Download - Neraca Massa Pada Reaktor Tubular (Lengkap)
LAPORAN PRAKTIKUM DASAR-DASAR PROSES I
”Neraca Massa Reaksi Etil Asetatdengan NaOH pada Reaktor Tubular”
Oleh :
Adi Perwira (0907021233)
Tadisa Putra ( 0907021143)
Jefri Berkasa Arianda (0907020642)
Nike Pratiwi (0907036274)
ABSTRAK
Untuk menyusun neraca massa pada sistem yang bereaksi, dikenal istilah reaktan pembatas, reaktan ekses, dan konversi reaksi. Tujuan dari melakukan praktikum ini adalah agar mahasiswa dapat melakukan kalibrasi pompa yang digunakan pada reactor turbular, mengetahui laju alir pompa terhadap kondisi steady-state, dan membandingkan hasil konversi secara titrasi dengan konduktivitas, dengan cara memvariasikan speed setting yaitu 4; 6; dan 8, sehingga diperoleh laju alir pompa yang bervariasi pula. Hasil konversi yang diperoleh baik secara titrasi maupun secara konduktivitas memiliki nilai yang hampir sama.
Tanggal praktikum : 8 November 2010Tanggal pemasukan laporan : 15 November 2010
PROGRAM STUDI DIII TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS RIAU
2010
BAB I
PENDAHULUAN
A. Kegunaan Kajian/Praktikum
Melakukan kalibrasi laju alir pompa yang digunakan pada reactor.
Mengetahui pengaruh laju alir terhadap kondisi steady-state.
Membandingkan hasil antara titrasi dengan konduktivitas.
B. Teori
Teknik kimia berpusat pada operasi-operasi seperti reaksi kimia, neraca massa
perpindahan bahan, neraca energi dan sebagainya. Neraca massa dan neraca energi sangat
berperan dalam perubahan materi dengan menggunakan sistem aliran sebagai transportasi
unsteady – state (variabel dalam sistem berubah-ubah terhadap waktu) dan dalam keadaan
steady state (variabel tidak berubah terhadap waktu). Pada sistem steady state tidak terjadi
akumulasi.
Pengertian Konversi
Konversi memiliki pengertian bahwa untuk mengetahui sejauh mana reaksi telah
berlangsung atau untuk mengetahui jumlah mol hasil untuk setiap penggunaan mol salah satu
pereaksi atau basis.
A +
ba
B
ca
C+ da
D
Huruf besar menunjukkan species kimia dan huruf kecil menunjukkan koefisien
stoikiometri b, c, d, dan a.
Secara rumus dinyatakan:
Xa =
mol A reaktanmol A feed
Reaktor Tubular
Reaktan disuplai ke dalam reaktor kemudian reaktan ditutup dan reaksi berlangsung.
Tidak ada penambahan reaktan dan pelepasan produk dalam reaktor. Temperatur di dalam
reaktor dijaga konstan dan pencampuran larutan dapat dilakukan secara pengadukan. Neraca
massa di dalam reaktor terjadi saat pelepasan produk dari reaktan. Produk dari reaksi ini akan
memperlihatkan penggunaan mol reaktan yang berfungsi sebagai basis.
Neraca massa untuk sistem yang bereaksi:
Input + produk – output – zat yang bereaksi = akumulasi ……………………………...(1)
Pada percobaan ini sistemnya adalah reaksi saponifikasi ethyl acetat dengan NaOH.
NaOH + CH3COOC2H5 CH3COONa + C2H5OH ……………………………..……(2)
Neraca massa total pada reactor tubular:
Fa+ Fb = Ft ………………..…………………………………………………………….(3)
Neraca massa komponen NaOH pada reactor :
Ft . a0 – Ft . a1 –Ft . a0 . xa = d ( v . a1 ) / dt ……………………………………………..(4)
Jika tercapai kondisi steady-state, maka akumulasi (da1/dt) = 0. Sehingga persamaan
(4) dapat diubah menjadi:
Xa = (a0 - a1 ) / a0………………………………………………………………………...(5)
Pada persamaan (5) merupakan konsentrasi NaOH dalam pencampur umpan.
Sedangkan hubungan a0 dengan konsentrasi NaOH dalam tangki (a) dapat dinyatakan sebagai
berikut:
a0 = ( Fa / Ft ) .a ………………………………………………………………………..(6)
Hubungan konsentrasi ethyl acetat dalam tangki (b) dengan konsentrasi ethyl acetat
dalam pencampur umpan ( b0 ) dinyatakan persamaan berikut:
b0 = ( Fa / Ft) . b ...……………………………………………………………………...(7)
Volume reactor adalah tetap yaitu 0,400 dm3. Dengan metode titrasi konsentrasi NaOH
dalam tangki dan titrasi NaOH sisa keluaran reactor, maka konversi reaksi NaOH dapat
dihitung. Disamping itu untuk menentukan konversi NaOH dapat dilakukan dengan
pengukuran konduktifitas produk reactor. Adapun persamaan yang digunakan sebagai berikut:
a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1
Δ0−Δ∞ ]+a0
………………………………………………………....(8)
a = 0 jika a0 < b0 dan a = ( a0 - b0 ) jika a0 > b0 ……………………………………....(9)
∆0 = ∆a0 ( asumsi c0 = 0 ) ……………………………………………………………....(10)
∆0 = 0,195 ( 1 + 0,0184 ( T – 294 ) ) . a0 ; T > 294 …………………………………….(11)
∆ pada persamaan (9) dapat ditentukan:
∆ = ∆c + ∆a …………………………………………………………………………(12)
∆c = 0,070 ( 1 + 0,0284 ( T – 294 ) ) . c ; T > 294 …………………………………...(13)
∆a = 0,195 ( 1 + 0,0184 ( T – 294 ) ) . a, jika a 0 …………………………………(14)
c = b0, untuk b0 < a0 dan c = a0 untuk b0 > a0 ………………………………………...(15)
Jika a1 pada persamaan (8) dapat dihitung, maka dengan menggunakan persamaan (5)
konversi reaksi terhadap NaOH dapat ditentukan.
BAB III
CARA KERJA
A. Prosedur Percobaan
a. Kalibrasi Pompa Feed
Kedua tangki feed reagen diisi dengan air
Pompa dihidupkan dengan set control kecepatan 4
Air yang terpompa keluar detampung dengan gelas ukur pada periode waktu
menentukan laju alir
Percobaan diulang dengan setting kecepatan 6, 8 dan 10
Percobaan diulang untuk pompa feed yang kedua
b. Pembuatan Larutan Umpan
Larutan umpan NaOH dan etil asetat dibuat sebanyak masing-masing 5 liter
dengan konsentrasi 0,05 M
Untuk perhitungan pembuatan larutan umpan dimuat pada lampiran dibagian akhir
laporan
c. Menentukan Konversi NaOH Yang Bereaksi Penentuan konversi dilakukan dengan 2 cara yakni dengan pengukuran
konduktivitas dan dengan titrasi
Pada penentuan konversi dengan pengukuran konduktivitas digunakan data
pengukuran konduktivitas pada kondisi steady state
Pada penentuan konversi dengan titrasi digunakan data dari titrasi NaOH pada
kondisi steady state
Perhitungan penentuan konversi dimuat pada lampiran dibagian akhir laporan
B. Bahan dan Alat
Bahan:
1. Ethyl acetat
2. NaOH
3. Air deion
4. HCL 0,01 N
5. Na Borak 0,01 N
6. Indikator PP
Alat:
1. Reaktor tubular dengan kelengkapan
2. Stop watch
3. Gelas ukur
4. Buret
5. Erlenmeyer
6. Labu ukur
7. Pipet tetes
C. Deskripsi Alat ( Reaktor Tubular dan Kelengkapan )
Alat ini terdiri dari beberapa bagian:
Tangki Reaktan ( 2 )
Tangki reaktan ini terdiri dari dua buah dengan kapasitas volume masing-masing 5
liter. Pada bagian bawah tangki dilengkapi dengan drain valve yang berfungsi untuk
mengosongkan tangki.
Pompa Umpan ( 6 ) dan ( 7 )
Tipe pompa peristaltic dengan kemampuan pada range 0-95 ml per menit. Operasi
normal dilakukan dengan switch toggle ( 16 ) pada posisi manual. Untuk pengaturan
kecepatan pompa dapat diatur dengan memutar potensiometer.
Sirkulasi Air Panas ( 11 )
Sirkulasi air panas ini digunakan, jika reaktor dioperasikan di atas temperatur kamar.
Air dipanaskan dengan elemen pemanas dalam sirkulator, dipompa dengan pompa
sirkulasi yang terletak dalam sirkulator. Air dikembalikan ke priming vessel ( 21 )
setelah dipanaskan. Sistem sirkulasi dioperasikan pada tekanan sub-atmosfherik untuk
meningkatkan keamanan. Priming vessel ini digunakan untuk mengisi awal sirkulator
dan reactor serta untuk menghembuskan udara.
Control Temperatur Automatis
Control temperatur dijalankan dengan sirkulasi pemanas atau pendingin air melalui
coil yang terletak dalam reactor tubular. Sensor temperatur ( 13 ) dirancang dalam
reactor yang berhubungan dengan pengontrol temperatur otomatis. Temperatur proses
diset dengan menekan tombol ( 23 ) bersamaan dengan tombol ( 24 ), jika untuk
menaikkan temperatur. Sedangkan untuk menurunkan temperatur dengan menekan
tombol ( 23 ) bersamaan dengan tombol ( 25 ). Untuk menghidupkan sirkulator dengan
cara menekan switch toggle ( 26 ) pada posisi “1”.
Pengukur Konduktivitas
Konduktivitas ditunjukkan pada monitor (27) dalam satuan millisiemen. Selama
bereaksi, konduktivitas dari larutan berubah. Dari data ini dapat digunakan untuk
menentukan tingkat dan kecepatan konversi.
Gambar Reaktor Tubular dan Kelengkapannya
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh hasil sebagai berikut :
Dari hasil kalibrasi diketahui bahwa semakin tinggi speed setting maka semakin tinggi pula
laju alir pada pompa, terbukti dari pengaturan speed 4, 6, 8, dan 10 maka laju alir yang
diperoleh oleh pompa 1 sebesar 13, 33, 54, 78 (ml/ menit). Sedangkan untuk pompa 2
diperoleh 29, 48, 65 dan 84 (ml/menit).
Pada selang waktu tertentu, terdapat perubahan nilai konduktivitas. Semakin besar selang
waktu, semakin besar pula nilai konduktivitasnya.
Hasil konversi baik secara titrasi dan konduktivitas memiliki nilai yang hampir sama.
Catatan : Untuk Pembahasan dapat dilihat pada lampiran.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan :
1. Konversi NaOH dilakukan untuk menentukan konsentrasi NaOH yang digunakan.
Konversi ini dapat dilakukan dengan cara melalui hasil titrasi dan penggunaan data dari
konduktivitas.
2. Penentuan kondisi Steady State untuk laju alir yang berbeda memiliki hubungan bahwa
semakin rendah laju alir maka konduktivitasnya akan semakin rendah dan semakin tinggi
laju alir yang digunakan maka konduktivitasnya akan semakin tinggi.
Saran :
1.Lakukan pembagian tugas agar percobaan cepat selesai
2.Dalam melakukan Titrasi sedikit demi sedikit agar tidak melakukan pemborosan
3. Lakukan tetesan sedikit saja ( sekitar 2-3 tetes) indikator pp pada larutan NAOH
4. Hindarkan gelembung-gelembung udara agar kerja pompa lebih lancar dengan menjetikkan
aliran pompa
V. LAMPIRAN
A. Data Percobaan
1. Kalibrasi Pompa
Speed settingLaju Alir Pompa 1
( dm3/detik )
Laju Alir Pompa 2
( dm3/detik )
4
6
8
10
13
33
54
78
29
48
65
84
4 6 8 100
10
20
30
40
50
60
70
80
Chart Title
Grafik Kalibrasi pompa 1
4 6 8 100
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Grafik Kalibrasi pompa 2
Grafik Kalibrasi pompa 2
2. Titrasi Larutan NaOH umpan dengan HCL 0,01 N yang telah distandarisasi
Volume NaOH
( ml )
Volume HCL 0,01
N (ml)
10
10
10
56
58
57
3. Nilai konduktivitas pada selang waktu tertentu
a. Pada kecepatan alir NaOH 12 mL/menit
Waktu (menit) Konduktivitas (mS)
0 1.72
1.5 1.73
3 1.74
4.5 1.74
6 1.80
7.5 2.05
9 2.12
b. Pada kecepatan alir NaOH 30 mL/menit
Waktu (menit) Konduktivitas (mS)
0 1.72
1.5 1.74
3 1.78
4.5 1.85
6 1.92
7.5 2.18
9 2.64
c. Pada kecepatan alir 48 mL/menit
Waktu (menit) Konduktivitas (mS)
0 1.72
1.5 1.73
3 1.76
4.5 1.82
6 1.97
7.5 2.20
9 2.51
4. Laju alir pada NaOH serta Etil Asetat dengan speed setting tertentu.
Kecepatan alir dari NaOH ( Fa1 ) = 12 ml / men = 0.2 x 10-3 dm3 / s
Kecepatan alir dari NaOH ( Fa2 ) = 30 ml / men = 0.5 x 10-3 dm3 / s
Kecepatan alir dari NaOH ( Fa2 ) = 48 ml / men = 0.8 x 10-3 dm3 / s
Kecepatan alir dari CH3COOC2H5 ( Fb1 ) = 18 ml / men = 0.3 x 10-3 dm3 / s
Kecepatan alir dari CH3COOC2H5 ( Fb2 ) = 35 ml / men = 0.6 x 10-3 dm3 / s
Kecepatan alir dari CH3COOC2H5 ( Fb2 ) = 60 ml / men = 0.1 x 10-3 dm3 / s
Konsentrasi NaOH dalam tangki ( aµ ) = 0,05 ( mol / dm3 )
Konsentrasi CH3COOC2H5 ( bµ ) = 0,05 ( mol / dm3 )
B. Perhitungan Pembuatan Larutan
1. NaOH 0,05 M sebanyak 5 L.
M=MassaBM
x 1
V ( liter )
0 .05 M=gr40
x 1
1 Liter
Gr = 2 gram/1 Liter
Maka untuk membuat 5 liter larutan dibutuhkan NaOH sebanyak 10 gram
2. Etil Acetat 0,05 M sebanyak 5 L.
Volume Etil Acetat =
0,05 x BMρ x kadar
= 0.05 x 88.11
0.090
= 4,985 ml (dalam 100 ml air)
3. HCL 0.01 N
V1.N1=V2.N2
V HCl=600 x0.0112
VHCL= 0.5 mL
Maka volume HCl sebanyak 0.5 ml di encerkan kedalam 600 ml air
C. Perhitungan Standarisasi HCL 0,01 N dengan Na Borak ( Na2BaO7 ) 0,01 N
Volume HCL terpakai = 10 ml
N HCl =
V 1 . N 1
V HCL =
0 .01 x1010
= 0.01 N
D. Perhitungan Titrasi NaOH umpan dengan HCL yang telah distandarisasi
a. V1 . N1 = V2 . N2
56 . 0,01 = 10 . N2
N2 = 0.056 N
b. V1 . N1 = V2 . N2
58 . 0,01 = 10 . N2
N2 = 0.058 N
c. V1. N1 = V2. N2
57 .0.01 = 10.N2
N2 = 0.057 N
E. Perhitungan Titrasi NaOH yang mengalir keluar dari reactor
NaOH (mL) HCl (mL)
10 9
10 5
10 6
a. V1 . N1 = V2 . N2
9 . 0,01 = 10 . N2
N2 = 0.009 N
b. V1 . N1 = V2 . N2
5 . 0,01 = 10 . N2
N2 = 0.005 N
c. V1. N1 = V2. N2
6 .0.01 = 10.N2
N2 = 0.006 N
F. Perhitungan konversi NaOH berdasarkan pengukuran titrasi
Untuk laju alir NaOH 12 mL/menit
Ft = Fa + Fb
= 0.0002 + 0.0003
= 0.0005 L/s
a0 = 0.00020.0005
x 0,05
= 0.02 mol/L
Xa = 0.02−0,001
0.02
= 0.95
Untuk laju alir NaOH 30 mL/menit
Ft = Fa + Fb
= 0.0005 + 0.0006
= 0.0011 L/s
a0 = 0.00050.0011
x 0,05
= 0.022 mol/L
Xa = 0.022−0,001
0.022
= 0.95
Untuk laju alir NaOH 48 mL/menit
Ft = Fa + Fb
= 0.0008 + 0.001
= 0.0018 L/s
a0 = 0.00080.0018
x 0,05
= 0.022 mol/L
Xa = 0.022−0,001
0.022
= 0.95
G. Perhitungan konversi NaOH secara konduktivitas
Untuk laju alir 12 mL/menit
Ft = 0,0005 L/s
b0 = 0.00030.0005
x 0,05
= 0.03 mol/L
a0 = 0.02, b0 = 0,03, nilai a0 < b0, maka a∞ = 0
∆0 = ∆a0 = 0.195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a0
= 0.195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0.02
= 0,0045 siemens
∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞
∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (T – 294)) x c∞
Karena a0 < b0, maka c∞ = a0
∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (303 – 294)) x 0.02
= 0.0017 siemens
∆a∞ = 0.0195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a∞
= 0.0195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0
= 0
∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞
= 0.0017 + 0
= 0.0017 siemens
∆1 = Konduktivitas pada saat konstan – konduktivitas air murni
= 0.00212 – 0,00017 = 0.0019 siemens
a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1
Δ0−Δ∞ ]+a0
=
(0 – 0.02) [ 0 . 0045 - 0 .0019
0 . 0045−0 . 0017 ]+0 .02
= 0.002 mol/L
Xa = 0.02−0.002
0.02
= 0.9
Untuk laju alir 30 mL/menit
Ft = 0,0011 L/s
b0 = 0.00060.0011
x 0,05
= 0.027 mol/L
a0 = 0.022, b0 = 0.027, nilai a0 < b0, maka a∞ = 0
∆0 = ∆a0 = 0.195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a0
= 0.195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0.022
= 0,0051 siemens
∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞
∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (T – 294)) x c∞
Karena a0 < b0, maka c∞ = a0
∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (303 – 294)) x 0.022
= 0.002 siemens
∆a∞ = 0.0195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a∞
= 0.0195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0
= 0
∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞
= 0.002 + 0
= 0.002 siemens
∆1 = Konduktivitas pada saat konstan – konduktivitas air murni
= 0.00264 – 0,00017 = 0.0025 siemens
a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1
Δ0−Δ∞ ]+a0
=
(0 – 0.022) [ 0 . 0051- 0 . 0025
0 . 0051−0 . 002 ]+0 .022
= 0.0036 mol/L
Xa = 0.022−0.0036
0.022
= 0.84
Untuk laju alir 48 mL/menit
Ft = 0,0018 L/s
b0 = 0.001
0.0018 x 0,05
= 0.0275 mol/L
a0 = 0.022, b0 = 0.0275, nilai a0 < b0, maka a∞ = 0
∆0 = ∆a0 = 0.195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a0
= 0.195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0.022
= 0,0051 siemens
∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞
∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (T – 294)) x c∞
Karena a0 < b0, maka c∞ = a0
∆c∞ = 0.07 x (1 + 0.0284 (303 – 294)) x 0.022
= 0.002 siemens
∆a∞ = 0.0195 x (1 + 0.0184 (T – 294)) x a∞
= 0.0195 x (1 + 0.0184 (303 – 294)) x 0
= 0
∆∞ = ∆c∞ + ∆a∞
= 0.002 + 0
= 0.002 siemens
∆1 = Konduktivitas pada saat konstan – konduktivitas air murni
= 0.00251 – 0,00017 = 0.0023 siemens
a1 = (a - a0) [ Δ0−Δ1
Δ0−Δ∞ ]+a0
=
(0 – 0.022) [ 0 . 0051- 0 . 0023
0 . 0051−0 . 002 ]+0 .022
= 0.0022 mol/L
Xa = 0.022−0.0022
0.022
= 0.9
VI. DAFTAR PUSTAKA
Tim Laboratorium Dasar Proses dan Operasi Pabrik Program Studi D3 Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Riau. 2006. Penuntun Praktikum Dasar-Dasar Proses I.
Pekanbaru : Laboratorium Dasar Proses dan Operasi Pabrik Program Studi D3 Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Riau.