laporan resmi absorbsi co2 dengan larutan naoh

7/26/2019 Laporan Resmi Absorbsi CO2 dengan Larutan NaOH

1/18

INTISARI

Dalam industri, gas-gas pencemar seperti karbonmonoksida ataupun H2S harus diserapagar tidak teremisi ke udara luar. Gas karbondioksida meskipun kurang begitu berbahaya dapat

menyebabkan efek rumah kaca yang dapat menyebabkan pemanasan global. Dalam pabrikamoniak, gas karbondioksida dapat meracuni katalis besi pada reaktor amoniak.

Absorbsi merupakan salah satu proses separasi dalam industri kimia dimana suatu

campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap tertentu sehingga satu atau lebih

komponen gas tersebut larut dalam cairannya. Dalam percobaan ini digunakan larutan NaOH

sebagai cairan penyerap untuk mengabsorbsi gas CO2 dan packing tower sebagai alat absorbsidengan packing jenis rashig rings berdiameter 1 inch.

Variabel pada percobaan ini adalah konsentrasi larutan NaOH yaitu 0.3 N; 0,2 N; 0,1 N.

Laju alir NaOH adalah 2ml/detik. Setelah menghitung fraksi kosong pada kolom absorbsi,

dianjutkan operasi absorbsi CO2ke alam larutan NaOH kemudian analisis larutan sampel dengantitrasi acidi alkalimetri.

Dari hasil percobaan didapatkan hasil semakin besar konsentrasi NaOH maka semakinbesar CO2 yang terserap, dikarenakan semakin banyak jumlah molekul NaOH yang dapatmengikat CO2, sehingga CO2 pun akan semakin banyak terserap. Semakin besar konsentrasi

NaOH maka nilai Kla dan nilai Kga akan semakin besar, hal tersebut dikarenakan semakin

banyaknya CO2 yang terserap. Selain itu, semakin besar konsentrasi NaOH, nilai K2 akansemakin besar sesuai dengan persamaan Arrhenius. CO2 yang terbentuk semakin banyak lalu

menuju konstan seiring dengan berjalannya waktu operasi.

Kesimpulan dari percobaan ini adalah semakin besar konsentrasi NaOH maka nilai Kla,

Kga dan K2akan semakin besar serta CO2yang terserap akan semakin banyak. Saran yang dapatdiberikan antara lain penggunaan valve yang baik sehingga mudah dalam pengaturan laju alir,

menjaga valve sehingga dapat memperoleh laju alir yang konstan dan melakukan titrasi dengan

teliti sesuai dengan warna yang diperoleh.


2/18

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Hampir semua reaksi kimia yang diterapkan dalam industri kimia melibatkan bahan baku

yang berbeda wujudnya, baik berupa padatan, gas maupun cairan. Oleh karena itu, reaksi kimia

dalam suatu industri dapat terjadi dalam fase ganda atau heterogen, misalnya biner atau bahkan

tersier (Coulson, 1996). Walaupun terdapat perbedaan wujud pada bahan-bahan baku yang

direaksikan, namun terdapat satu fenomena yang selalu terjadi. Sebelum reaksi kimia

berlangsung. Maka salahsatu atau lebih bahan baku (reaktan) akan berpindah dari aliran

utamanya menuju ke lapisan antarfase/batas atau menuju aliran utama bahan baku yang lain yang

berada di fase yang berbeda.

Absorpsi gas-cair merupakan proses heterogen yang melibatkan perpindahan komponen

gas yang dapat larut menuju penyerap yang biasanya berupa cairan yang tidak mudah menguap

(Franks, 1967). Reaksi kimia dalam proses absorpsi dapat terjadi di lapisan gas, lapisan antarfase,

lapisan cairan atau bahkan badan utama cairan, tergantung pada konsentrasi dan reaktifitas

bahan-bahan yang direaksikan. Untuk memfasilitasi berlangsungnya tahapan-tahapan proses

tersebut, biasanya proses absorpsi dijalankan dalam reactor tangki berpengaduk bersparger,

kolomg elembung (bubble column) atau kolom yang berisi tumpukan partikel inert (packed bed

column). Proses absorpsi gas-cair dapat diterapkan pada pemurnian gas sintesis, recovery

beberapa gas yang masih bermanfaat dalam gas buang atau bahkan pada industri yang melibatkan

pelarutan gas dalam cairan, seperti H2SO4, HCl, HNO3, formadehid dll(Coulson, 1996). Absorpsi

gas CO2 dengan larutan hidroksid yang kuat merupakan proses absorpsi yang disertai dengan

reaksi kimia order 2 antara CO2 dan ion OH-membentuk ionCO32-dan H2O.Sedangkan reaksi

antara CO2 dengan CO32- membentuk ion HCO3-biasanya diabaikan (Danckwerts, 1970;

Juvekar dan Sharma, 1972). Namun, menurut Rehmet al. (1963) proses ini juga biasa dianggap

mengikuti reaksi order 1 jika konsentrasi larutan NaOH cukup rendah (encer).

Perancangan reaktor kimia dilakukan berdasarkan pada permodelan hidrodinamika

reaktor dan reaksi kimia yang terjadi di dalamnya. Suatu model matematika merupakan bentuk


3/18

2

penyederhanaan dari proses sesungguhnya di dalam sebuah reaktor yang biasanya sangat rumit

(Levenspiel, 1972). Reaksi kimia biasanya dikaji dalam suatu proses batch berskala laboratorium

dengan mempertimbangkan kebutuhan reaktan, kemudahan pengendalian reaksi, peralatan,

kemudahan menjalankan reaksi dan analisis, dan ketelitian.

1.2 Perumusan Masalah

1. Bagaimana pengaruh konsentrasi NaOH (atau CO2) terhadap jumlah CO2yang terserap

pada berbagai waktu reaksi?

2. Bagaimana pengaruh konsentrasi NaOH (atau CO2) terhadap nilai tetapan perpindahan

massa CO2fase gas (kGa)?

3. Bagaimana pengaruh konsentrasi NaOH terhadap nilai tetapan perpindahan massa CO2

fase cair (kLa)?

4.

Bagaimana pengaruh konsentrasi NaOH (atau CO2) terhadap nilai tetapan reaksi antaraCO2dan NaOH (k2)?

1.3 Tujuan Percobaan

1. Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa mampu menjelaskan mengenai beberapa hal

berikut:

2. Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap jumlah CO2yang terserap pada berbagai waktu

reaksi.

3. Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap nilai tetapan perpindahan massa CO2fase gas

(kGa).

4.

Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap nilai tetapan perpindahan massa CO2fase cair

(kLa).

5. Pengaruh konsentrasi NaOH terhadap nilai tetapan reaksi antara CO2dan NaOH (k2).

1.4 Manfaat Percobaan

1. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH (atau CO2) terhadap jumlah CO2yang terserap

pada berbagai waktu reaksi.

2.

Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH (atau CO2) terhadap nilai tetapan perpindahan

massa CO2fase gas (kGa).

3. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH terhadap nilai tetapan perpindahan massa CO2

fase cair (kLa).4. Mengetahui pengaruh konsentrasi NaOH (atau CO2) terhadap nilai tetapan reaksi antara

CO2dan NaOH (k2).


4/18

3

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1 AbsorbsiAbsorbsi merupakan salah satu proses separasi dalam industri kimia dimana suatu

campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap tertentu sehingga satu atau lebih

komponen gas tersebut larut dalam cairannya. Absorbsi dapat terjadi melalui dua mekanisme,

yaitu absorbsi fisik dan absorbsi kimia.

Absorbsi fisik merupakan suatu proses yang melibatkan peristiwa pelarutan gas dalam

larutan penyerap, namun tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh proses ini adalah absorbsi

gas H2S dengan air, methanol, propilen karbonase. Penyerapan terjadi karena adanya interaksi

fisik. Mekanisme proses absorbsi fisik dapat dijelaskan dengan beberapa model, yaitu: teori dua

lapisan (two films theory) oleh Whiteman (1923), teori penetrasi oleh Dankcwerts dan teori

permukaan terbaharui.

Absorbsi kimia merupakan suatu proses yang melibatkan peristiwa pelarutan gas dalam

larutan penyerap yang disertai dengan reaksi kimia. Contoh peristiwa ini adalah absorbsi gas

CO2 dengan larutan MEA, NaOH, K2CO3 dan sebagainya. Aplikasi dari absorbsi kimia dapat

dijumpai pada proses penyerapan gas CO2 pada pabrik Amonia seperti yang terlihat pada gambar

2.1

Gambar 2.1.Proses absorpsi dan desorpsi CO2 dengan pelarut MEA di pabrik Amonia

Proses absorpsi dapat dilakukan dalam tangki berpengaduk yang dilengkapi dengan

sparger, kolom gelembung (bubble column), atau dengan kolom yang berisi packing yang inert


5/18

4

(packed column) atau piringan (tray column). Pemilihan peralatan proses absorpsi biasanya

didasarkan pada reaktifitas reaktan (gas dan cairan), suhu, tekanan, kapasitas, dan ekonomi.

2.2 Analisis Perpindahan Massa dan Reaksi dalam Proses Absorpsi Gas oleh Cairan

Secara umum, proses absorpsi gas CO2 kedalam larutan NaOH yang disertai reaksi kimia

berlangsung melalui empat tahap, yaitu perpindahan massa CO2 melalui lapisan gas menuju

lapisan antarfase gas-cairan, kesetimbangan antara CO2 dalam fase gas dan dalam faselarutan,

perpindahan massa CO2 dari lapisan gas kebadan utama larutan NaOH dan reaksi antara CO2

terlarut dengan gugus hidroksil (OH-). Skema proses tersebutdapatdilihat pada Gambar 2.2.

Gambar2.2.Mekanismeabsorpsi gas CO2dalamlarutanNaOH

Laju perpindahan massa CO2 melalui lapisan gas:

Kesetimbangan antara CO2 dalam fase gas dan dalam fase larutan :

-5 g mole/cm3. atm.

Laju perpindahan massa CO2 dari lapisan gas ke badan utama larutan NaOH dan reaksi antara

CO2 terlarut dengan gugus hidroksil:


6/18

5

Di fase cair,reaksi antara CO2 dengan larutan NaOHterjadi melalui beberapa tahapan proses:

Langkah d dan e biasanya berlangsung dengan sangat cepat, sehingga proses absorpsi biasanya

dikendalikan oleh peristiwa pelarutan CO2 ke dalam larutan NaOH terutama jika CO2

diumpankan dalam bentuk campuran dengan gas lain ataudikendalikan bersama-sama dengan

reaksi kimia pada langkah (Juvekar dan Sharma, 1973).


7/18

6

Dengan adalah enhancement faktor yang merupakan rasio antara koefisien transfer

massa CO2 pada fase cair jika absorpsi disertai reaksi kimia dan tidak disertai reaksi kimia

seperti dirumuskan oleh Juvekar dan Sharma (1973):

Nilai diffusivitas efektif (DA) CO2 dalam larutan NaOH pada suhu 30oC adalah 2,1 10-5

cm2/det (Juvekardan Sharma, 1973). NilaikGa dapat dihitung berdasarkan pada absorbsi fisik

dengan meninjau perpindahan massa total CO2 ke dalam larutan NaOH yang terjadi pada selang

waktu tertentu di dalam alat absorpsi. Dalam bentuk bilangan tak berdimensi, kGa dapat dihitung

menurut persamaan (Kumoro dan Hadiyanto, 2000):


8/18

7

Jika laju reaksi pembentukan Na2CO3 jauh lebih besar dibandingkan dengan laju difusi

CO2 ke dalam larutan NaOH, maka konsentrasi CO2 pada batas film cairan dengan badan cairan

adalah nol. Hal ini disebabkan oleh konsumsi CO2yang sangatcepat selama reaksi sepanjang

film. Dengan demikian, tebal film (x) dapat ditentukan persamaan:


9/18

8

BAB III

PELAKSANAAN PERCOBAAN

3.1 Bahan dan Alat yang Digunakan

1. Bahan yang digunakan

a. Kristal Natrium Hidroksida (NaOH)

b. CairanGas Karbondioksida (CO2) yang disimpan di tabung bertekanan

c. Udara

d. Aquadest (H2O)

e. Reagent untuk analisis yaitu larutan HCl 0,1 N dan indikator PP dan MO

2.

Alat yang digunakan

Rangkaian alat praktikum absorbsi terlihat pada gambar 3.1

Gambar 3.1 Rangkaian Alat Utama


10/18

9

3.2 Variabel Operasi

a. Variabel tetap

1. Tekanan CO2 : 6 bar

2.

Suhu : Suhu ruang

3. Laju alir NaOH : 2 mL/detik

4. Konsentrasi HCl : N

b. Variabel berubah

Konsentrasi NaOH : N

3.3 Respon Uji Hasil

Konsentrasi ion CO32-dalam larutan sampel dan CO2yang terserap

3.4 Prosedur Percobaan

1. Membuat larutan induk NaOH dengan konsentrasi ... N sebanyak 10 L

Menimbang gr NaOH

Dilarutkan dalam aquadest sebanyak 10 L

Larutan NaOH ditampung dalam tangki untuk dioperasikan

2. Menentukan fraksi ruang kosong pada kolom absorpsi

Pastikan kran di bawah kolom absorpsi dalam posisi tertutup

Alirkan larutan NaOH dari bak penampung 2 ke dalam kolom absorpsi.

Hentikan jika tinggi cairan di dalam kolom tepat setinggi tumpukan packing.

Keluarkan cairan dalam kolom dengan membuka kran di bawah kolom, tampung

cairan tersebut dan segera tutup kran jika cairan dalam kolom tepat berada pada

packing bagian paling bawah.

Catat volume cairan sebagai volume ruang kosong dalam kolom absorpsi = Vvoid.


11/18

10


12/18

11

BAB IV

PEMBAHASAN

IV.1 Hasil Percobaan

Berdasarkan data-data percobaan yang diperoleh dari praktikum, maka hasil percobaan

kami dapat disajikan dalam bentuk tabel sebagai berikut :

Tabel 4.1. Data laju alir NaOH, jumlah CO2 yang terserap, nilai kGadan kla

KonsentrasiNaOH

(N)

kGa(mol/m3Pa)

kla(mol/m3Pa)

k2(mol/m3Pa)

CO2yang terserap(mol)

0.3 0,0178 8,0996.10-9 4,0746.1018 1.1919

0.2 0,00998 3,0863.10-9 1,0295.1018 1.078

0.1 0,00599 1,3175.10-9 3,156.1017 0.647

Tabel 4.2. Data perbandingan waktu dan jumlah CO2yang terserap

Waktu(menit)

CO2 yang terserap

0.3 N 0.2N 0.1N

0 0.08 0.095 0.0651 0.155 0.096 0.071

2 0.25 0.104 0.0543 0.19 0.098 0.0534 0.167 0.099 0.0595 0.173 0.098 0.0546 0.18 0.092 0.0587 0.183 0.098 0.0618 0.18 0.106 0.0559 0.178 0.092 0.05610 0.183 0.1 0.061

IV.2 Pembahasan

1. Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap CO2yang Terserap pada Berbagai Waktu

Berdasarkan data hasil percobaan, volume HCl yang dibutuhkan sebagai titran

semakin meningkat dengan semakin tingginya konsentrasi NaOH. Semakin banyaknya


13/18

12

volume HCl yang dibutuhkan untuk titrasi menunjukan titrat semakin basa. Titrat disini

merupakan larutan NaOH 0,3 N: 0,2 N; 0,1 N yang telah bereaksi dengan CO2 pada

kolom absorber. Terjadi proses absorbsi CO2ke dalam larutan NaOH yang mempunyai

gugus hidroksil (OH-). Mekanisme reaksinya adalah sebagai berikut:

Gambar 4.1 Grafik Hubungan CO2yang Terserap dan Waktu dalam Berbagai Konsentrasi

Gambar 4.1 diatas menunjukkan hubungan antara konsentrasi NaOH dengan CO2

yang terserap. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa pada konsentrasi terbesar yaitu 0,3

NCO2 yang terserap paling banyak. Berdasarkan grafik di atas dapat disimpulkan bahwa

semakin besar konsentrasi NaOH maka CO2 yang terserap semakin tinggi. Hal ini

dikarenakan pada konsentrasi NaOH yang tinggi, jumlah molekul NaOH yang terlarut

sebagaisorben menjadi lebih banyak sehingga akan semakin banyak molekul NaOH yang

dapatbereaksi dan mengikat CO2. Jumlah CO2 yang terserap pada ketiga konsentrasi pada

suatuwaktu tertentu akan menuju nilai konstan karena untuk mencapai nilai CO 2 terserap

yang tertinggi ada batas konsentrasi sorben tertentu dimana dengan menambah


14/18

13

konsentrasi sorben, jumlah CO2 yang terserap sudah tidak berubah lagi. (Maarif, Fuad dan

Januar Arif, 2008).

2.

Pengaruh Laju Alir NaOH terhadap kGa

Dalam percobaan ini menggunakan 2 fase yaitu cair dan gas. Larutan NaOH

adalah fase cairnya sedangkan gas CO2 adalah fase gasnya. Oleh karena itu ada hubungan

antara larutan NaOH dengan gas CO2 yang berupa koefisien perpindahan massa interfase

gas (Kga), hubungannya dapat dilihat pada Gambar 4.2 berikut:

Berdasarkan grafik di atas dapat disimpulkan bahwa kenaikan konsentrasi larutan

penyerap (NaOH) dapat meningkatkan koefisien perpindahan massa antar fase gas-cair

(Kga). Hal ini terjadi karena semakin tinggi konsentrasi NaOH, maka semakin dekat jarak

antar molekul NaOH yang terlarut sehingga peluang terjadinya tumbukan molekul NaOH

dengan CO2juga semakin besar dan kontak fase antara gas dengan cairan semakin baik.

Dengan demikian, maka jumlah gas yang dapat berpindah dari fase gas menuju fase cair

juga semakin besar. Kemampuan gas untuk berpindah dari fase gas menuju cairan

dibatasi oleh daya larut maksimum gas tersebut dalam cairan yang berkontak dengannya

(Kumoro dan Hadiyanto, 2000).

Gambar 4.2 Grafik Hubungan Laju Alir NaOH dengan KGa


15/18

14

3.

Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap nilai kla

Gambar 4.3 Grafik Hubungan Laju Alir NaOH dengan KLaPada Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa nilai Kla naik seiring dengan meningkatnya

konsentrasi NaOH. Pada konsentrasi NaOH yang tinggi jumlah molekul NaOH sebagai

sorben menjadi lebih banyak sehingga akan semakin banyak molekul NaOH yang

bereaksi dengan CO2. Semakin banyak reaksi antara NaOH dengan CO2 akan semakin

banyak pula perpindahan massa interfase cair (Kla) yang terjadi. (Anonim, 2014)

4. Pengaruh Konsentrasi NaOH terhadap k2

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Konsentrasi NaOH dengan k2


16/18

15

Pada grafik di atas dapat dilihat hubungan antara konsentrasi NaOH dengan nilai K2

dimana peningkatan konsentrasi memperbesar nilai K2. Jika dihubungkan dengan persamaan

Arhenius: . Berdasarkan persamaan tersebut, semakin besar faktor tumbukan

harga konstanta kecepatan reaksi juga besar. Hal ini terjadi karena faktor tumbukan

dipengaruhi oleh konsentrasi. Semakin besar konsentrasi maka molekul NaOH yang terlarut

semakin banyak dan jaraknya semakin rapat sehingga faktor tumbukan NaOH dan CO2

semakin besar Sehingga apabila konsentrasi NaOH semakin besar maka K2 semakin besar

karena besarnya kosentrasi berbanding lurus dengan besarnya K2 (Levenspiel, O, 1972).

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

1. Semakin besar konsentrasi NaOH maka jumlah CO2 yang terserap semakin banyak.

2. Semakin besar konsentrasi NaOH, nilai Kga akan semakin besar.

3. Semakin besar konsentrasi NaOH, nilai Kla akan semakin besar.

4. Semakin besar konsentrasi NaOH, nilai K2 akan semakin besar.

V.2 Saran

1. Jaga tekanan dari kompresor konstan selama operasi absorbsi.

2. Pastikan perubahan warna yang terjadi saat titrasi masing-masing sampel adalah sama.

3. Laju alir NaOH dijaga sesuai variabel operasinya.

4. Pastikan larutan NaOH dialirkan sampai overflow sebelum dikontakkan dengan CO2.


17/18

16


18/18

17

laporan resmi absorbsi co2 dengan larutan naoh

Documents