bahan isian yang equivalent dengan membandingkan suatu efisiensi menara isian terhadap menara plate, kecepatan dan sifat fluida, keadaan operasi pada umumnya oleh variasi keadaan dispersi cairan di permukaan bahan isian.
I.2. Tujuan Percobaan
Menentukan perbandingan tinggi kolom bahan isian yang equivalent terhadap suatu plate teoritis pada destilat alkohol – aquadest pada sistem batch.
I.3. Tinjauan Pustaka
HETP dalam penggunaannya sering digunakan dalam perhitungan menara destilasi dengan bahan isian. Destilasi merupakan suatu cara pemisahan komponen – komponen dari suatu larutan, tergantung dari distribusi bahan - bahan antara fase cair dan fase gas. Berdasarkan konstruksi, menara destilasi digolongkan:
1
1) Menggunakan plate dengan bubble cup atau perforated 2) Menggunakan packing dengan menara bahan isian
Adapun jenis bahan isian antara lain : 1) Bahan yang tersusun teratur ( regular packing ) , diantarannya double spiral ring, wood grid .
2) Bahan isian yang tersusun secara acak (random packing), diantaranya rashing ring, ring packing . 3) Pseudo plate column , kontak fase terjadi pada plate seperti misalnya hitted trays, triple trays . ( Treybal, R.E., 1986)
Sifat – sifat bahan yang harus dimiliki bahan isian adalah : 1. Perbandingan luas permukaan bidang basah (bidang kontak) bahan isian per satuan volume bahan isian cukup besar. 2. Susunan bahan isian dalam kolom cukup memberikan rongga kosong,
shingga
memudahkan
aliran
fluida,
sedangkan
penurunan tekanan aliran tidak terlalu besar. 3. Permukaan bahan isian mudah menjadi basah. 4. Tahan terhadap suhu dan perubahannya, dan tidak mudah berkarat. 5. Bulk Density cukup rendah. 6. Cukup kuat, tidak mudah pecah.
Didalam distilasi ada beberapa cara untuk menentukan jumlah plate teoritis sebagai plate minimum, yaitu dengan cara : 1. Metode Mc Cabe Thile Rumus diatas didapat dari : Ya =
ab . Xa
a
1 + (a ab - 1) . Xa
2
Rumus tersebut didapat dari: Ya ab =
a
Yb
Xa Xb
Yb = a ab Xa Xb Ya
Yb Xa Xb
Ya = a ab Ya =
ab . (1 - Ya )
a
1 - Xa
Xa
Syarat – syarat metode Mc Cabe Thile : a. Apabila sistem campuran yang disuling menghasilkan diagram komposisi uap jenuh dan cair jenuh adalah lurus dan sejajar atau garis operasi mendekati garis lurus atau sejajar. Syarat ini jarang dijumpai bila besaran – besarannya dalam satuan massa atau jika komposisi dalam satuan fraksi massa dan enthalpi dalam Btu , tetapi lebih mendekati bila satuan dalam mol. Lbm b. Jika persyaratan (a) dapat dipenuhi, maka Ln/V n+1 pada seksi rektifikasi dan Lm/Vm+1 pada seksi striping bernilai tetap. Keadaan semacam ini dikenal sebagai “Constant molal ever flow and Vaporation ”. c. Tekanan di seluruh menara dianggap tetap. d. Panas pencampuran ( ∆Hs ) dapat diabaikan. e. Panas latent penguapan ( λ ) rata – rata tetap.
Bila ditinjau dari seksi enriching / rektifikasi : Neraca bahan
:
Vn+1 = Ln + D
3
Neraca komponen
Vn +1 Yn +1 = L n X n + D X d
:
= L n X n + D X d
V n +1Y n +1
Yn +1 =
Ln Vn +1
Xn +
D Vn +1
X d
L 0 = L1 = L n V1 = V2 = Vn +1
Yn +1 =
L
Xn +
V
D V
Xd ……………………..…(1)
V1 = L 0 + D V = L+D
Yn +1 =
L L+D
D
Xn +
L+D
Xd ………………..(2)
L
Yn +1 =
Yn +1 =
D Xn + Xd L +1 L +1 D D
R R + 1
Xn +
Xd R + 1
………………..(3)
Persamaan (1), (2) dan (3) disebut persamaan garis operasi atas (GOA) dengan Slope:
Intercept :
L V
D
L
=
L+D
X d V
=D
=
R R + 1
X d L+D
=
X d R + 1
Bila dilihat dari seksi striping : L m = Vm +1 + B Vm +1 = L m − B
Vm+1 . Ym +1 = L m . X m − B . X b Ym +1 =
Y=
L V
Lm Vm+1
Xm −
Xm −
B V
B Vm +1
X b
X b ………(4)
4
Persamaan (4) disebut persamaan garis operasi bawah (GOB) dengan Slope :
L V
Intercept : −
B . X b V
Pada refluks total dimana seluruh uap yang terembunkan dalam kondensor dikembalikan kedalam kolom sebagai refluks maka tidak ada hasil distilat ( D=0). Perbandingan refluks ( Lo/D ) adalah tak terhingga.
2. Metode Fenske Underwood
a d =
Pa o Pb o
aw =
Pa o Pb o
, pada suhu puncak (td)
, pada suhu bawah (tw)
Dimana :
Paº = tekanan uap murni komponen a Pbº = tekann uap murni komponen b
Untuk campuran ideal, metode ini didasarkan atas volatilitas relatif αab antar komponen, dengan terlebih dahulu menetapkan αd dan αw.
aab =
Ya (1 − Xa ) Xa (1 - Ya )
Dimana : Y = mol fraksi uap X = mol fraksi cairan Campuran ideal mematuhi hukum Roult dan volatilitas relatifnya ialah tekanan uap komponennya. Pa = Paº . Xa ;
Pa = tekanan parsial a
Pb = Pbº .Xb ;
Pb = tekanan parsial b
Ya =
Pa Pt
; Pt = tekanan total
5
Yb =
Pb Pt
Ya
aab =
aab =
Yb
Xa = Xb
1 − Ya
dan
Pb
Xa = Xb
(Pa
o
(Pb
o
. Xa ) . Xb )
Xa
Xb
Pa o Pb o
Untuk sistem biner
Ya
Pa
Ya Yb
Xa
dan
Xb
dapat diganti dengan :
Xa 1 − Xa Ya
sehingga :
aab =
aab = Ya 1 − Ya
Xa = Ya . Xa Yb Yb Xb Xb
Ya
.
Xa
1 − Ya 1 - Xa Xa
= aab
1 − Xa
untuk plate n + 1 Yn +1 1 − Yn +1
= aab
X n +1 1 − X n +1
Oleh karena itu refluks total distilat (D) = 0 dan L = 1, Y n+1 = Xn Sehingga :
Xn 1− Xn
= aab
X n +1 1 − X n +1
Pada puncak kolom, bila kondensor total Y 1 = Xd X d 1 − X d
= aab
X1 1 − X1
……………..…(1)
untuk n plate berurutan menghasilkan : X1 1 − X1
= aab
X2 1− X2
……..…………(2)
6
jika persamaan (1) dan (2) dikalikan satu sama lain dan suku – suku tengah saling menghapuskan, maka :
Xd 1 − Xd
= (aab )
Xn
n
1 − Xn
Untuk sampai ke hasil bawah yang keluar dari kolom diperlukan N min plate ditambah satu reboiler. Xd 1 − Xd
Xb
N min + 1
= (aab)
1 − Xb
Untuk mendapatkan N min dengan logaritma menghasilkan :
Xd 1 - Xb . 1 Xd Xb − −1 log aab
log N min =
( Treybal R.E., 1986 )
Jika perubahan nilai αab dari dasar kolom tidak terlalu menyolok, maka untuk αab digunakan rata – ratanya.
ad =
P o alkohol P o aquadest
, pada suhu puncak (td)
o
aw = 3.
P alkohol o
P aquadest
, pada suhu bawah (tw)
Metode Ponchon – Savorit (Dengan menggunakan diagram entalpi komposisi) HETP penggunaannya sering untuk perhitungan menara distilasi dengan memakai bahan isian. Dengan menggunakan metode diatas, jumlah plate minimum dapat diketahui, maka harga HETP dapat dihitung : HETP = Tinggi packing kolom bahan isian Jumlah plate minimum
7
Manfaat dari HETP adalah untuk menghitung tinggi kolom bahan isian dengan terlebih dahulu menentukan jumlah plate teoritis.
I.4. Hipotesis
Diperkirakan bahwa semakin besar perbandingan antara volume aquadest dengan volume alkohol, maka tinggi kolom bahan isian yang equivalent terhadap suatu plate teoritis semakin kecil. 1. Semakin besar densitas larutan campuran semakin kecil normalitas alkohol. 2. Semakin besar fraksi mol alkohol semakin kecil densitas larutan campuran. 3. Semakin besar indeks bias semakin kecil densitas larutan campuran. 4. Semakin tinggi fraksi mol alkohol maka semakin kecil Nmin dan HETP .
8
BAB II PELAKSANAAN PERCOBAAN II.1. Bahan
1. Alkohol 2. Aquadest
II.2. Alat
1. Piknometer 2. Erlenmeyer 3. Pipet 4. Corong 5. Gelas ukur 6. Refraktometer 7. Tabung reaksi
9
II.3. Gambar Alat
6
2
5
3
Keterangan 1. Labu leher tiga 2. Termometer 3. Kolom bahan isian 4. Pemanas listrik 5. Kran pengatur 6. Pendingin balik 7. Erlenmeyer 1
7 4
Gambar 1. Rangkaian alat HETP
II.4. Cara Kerja
1. Membuat larutan alkohol – aquadest untuk membuat grafik standart dari fraksi mol vs indeks bias. 2. Memeriksa terlebih dahulu rangkaian alat percobaan. 3. Membuat larutan umpan, yaitu campuran alkohol dan aquadest dengan perbandingan volume tertentu. 4. Memasukkan umpan ke dalam labu leher tiga, diusahakan jangan sampai tumpah. 5. Menghidupkan pendingin balik dan pemanasnya. Mengatur kran pada posisi refluks total. 6. Mencatat secara periodik perubahan suhu residu dan destilat, sehingga dapat diketahui berapa lama dicapai suhu keduanya tetap.
10
7. Setelah suhu destilat dan residu konstan, mengambil distilat dengan memutar kran refluks, kemudian mengamati indeks biasnya. Setelah cukup, kran dikembalikan ke posisi refluks total. 8. Mematikan pemanas, mengambil residu dan menampungnya seperti pengambilan destilat. Mengamati indeks biasnya. 9. Menghidupkan pemanas seperti semula. 10. Mengamati indeks bias destilat dan indeks bias residu dengan refraktomer. 11. Mengulangi percobaan mulai dari langkah ke-3.
11
II.5. Diagram Alir
a. Pembuatan Diagram Standar Siapkan alat dan bahan
Membuat 9 macam larutan alkohol-aquades pada tabung reaksi dengan perbandingan volume tertentu, kemudian mengukur indeks biasnya den an refraktometer b. Percobaan Siapkan alat dan bahan
Membuat 3 macam larutan alkohol-aquades sebagai larutan umpan
Menghidupkan pendingin balik
Memasukan larutan umpan dalam labu leher 3
Memanaskan larutan um an hin
a dica ai kesetimban an
Mengambil destilat dan residu setelah suhu destilat dan residu konstan, kemudian mengukur indek biasnya dengan refraktometer
Ulangi langkah memanaskan larutan umpan dengan per bandingan volume umpan yang berbeda
Mencatat hasil indeks bias dari masing perbandingan larutan campuran
12
II.6. Analisa Perhitungan
1. Mencari densitas alkohol. Menera piknometer sebagai berikut : Berat piknometer kosong
: A gram
Berat piknometer + aquadest
: B gram
Berat aquadest
:(B–A)
:
C
gram Dari tabel 3-28, p3-75 Perry, didapat harga densitas aquadest (ρ aquadest) pada suhu t tersebut adalah
C
= V ml
ρ aquadest Menentukan densitas alkohol : Berat piknometer + alkohol
: D gram
Berat alkohol
:(D–A)
:
E
gram Dengan menganggap volume piknometer = volume alkohol, pada suhu yang sama t, maka : Densitas alkohol :
E gram V ml
= alkohol gram ml
2. Mencari kadar alkohol (sampel) Dengan mengetahui densitas alkohol pada suhu t, maka dari Perry’s Chemical Engineers’ Handbook tabel 3-110, p3-89 akan didapat kadar alkohol : K %.
3. Membuat grafik standart Untuk membuat grafik standart antara fraksi mol dengan indeks bias
diperlukan
beberapa
campuran
dengan
berbagai
perbandingan untuk menghitung fraksi mol dengan data-data : Kadar alkohol
:K%
Alkohol
: L ml
13
Aquadest
: M ml
Densitas alkohol
: ρ alkohol
Densitas aquadest
: ρ aquadest
Maka : Alkohol = ρ alkohol x L x K % = S gmol. BM alkohol Aquadest = (ρ aquadest x M) + ρ alkohol x L (100% - K%) = R gmol BM aquadest Sehingga fraksi alkohol : X =
S
= Q mol
S+R
Sehingga dari harga fraksi mol alkohol tersebut dan indeks bias dapat dibuat grafik standart.
4. Mencari fraksi mol destilat dan residu sampel Dengan
mengetahui
indeks
bias
sampel
dan
dengan
menggunakan grafik standart didapat fraksi mol destilat dan residu.
5. Mencari sifat penguapan rata – rata (αab) Harga αd dan αw dicari dengan menggunakan rumus : αd = Pº alkohol
; P pada suhu td
Pº aquadest αw = Pº alkohol ; P pada suhu tw Pº aquadest αab = (αd . αw)
½
14
Pº alkohol dan aquadest dapat dilihat pada fig. 543, p. 583, G.G. Brown, “Unit Operation”.
6. Menentukan HETP Sebelumnya menghitung jumlah plate minimum (Np min). Jumlah Np min pada percobaan ini diasumsikan sebagai kondisi kondensor dan reboiler total, dengan cara : 1. Metode Mc Cabe Thiele
Metode ini menggunakan grafik antara fraksi mol uap
(Y)
vs
fraksi
penggambaran
mol
kurvanya
cairan
(X).
digunakan
dalam diagram
kesetimbangan etanol – aquadest yang terdapat pada G.G. Brown, “Unit Operation”, p.582. 2. Metode Fenske Underwood
Dengan rumus : Np min = log [Xd/(1 – Xd)] . [(1 – Xb)/Xb] Log αab Maka harga HETP : HETP = Tinggi kolom bahan isian Nmin
15
BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN III.1 Hasil Percobaan °
Suhu aquadest
:
28 C
Berat labu ukur kosong
:
11,4805
gram
Berat labu ukur + aquadest
:
21,3185
gram
Berat aquadest
:
9,8380
gram
Berat labu ukur + alkohol
:
19,3975
gram
Berat alkohol
:
7,9170
gram
Densitas aquadest
:
0,996233 g/ml
Volume labu ukur
:
9,8752
ml
Densitas alkohol
:
0,8017
g/ml
Kadar alkohol
:
96%
Tinggi Bahan Isian
:
72 cm
BM alkohol (C2H5OH)
:
46
Tabel 1. Massa larutan standar No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Alkohol (ml) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6
Aquadest (ml) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Massa Larutan + Labu Ukur (gram) 19.7697 19.8883 20.0465 20.1708 20.3322 20.4268 20.5321 20.6609 20.7301 21.3052
Tabel 2. Massa larutan distilat dan residu No. 1. 2. 3.
Umpan (ml) Alkohol Aquadest 50 100 75 75 50 75
Massa Larutan + Labu Ukur Distilat Residu 19,2634 21,2442 19,2515 20,9435 19,3612 21,0543
Tr °C
Td °C
90 85 84
63,5 63,5 63
16
III.2 Pembahasan
Tabel 3. Menentukan Harga Fraksi Mol Alkohol No.
Alkohol (ml)
Aquadest (ml)
Mol Alkohol
Mol Aquadest
Fraksi Mol Alkohol
1
15
2
0,2442
0,1547
0,6123
2
14
3
0,2279
0,2071
0,5240
3
13
4
0,2117
0,2595
0,4492
4
12
5
0,1954
0,3119
0,3851
5
11
6
0,1791
0,3643
0,3296
6
10
7
0,1628
0,4167
0,2809
7
9
8
0,1465
0,4692
0,2380
8
8
9
0,1303
0,5216
0,1998
9
7
10
0,1140
0,5740
0,1657
10
6
11
0,0977
0,6264
0,1349
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan pada acara HETP ( Height Equivalent of Theoritical Plate ), didapat grafik standar hubungan antara fraksi
mol alkohol dengan densitas. 1.0000 0.9800 0.9600
y = -0.2716x + 0.992 R² = 0.8824
) l 0.9400 m / r 0.9200 g ( s 0.9000 a t i s 0.8800 n e D0.8600
ydata yhitung
0.8400 0.8200 0.8000 0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
Fraksi Mol Alkohol
Gambar 2. Hubungan fraksi mol alkohol dengan densita s.
17
Grafik tersebut menunjukkan semakin besar perbandingan antara volume aquadest dengan volume alkohol, maka densitasnya semakin besar, sehingga fraksi mol alkohol dalam campuran alkohol – aquadest akan semakin besar.
Tabel 4. Fraksi Mol Distilat dan Residu Masing-masing Sampel Umpan
No
Fraksi mol alkohol (X)
Alkohol
Aquadest
Distilat
Residu
1
50
100
0,9540
0,0237
2
75
75
0,9637
0,1118
3
50
75
0,8757
0,0736
Semakin banyak volume aquadest dan semakin sedikit volume alkohol dalam larutan umpan menyebabkan suhu residu (T r ) semakin tinggi dan suhu distilat semakin rendah. Hal ini disebabkan karena titik didih aquadest lebih tinggi daripada alkohol, maka pada residu, komposisi aquadest yang lebih banyak akan meningkatkan suhu titik didihnya. Namun, hal ini tidak sesuai dengan hasil percobaan yang telah dilakukan. Berdasarkan percobaan ketiga, pada saat volume aquadest tetap dan volume alkohol dikurangi, suhu distilat (T d ) justru turun. Adanya ketidaksesuaian ini dikarenakan kran refluks yang tidak sepenuhnya menutup. 1.2 1 ) Y 0.8 ( p a U l o0.6 M i s k a r 0.4 F
0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fraksi Mol Cair (x)
Gambar 3. Kurva kesetimbangan etanol-air dan fraksi mol uap etanol pada sampel 1 18
1.2 1 ) Y ( p0.8 a U l o0.6 M i s k 0.4 a r F
Xd Xr
0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fraksi Mol Cair (X)
Gambar 4. Kurva kesetimbangan etanol-air dan fraksi mol uap etanol pada sampel 2
1.2 1 ) Y ( p0.8 a U l o0.6 M i s k 0.4 a r F
Xd Xr
0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fraksi Mol Cair (X)
Gambar 5. Kurva kesetimbangan etanol-air dan fraksi mol uap etanol pada sampel 3
19
Tabel 5. Hubungan Nmin dengan HETP N min
HETP
No. Fenske Underwood
Mc.Cabe Thiele
Fenske Underwood
Mc.Cabe Thiele
1.
8,9151
9,4
8,0761
7,6596
2.
7,1733
7,2
10,0372
10
3.
5,6105
5,8
12,8331
12,4138
Perhitungan jumlah plate minimum dilakukan dengan menggunakan dua metode, yaitu metode Fenske Underwood dan metode McCabe Thiele. Pada perhitungan dengan kedua metode ini didapatkan hasil yang berbeda. Adanya ketidaksamaan jumlah plate minimum ini dikarenakan pada metode Fenske o
Underwood, ketelitian pada saat pembacaan grafik untuk mencari P alkohol dan Po aquadest sangat mempengaruhi perhitungan pada
aab
dan Nmin. Sedangkan
pada metode Mc Cabe Thiele, ketelitian pada saat menggambar plate sangat mempengaruhi Nmin.
20
BAB IV KESIMPULAN IV.1 Kesimpulan
Dari percobaan yang telah dilakukan diperoleh hasil sebagai berikut. a. Dari grafik standar fraksi mol alkohol dengan densitas, semakin besar fraksi mol alkohol, maka semakin kecil densitasnya. b. Umpan 1 (50 ml alkohol + 100 ml aquadest) •
•
Fenske Underwood Nmin
= 8,9151
HETP
= 8,0761 cm
Mc Cabe Thiele Nmin
= 9,4
HETP
= 7,6596 cm
Umpan 2 (75 ml alkohol + 75 ml aquadest) •
•
Fenske Underwood Nmin
= 7,1733
HETP
= 10,0372 cm
Mc Cabe Thiele Nmin
= 7,2
HETP
= 10 cm
Umpan 3 ( 50 ml alkohol + 75 ml aquadest) •
•
Fenske Underwood Nmin
= 5,6105
HETP
= 12,8331 cm
Mc Cabe Thiele Nmin
= 5,8
HETP
= 12,4138 cm
21
IV.2 Kritik dan Saran
Kritik •
Rangkaian alat yang tidak terawat
•
Praktikum yang tidak dimulai tepat waktu karena laboratorium yang belum dibuka oleh laboran
Saran •
Rangkaian alat dibersihkan secara berkala
•
Laboran membuka laboratorium tepat pada waktunya
22
DAFTAR PUSTAKA
Brown, G.G, 1978, “Unit Operation”,14th , John Willey&Sons, New York. th
Perry, R.H, 1999, “Chemical Engineering Handbook”, 7 . ed, Mc Graw-Hill Inc, New York. Treyball,R.E.,1986, “Mass Transfer Operation” ,2nd edition,Mc Graw Hill, New York Tutik Muji, Setyoningrum, 2015, “Operasi Teknik Kimia II”, Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, UPN “Veteran” Yogyakarta
23
LAMPIRAN JURNAL HETP
Suhu aquadest Berat labu ukur kosong Berat labu ukur + aquadest Berat aquadest Berat labu ukur + alkohol Berat alkohol Densitas aquadest Volume labu ukur Densitas alkohol Kadar alkohol Tinggi Bahan Isian BM alkohol (C2H5OH) Tabel 6. Massa Larutan Standar No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Alkohol (ml) 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6
: : : : : : : : : : : :
28 °C 11,4805 21,3185 9,8380 19,3975 7,9170 0,996233 9,8752 0,8017 96% 72 cm 46
Aquadest (ml) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
gram gram gram gram gram g/ml ml g/ml
Massa Larutan + Labu Ukur (gram) 19.7697 19.8883 20.0465 20.1708 20.3322 20.4268 20.5321 20.6609 20.7301 21.3052
Tabel 7. Massa Larutan Distilat dan Residu No. 1. 2. 3.
Umpan (ml) Alkohol Aquadest 50 100 75 75 50 75
Massa Larutan + Labu Ukur Distilat Residu 19,2634 21,2442 19,2515 20,9435 19,3612 21,0543
Tr ° C
Td °C
90 85 84
63,5 63,5 63
Yogyakarta, Praktikan 1
Galuh Nur P.
Praktikan 2
Kadek Dwi M.
Mei 2015
Asisten Pembimbing
Hardin Kurnia Utami S.T.
LAMPIRAN PERHITUNGAN
1. Mencari densitas alkohol a. Menera labu ukur : •
Suhu aquadest
: 28°C
•
Berat labu ukur kosong
: 11,4805 gr
•
Berat labu ukur + aquadest : 21,3185 gr
•
Berat aquadest
•
Densitas aquadest pada suhu 28°C dapat dilihat pada table 2-28
: 9,8380 gr
Perry’s Chemical Engineer’s Handbook, yaitu 0,996233 gr/ml •
Volume labu ukur
= =
berat aquadest densitas aquadest 9,838 gr ,996233 gr/ml
= 9,8752 ml b. Menentukan densitas alkohol •
Berat labu ukur + alkohol
: 19,3975 gr
•
Berat alkohol
: 7,9170 gr
•
Volume labu ukur
: 9,8752 ml
•
Densitas alkohol
= =
berat alkohol volume labu ukur 7,97 gr 9,8752 ml
= 0,8017 gr/ml
2. Mencari kadar alkohol Dengan mengetahui densitas alkohol pada suhu T dari Perry table 2-110 o
a. Dengan kadar = 94%, pada T = 28 C 25 28 30 0,8027
ρ
0,7984
25−3 = ,827−,7984 28−3 ρ−,7984 ρ
= 0,8001 gr/ml
o
b. Dengan kadar = 93%, pada T = 28 C 25 28 30
0,8055
ρ
0,8011
25−3 = ,855−,8 28−3 ρ−,8 ρ
= 0,8029 gr/ml
Dari data yang diperoleh dari hasil interpolasi: Pada k = 94%, ρ = 0,8001 gr/ml Pada k = 93%, ρ = 0,8029 gr/ml Sehingga pada ρ = 0,8017 gr/ml akan diperoleh kadar dengan cara interpolasi 94 x 93
0,8001
0,8017
0,8029
94−93 = ,8−,829 −93 ,87−,829 x
= 93,4185 % o
Jadi, kadar alkohol pada T = 28 C adalah 93,4185%
3. Menentukan fraksi mol alkohol Kadar alkohol
: 93,4185%
Densitas alkohol
: 0,8017 gr/ml
Densitas aquadest
: 0,996233 gr/ml
Data sampel 1 •
mol alkohol
= = =
•
mol aquadest = = =
•
fraksi mol alkohol
ρ alkohol volume alkohol k% BM alkohol ,87 5 ml ,93485 46 0,2442 gmol
ρ aq V aq)+(ρ al V al(%−k%)) BM aq (,996233 2)+(,875(−93,485)) 8 (
0,1547 mol = =
mol alkohol mol alkohol+mol aquadest ,2442 ,2442+,547
= 0,6123
Analog dengan perhitungan yang sama, maka didapat data berikutnya pada tabel berikut. Tabel 5. Menentukan Harga Fraksi Mol Alkohol No.
Alkohol (ml)
Aquadest (ml)
Mol Alkohol
Mol Aquadest
Fraksi Mol Alkohol
1
15
2
0,2442
0,1547
0,6123
2
14
3
0,2279
0,2071
0,5240
3
13
4
0,2117
0,2595
0,4492
4
12
5
0,1954
0,3119
0,3851
5
11
6
0,1791
0,3643
0,3296
6
10
7
0,1628
0,4167
0,2809
7
9
8
0,1465
0,4692
0,2380
8
8
9
0,1303
0,5216
0,1998
9
7
10
0,1140
0,5740
0,1657
10
6
11
0,0977
0,6264
0,1349
Dari data diatas, dibuat persamaan regresi linier antara fraksi mol alkohol dengan densitas. y
= ax + b
dimana: y = densitas; x = fraksi mol alkohol; a,b = konstanta Dengan metode Least Square, yaitu: Ʃy = aƩx + n.b Ʃxy = aƩx2 + bƩx
Tabel 6. Menentukan Persen Kesalahan No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. Ʃ
X 0,6123 0,5240 0,4492 0,3851 0,3296 0,2809 0,2380 0,1998 0,1657 0,1349 3,3195
Y 0,8394 0,8514 0,8674 0,8800 0,8964 0,9059 0,9166 0,9269 0,9366 0,9949 9,0183
XY = ΣΣXYΣΣXXnnΣΣX^2 ΣX ΣXY ΣY ΣX^2 b= ΣX ΣX n ΣX^2 a = -0,2716 b = 0,9920 Sehingga diperoleh persamaan garisnya: y = ax + b y = -0,2716x + 0,9920
Pada data 1, x = 0,6123 •
yhitung = -0,2716 (0,6123) + 0,9920 = 0,8257
•
% kesalahan =
�ydata−yhitung ydata �x100%
=
8257 � 8394− 8394 �100% ,
,
,
= 1,6320
X2 0,3749 0,2746 0,2018 0,1483 0,1086 0,0789 0,0566 0,0399 0,0174 0,0182 1,3293
XY 0,5139 0,4461 0,3897 0,3389 0,2954 0,2545 0,2181 0,1858 0,1552 0,1342 2,9139
Analog dengan perhitungan yang sama, sehingga diperoleh hasi l berikut. Tabel 7. Hubungan antara Ydata dan Yhitung serta Persen Kesalahan No.
Fraksi Mol Alkohol (X)
Densitas (Y)
Y Hitung
% Kesalahan
1.
0,6123
0,8394
0,8257
1,6320
2.
0,5240
0,8514
0,8497
0,2032
3.
0,4492
0,8674
0,8700
0,2940
4.
0,3851
0,8800
0,8874
0,8377
5.
0,3296
0,8964
0,9025
0,6829
6.
0,2809
0,9059
0,9157
1,0765
7.
0,2380
0,9166
0,9273
1,1728
8.
0,1998
0,9269
0,9377
0,8686
9.
0,1657
0,9366
0,9470
1,1046
10.
0,1349
0,9949
0,9553
3,9741
dengan persen kesalahan rata-rata sebesar 1,1846 %
Dari data tersebut, dibuat grafik seperti berikut: 1.0000 0.9800 0.9600
y = -0.2716x + 0.992 R² = 0.8824
) l 0.9400 m / r 0.9200 g ( s 0.9000 a t i s 0.8800 n e D0.8600
ydata yhitung
0.8400 0.8200 0.8000 0.0000
0.2000
0.4000
0.6000
0.8000
Fraksi Mol Alkohol
Gambar 3. Hubungan antara densitas dengan fraksi mol
4. Mencari fraksi mol distilat dan residu sampel a. Mencari densitas distilat Untuk data pertama •
Berat labu ukur+distilat = 19,2634 gram
•
Berat labu ukur kosong = 11,4805 gram
•
Berat distilat
•
Densitas distilat
= 7,7829 gram
berat distilat volume labu ukur 7,7829 gram = 9,8752 ml =
= 0,7881 gr/ml b. Mencari kadar distilat o
Dengan kadar = 99%, pada T = 28 C 25 28 30 0,7881
ρ
0,7838
25−3 = ,788−,7838 28−3 ρ−,7838 ρ
= 0,7855 gr/ml
o
Dengan kadar = 98%, pada T = 28 C 25 28 30
0,7912
ρ
25−3 = ,792−,7868 28−3 ρ−,7868 ρ
= 0,7886 gr/ml
0,7868
Dari data yang diperoleh dari hasil interpolasi: Pada k = 99%, ρ = 0,7855 gr/ml Pada k = 98%, ρ = 0,7886 gr/ml Sehingga pada ρ = 0,7881 gr/ml akan diperoleh kadar dengan cara interpolasi 99 x 98
0,7855
0,7886
0,7881
99−98 ,7855−,7886 −98 = ,788−,7886 x
= 98,1475 % o
Jadi, kadar alkohol pada T = 28 C adalah 98,1475% dan kadar aquadest adalah 1,8525%.
c. Menghitung fraksi mol distilat (Xd) Mol alkohol
= =
ρ distilat volume labu ukur kadar alkohol BM alkohol 9,8752 ml ,985 ,788 46 g/mol
= 0,1661 mol Mol aquadest
= =
ρ distilat volume labu ukur kadar aquadest BM aquadest 9,8752 ml ,85 ,788 8 g/mol
= 0,0080 mol Fraksi mol distilat = =
mol alkohol mol alkohol+mol aquadest ,66 mol (,66+,8) mol
= 0,9540
d. Mencari densitas residu Untuk data pertama •
Berat labu ukur+residu = 21,2442 gram
•
Berat labu ukur kosong = 11,4805 gram
•
Berat residu
•
Densitas residu
= 9,7637 gram
berat residu volume labu ukur 9,7637 gram = 9,8752 ml =
= 0,9887 gr/ml e. Mencari kadar residu o
Dengan kadar = 6%, pada T = 28 C 25 28 30 0,9898
ρ
0,9884
25−3 = ,9898−,9884 28−3 ρ−,9884 ρ
= 0,9890 gr/ml
o
Dengan kadar = 5%, pada T = 28 C 25 28 30
0,9882
ρ
25−3 = ,9882−,9867 28−3 ρ−,9867 ρ
= 0,9873 gr/ml
0,9867
Dari data yang diperoleh dari hasil interpolasi: Pada k = 6%, ρ = 0,9890 gr/ml Pada k = 5%, ρ = 0,9873 gr/ml Sehingga pada ρ = 0,9887 gr/ml akan diperoleh kadar dengan cara interpolasi 6 x 5
0,9890
0,9873
0,9887
99−98 ,989−,9873 −98 = ,9887−,9873 x
= 5,8449 %
Jadi, kadar alkohol pada T = 28 oC adalah 5,8449% dan kadar aquadest adalah 94,1551%.
f.
Menghitung fraksi mol residu (Xr) Mol alkohol
= =
ρ residu volume labu ukur kadar alkohol BM alkohol 9,8752 ml ,985 ,9887 46 g/mol
= 0,0124 mol Mol aquadest
= =
ρ residu volume labu ukur kadar aquadest BM aquadest 9,8752 ml ,85 ,9887 8 g/mol
= 0,5107 mol Fraksi mol distilat = =
mol alkohol mol alkohol+mol aquadest ,24 mol (,24+,57) mol
= 0,0237
Analog dengan perhitungan diatas, maka diperoleh data sebagai berikut. Tabel 8. Fraksi Mol Distilat dan Residu Masing-masing Sampel Umpan
No.
Fraksi Mol Alkohol (X)
Alkohol
Aquadest
Distilat
Residu
1.
50
100
0,9540
0,0237
2.
75
75
0,9637
0,1118
3.
50
75
0,8757
0,0736
5. Mencari sifat penguapan rata-rata (αab) Dari Fig. 543 ( Brown G.G, p.583) Tabel 9. Menentukan P° Alkohol dan P° Aquadest Suhu (°C)
No
P° Alkohol (psia)
P° Aquadest
TD
TR
TD
TR
TD
TR
1
63,5
90
7
25
3,5
11
2
63,5
85
7
20
3,5
9
3
63
84
6,9
19,5
3,2
8,5
Data 1 •
αR
= =
P alkohol , pada suhu T R P aquadest 25
= 2,2727 •
αD
= =
•
αab
P alkohol P aquadest , pada suhu TD 7 3,5
=
2
=
(αR . αD)0,5
=
(2,2727 . 2)
= 2,1320
0,5
Analog dengan perhitungan yang sama, maka diperoleh hasil seperti table berikut: Tabel 10. Sifat Penguapan Suhu (°C)
No
Sifat Penguapan
TD
TR
αR
αD
αab
1
63,5
90
2,2727
2
2,1320
2
63,5
85
2,2222
2
2,1082
3
63
84
2,2941
2,1875
2,2402
6. Menentukan Nmin dan HETP a. Metode Fenske Underwood Data 1 Nmin
•
= = =
HETP
•
= = =
(R) logD R(D) log αab (, ) log(,, (,)) log2,32
8,9151 plate
72 8,95 8,0761 cm
Analog dengan perhitungan yang sama, maka diperoleh hasil pada table berikut: Tabel 11. Nmin dan HETP No
Umpan (ml)
Fraksi mol Alkohol
Nmin
HETP
0,0237
8,9151
8,0761
0,9637
0,1118
7,1733
10,0372
0,8757
0,0736
5,5604
12,9486
Alkohol
Aquadest
XD
XR
1
50
100
0,9540
2
75
75
3
50
75
b. Metode Mc Cabe Thiele Pada fraksi mol uap cairan didapat dengan rumus: y
=
αab . +(αab−)
Data 1 •
αab
= 2,1320
•
x
=
0,1
•
y
=
2,32 . , +(2,32−),
= 0,1915
Analog dengan perhitungan yang sama, sehingga diperoleh data :
Umpan 1, α ab = 2,1320 Xd = 0,9540 Xr = 0,0237
Tabel 12. Nilai Fraksi Mol Uap – Cairan Umpan 1 x y
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1915
0.3477
0.4775
0.5870
0.6807
0.7618
0.8326
0.8950
0.9505
1
1.2 1 ) Y 0.8 ( p a U l o0.6 M i s k a r 0.4 F
0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Fraksi Mol Cair (x)
Gambar 4. Kurva kesetimbangan etanol-air dan fraksi mol uap etanol pada sampel 1 Nmin
=
9,4
HETP
=
72 9,4
= 7,6596 cm
1.2
Data 2 •
αab
= 2,0917
•
x
=
0,1
•
y
=
2,97 . , +(2,97−),
= 0,1866
Analog dengan perhitungan yang sama, sehingga diperoleh data:
Umpan 2, α ab = 2,0917 Xd = 0,9637 Xr = 0,1118 Tabel 13. Nilai Fraksi Mol Uap – Cairan Umpan 2
x
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
y
0
0.1886
0.3434
0.4727
0.5824
0.6765
0.7583
0.8299
0.8932
0.9496
1
1.2 1 ) Y ( p0.8 a U l o0.6 M i s k 0.4 a r F
Xd Xr
0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fraksi Mol Cair (X)
Gambar 5. Kurva kesetimbangan etanol air dan fraksi mol uap etanol pada sampel 2 Nmin
=
7,2
HETP
=
72 7,2
=
10 cm
Data 3 •
αab
= 2,1129
•
x
=
0,1
•
y
=
2,29 . , +(2,29−),
= 0,1901
Analog dengan perhitungan yang sama, sehingga diperoleh data:
Umpan 3, α ab = 2,1129 Xd = 0,8757 Xr = 0,0736
Tabel 14. Nilai Fraksi Mol Uap – Cairan Umpan 3 x y
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0
0.1901
0.3456
0.4752
0.5848
0.6788
0.7602
0.8314
0.8942
0.9500
1
1.2 1 ) Y ( p0.8 a U l o0.6 M i s k 0.4 a r F
Xd Xr
0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Fraksi Mol Cair (X)
Gambar 6. Kurva kesetimbangan etanol air dan fraksi mol uap etanol pada sampel 3 Nmin
=
5,8
HETP
=
72 5,8
=
12,4138 cm
LAMPIRAN PERTANYAAN DAN JAWABAN SEMINAR
1. Pada praktikum HETP digunakan refluks. Apa fungsi refluks dan bagaimana jika tidak ada refluks? •
Fungsi refluks yaitu mengembalikan hasil kondensasi ke dalam menara distilasi. Jika tidak ada refluks, maka tidak terjadi kesetimbangan antara cair dan gas, sehingga didapat distilat yang tidak begitu murni (Previa Widodo / 121130286)
2. Mengapa berat distilat lebih kecil daripada berat residu? •
Titik didih alkohol lebih kecil daripada titik didih aquadest, sehingga alkohol akan lebih dulu menguap. Hal ini menyebabkan pada distilat (hasil bagian atas) lebih banyak terdapat alkohol, dimana berat alkohol lebih kecil dibanding dengan berat aquadest. (Martin Bima Wicaksana / 121130190)
3. Apa itu distilasi secara batch? •
Distilasi secara batch merupakan proses pemisahan campuran caircair berdasarkan titik didihnya yang dilakukan dengan satu kali proses, yaitu memasukkan umpan, menjalankan proses distilasinya, kemudian mengambil hasilnya. (Aswin Arif Fauzan /121130178)
PERTANYAAN DARI PENGUJI
1. Apakah pada praktikum kadar alkoholnya diencerkan? •
Pada saat pembuatan campuran etanol-air untuk grafik standar, alkohol yang digunakan tidak diencerkan. Namun untuk larutan umpan alkoholnya diencerkan, dimana pada sampel pertama digunakan alkohol sebanyak 50 ml dan ditambahkan aquadest sebanyak 100 ml.
View more...
Comments
