BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Percobaan dan Pembahasan Pengaruh Laju Alir Terhadap Hold Up Gas

Tabel 4.1 Hasil Percobaan Pengaruh Variabel Laju Alir Terhadap Hold Up Gas

Variabel (Laju Alir Gas) εr εd εt

6 L/menit 0,0101 5,067 x10-3 6,4 x 10-3

8 L/menit 0,0101 0,0101 0,010110 L/menit 0.01267 6,334 x 10-3 0,0102

Gambar 4.1 Hubungan Variabel Laju Alir terhadap Hold Up Gas

Berdasarkan gambar 4.1 dapat dilihat bahwa laju alir memiliki hubungan terhadap untuk hold up dari raiser, downcomer atapun hold up total. Untuk hold up raiser dan hold up total mengalami kenaikan seiring dengan meningkatnya laju alir yang digunakan hal ini dikarenakan bertambahnya laju alir udara akan menyebabkan bertambahnya hold up gas. Hal ini bisa dipahami bahwa dengan semakin bertambahnya laju alir udara maka gelembung udara yang terdispersi didalam air akan bertambah sehingga bertambah pula fraksi volume udara dalam larutan. Bertambahnya fraksi volume udara akan meningkatkan nilai hold up gas (Haryani dan Widayat,2011). Selain itu, meningkatnya laju alir gas menyebabkan laju reaksi menjadi lebih cepat sehingga produk yang terbentuk menjadi lebih banyak, dengan naiknya jumlah produk maka jumlah partikel dalam volume tertentu semakin banyak dan menyebabkan densitas larutan menjadi lebih besar. Peningkatan densitas menyebabkan banyak udara yang terjebak dalam sistem sehingga fraksi volumenya menjadi lebih besar. Hal ini dapat dibuktikan dengan,

11

5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 100

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

0.014

εrεdεt

Laju Alir Gas (L/menit)

Hold

Up

gas (

ε)

Pada persamaan diatas terlihat bahwa diperoleh bahwa hold up gas dipengaruhi

oleh 2 faktor yaitu densitas larutan dan perubahan ketinggian inverted manometer pada

raiser dan downcomer (Δhr dan Δhd) yang bekerja bedasarkan perbedaan tinggi cairan pada

reactor. Sehingga hubungan antara hold up gas dengan densitas berbanding lurus, dimana saat

densitas larutan naik maka nilai hold up gas akan naik pula.

Pada gambar 4.1 telihat pula bahwa εd memiliki nilai yang lebih kecil dan

cenderung fluktuatif dibandingkan dengan εr maupun εtotal, ,hal tersebut diakibatkan oleh

perbedaan tekanan yang menyebabkan adanya turbulensi yang mempengaruhi arus alir

pada downcomer dan menyebabkan sedikit udara yang terjebak dizona downcomer

karena kebanyakan gas yang bersirkulasi keluar ke udara bebas dan hanya sedikit yang

bersirkulasi ke area downcomer hal tersebut mengakibatkan fraksi udara semakin kecil

sehingga tinggi cairan pada inverted manometer downcomer menjadi lebih rendah sehingga

didapat nilai hold up gas yang rendah pula (Dina Amalia,2012). Hubungan antara tinggi

inverted manometer dengan hold up gas downcomer, ditunjukan pada persamaan berikut :

Sementara itu dapat dilihat pula bahwa nilai εr lebih besar dibanding εd maupun εtotal hal ini dikarenakan pada area riser terdapat struger yang menalirkan gas ke dalam reaktor, sehingga seiring meningkatnya laju alir maka tekanan pada area riser juga semakin meningkat akibatnya friksi dari udara semakin besar dan ketinggian cairan pada inverted manometer riser menjadi semakin tinggi, dengan tingginya cairan ini maka nilai hold up pada riser semakin besar dan mengalami kenaikan sesuai dengan persamaan diatas (Haryani dan Widayat,2011).

4.2 Hasil Percobaan dan Pembahasan Hubungan Antara Laju Alir terhadap Laju

Sirkulasi

Tabel 4.2 Hasil Percobaan Pengaruh Variabel Laju Alir Terhadap Laju Sirkulasi

Variabel (Laju Alir Gas) ULd (cm/s) ULr (cm/s)6 L/menit 17.647 11.118 L/menit 23.077 14.5310 L/menit 30 18.89

12

Gambar 4.2 Hubungan laju alir terhadap laju sirkulasi

Berdasarkan gambar 4.2. dapat dilihat bahwa nilai Ulr lebih kecil daripada Uld. Nilai Ulr

pada laju alir gas 6 L/s, 8 L/s, 10 L/s berturut-turut adalah 11.11 cm/s, 14.53cm/s dan 18,89

cm/s. Hal ini dikarenakan, laju sirkulasi berbanding terbalik dengan luas penampangnya.

Pernyataan ini sesuai dengan rumus berikut:

Ulr.Ar = Uld.Ad

dimana:

Ulr = laju sirkulasi cairan riser (cm/s)

Uld = laju sirkulasi cairan downcomer (cm/s)

Ar = luas bidang zona riser (cm2)

Ad = luas bidang zona downcomer (cm2)

Dalam praktikum ini digunakan reaktor air-lift dimana luas penampang riser lebih besar

daripada luas penampang downcomer. Dengan luas penampang riser yang lebih besar, maka

nilai laju sirkulasi area riser (Ulr) menjadi kecil karena nilai laju sirkulasi berbanding terbalik

dengan luas penampang dan nilai Uld pun lebih besar daripada nilai Ulr (Haryani dan Widayat

2011).

Gambar 4.2 juga menunjukkan bahwa bertambahnya laju alir udara akan menyebabkan

bertambahnya laju sirkulasi. Hal ini sesuai dengan penelitian Haryani dan Widayat (2011) yang

menyatakan bahwa bertambahnya laju alir udara menyebabkan meningkatnya laju sirkulasi

cairan. Hal ini bisa dipahami dengan bertambahnya laju alir udara berarti daya dorong akan

semakin besar. Apabila konsentrasi larutan tetap, maka laju sirkulasi akan semakin cepat.

Karena dengan daya dorong yang lebih besar untuk mensirkulasikan sejumlah massa yang sama

(konsentrasi tetap) dibutuhkan waktu yang lebih sedikit. 13

4.3 Hasil Percobaan dan Pembahasan Pengaruh Variabel Laju Alir terhadap Nilai KLa

Rata - Rata

Tabel 4.3 Hasil Percobaan Pengaruh Variabel Laju Alir Terhadap KLa rata - rata

a. Variabel 1 (Laju Alir 6 L/m)

t

(menit)

V

titran

(ml)

a

(mmol)

b

(mmol)

c

(mmol)

d

(mmol)

e

(mgr/s)

kLa (L/s)

rata -

rata

0 9,8 291,06 0,5 0,255 145,4025 0

0,8077065 9 291,06 0,5 0,275 145,3925 15,50853

10 8,4 291,06 0,5 0,29 145,385 7,75386715 8 291,06 0,5 0,3 145,38 5,16906720 7,9 291,06 0,5 0,3025 145,3788 3,876767

b. Variabel 2 (Laju Alir 8 L/m)

t

(menit

)

V

titran

(ml)

a

(mmol)

b

(mmol)

c

(mmol)

d

(mmol)

e

(mgr/s)

kLa (L/s)

rata- rata

0 9,6 291,06 0,5 0,26 145,4 0

0,8077325 9,4 291,06 0,5 0,265 145,3975 15,50907

10 8,7 291,06 0,5 0,2825 145,3888 7,75406715 8,6 291,06 0,5 0,285 145,3875 5,16933320 8 291,06 0,5 0,3 145,38 3,8768

c. Variabel 3 (Laju Alir 10 L/m)

t

(menit)

V

titran

(ml)

a

(mmol)

b

(mmol)

c

(mmol)

d

(mmol)

e

(mgr/s)

kLa (L/s)

0 9,6 291,06 0,5 0,26 145,4 0

0,8078146

5 8,6 291,06 0,5 0,285 145,3875

15,508

10 7,8 291,06 0,5 0,305 145,3775

7,753467

15 7,6 291,06 0,5 0,31 145,375 5,16888920 7,5 291,06 0,5 0,3125 145,373

83,876633

145 6 7 8 9 10 11 12

0.807640.807660.80768

0.80770.807720.807740.807760.80778

0.80780.807820.80784

Laju Alir (L/menit)

KLa

Gambar 4.3 Hubungan Variabel Laju Alir terhadap Nilai KLa Rata - Rata

Berdasarkan gambar 4.3 dapat dilihat bahwa nilai konstanta perpindahan massa (KLa)

tertinggi pada saat laju alir 10 L/m dan nilai Kla terendah ada pada laju alir 6 L/m,

sehingga dengan bertambahnya laju alir gas (dengan konsentrasi sama) maka nilai koefisien

perpindahan panas akan naik pula. Pada percobaan digunakan metode sulfit untuk

menganalisa Kla. Metode sulfit adalah salah satu metode untuk menganalisa koefisien

perpindahan massa volumetrik (Kla) dengan mereaksikan oksigen dalam udara dan natrium

sulfit. Dengan meningkatnya laju alir gas maka laju reaksi antara oksigen dengan natrium

sulfit semakin besar. Sebelum terjadi proses reaksi antara gas dengan natrium sulfit terdapat

proses perpindahan massa volumetrik gas dan cairan. Dengan konsentrasi larutan yang tetap

dan laju alir gas yang meningkat, maka konsentrasi gas di larutan semakin meningkat.

Perbedaan konsentrasi gas di fase gas dan fase cair yang besar menyebabkan kecenderungan

udara untuk mengalami perpindahan massa dari fase gas ke fase cair semakin besar. Selain

itu, dengan laju alir udara yang semakin besar maka udara yang dapat dipindahkan kedalam

larutan akan semakin besar pula dan mengakibatkan laju perpindahan oksigen makin

besar, sehingga koefisien perpindahan massa juga akan bertambah besar (Haryani dan

Widayat, 2011). Hal tersebut sesuai dengan persamaan empiris berikut :

Persamaan diatas merupakan persamaan yang digunakan untuk mencari

koefisien perpindahan massa yang terjadi sesuai dengan reaksi sebagai berikut :

Na2SO3 + 0,5 O2 Na2SO4 + Na2SO3 (sisa) (Ground, 1982)

Natrium sulfit bereaksi dengan oksigen membentuk natrium sulfat. Tidak semua

natrium sulfit bereaksi sehingga natrium sulfit yang sisa dianalisa dengan titrasi iodometri

untuk mengetahui konsentrasi natrium sulfit sisa, reaksinya sebagai berikut :15

Na2SO3 (sisa) + KI + KIO3 Na2SO4 + 2KIO2 + I2 (sisa) (Ground, 1982)

Natrium sulfit sisa dibentuk menjadi Natrium sulfat dan iodide dengan cara

direaksikan dengan Kalium Iodida yang berlebih. Untuk mengetahui kadar natrium sulfit sisa,

harus menganalisa kadar iodide terlebih dahulu dengan cara dititrasi dengan natrium tiosulfit,

titik akhir titrasi ditandai dengan berubahnya warna kuning kecoklatan menjadi kuning

terang. Reaksi antara natrium tiosulfat dengan iodida dinyatakan sebagai berikut :

I2 (sisa) + 2 Na2S2O3 Na2S4O6 + 2NaI (Ground, 1982)

4..4 Hasil Percobaan dan Pembahasan Hubungan Antara Waktu Tinggal Terhadap

Nilai KLa

Tabel 4.4 Hasil Percobaan Pengaruh Variabel Laju Alir Terhadap KLa

a. Variabel 1 (Laju Alir 6 L/m)

t

(menit)

V

titran

(ml)

a

(mmol)

b

(mmol)

c

(mmol)

d

(mmol)

e

(mgr/s)

kLa (L/s)

0 9,8 291,06 0,5 0,255 145,4025 0 05 9 291,06 0,5 0,275 145,3925 15,50853 1,938567

10 8,4 291,06 0,5 0,29 145,385 7,753867 0,96923315 8 291,06 0,5 0,3 145,38 5,169067 0,64613320 7,9 291,06 0,5 0,3025 145,3788 3,876767 0,484596

b. Variabel 2 (Laju Alir 8 L/m)

t

(menit

)

V

titran

(ml)

a

(mmol)

b

(mmol)

c

(mmol)

d

(mmol)

e

(mgr/s)

kLa (L/s)

0 9,6 291,06 0,5 0,26 145,4 0 05 9,4 291,06 0,5 0,265 145,3975 15,50907 1,938633

10 8,7 291,06 0,5 0,2825 145,3888 7,754067 0,96925815 8,6 291,06 0,5 0,285 145,3875 5,169333 0,64616720 8 291,06 0,5 0,3 145,38 3,8768 0,4846

c. Variabel 3 (Laju Alir 10 L/m)

t

(menit)

V

titran

(ml)

a

(mmol)

b

(mmol)

c

(mmol)

d

(mmol)

e

(mgr/s)

kLa (L/s)

0 9,6 291,06 0,5 0,26 145,4 0 05 8,6 291,06 0,5 0,285 145,387

515,508 1,9385

10 7,8 291,06 0,5 0,305 145,3775

7,753467 0,969183

15 7,6 291,06 0,5 0,31 145,375 5,168889 0,64611116

20 7,5 291,06 0,5 0,3125 145,3738

3,876633 0,485279

Gambar 4.4 Hubungan Antara Waktu Tinggal Terhadap Nilai KLa

Berdasarkan Gambar 4.4 terlihat bahwa semakin lama waktu tinggal maka nilai

koefisien perpindahan massa semakin kecil. Laju reaksi adalah laju pengurangan reaktan tiap

satuan waktu atau pembentukan produk tiap satuan waktu (Endang, 2007) sehingga

dengan konsentrasi natrium sulfit yang tetap, semakin lama waktu operasi menyebabkan

konsentrasi natrium sulfit dalam larutan semakin kecil. Saat semakin kecilnya konsentrasi

natrium sulfit maka kebutuhan oksigen dalam reaksi pun akan menurun. Karena kebutuhan

oksigen yang menurun maka niali Kla pun akan turun, sesuai dengan persamaan berikut :

Pada percobaan, dalam waktu yang sama, nilai Kla cenderung sama. Hal ini

disebabkan oleh peningkatan laju alir udara menyebabkan meningkatnya laju reaksi antara

natrium sulfit dengan oksigen didalam udara tidak signifikan. Peningkatan laju alir udara

yang tidak signifikan menyebabkan perbedaan dari perubahan konsentrasi pada setiap

laju alir sangat kecil. Oleh karena itu, pengaruh peningkatan laju alir udara terhadap

koefisien perpindahan massa pada waktu yang sama tidak terlalu signifikan untuk interval

yang kecil.

17

4 6 8 10 12 14 16 18 20 220

0.20.40.60.8

11.21.41.61.8

2

Var 1Var 2Var 3

t

kLa

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Semakin tinggi laju alir gas maka hold up gas akan naik karena fraksi volume

udara dan densitas yang meningkat saat laju alir gas naik sehingga hold up gas naik

pula

2. Seiring naiknya laju alir gas maka laju sirkulasi pun akan meningkat, hal tersebut

disebabkan dengan naiknya laju alir gas, dorongan udara/gas akan lebih besar untuk

mensirkulasikan sejumlah massa yang sama. Uld lebih beasr dari Ulr karena luas riser

lebih besar dari luas downcomer

3. Saat laju alir gas naik maka koefisien perpindahan massa akan naik, hal tersebut

dikarenakan dengan naiknya laju alir gas mengakibatkan laju perpindahan oksigen

makin besar sehingga KLa meningkat pula.

4. Semakin lama waktu tinggal reaksi maka koefisien perpindahan massa akan

turun, disebabkan oleh semakin lama bereaksi maka kadar natrium sulfit menurun

sehingga kebutuhan oksigen akan menurun pula sehingga KLa menurun.

5.2 Saran

1. Dalam pengaturan laju alir akan lebih baik jika ada alat digital sehingga pengaturannya lebih akurat

2. Pada inverted manometer akan lebih baik jika terdapat alat ukur yang pasti sehingga didapat hasil yang akurat

3. Menggunakan Compresor yang lebih baik, sehingga ditengah proses praktukum Compresor tidak mati dengan sendirinya karena mengganggu jalannya praktikum.

18

19

DAFTAR PUSTAKA

Blenke, H. 1979.”Loop Reactor”.Adv Biochem Eng 13:121-124

Christi, M.Y. and M. Mooyoung. 1988. Prediction of Liquid Circulation Velocity in Air-Lift

Reactor with Biological Media. J. Chem. Technol. Biotechnol

Dina, Amalia. 2012. Hidrodinamika Reaktor. Laboratorium Proses Teknik Kimia 2012

Endang. 2007. Kinetika Kimia. Jurusan Pendidikan Kimia FMIPA Universitas

Negeri Yogyakarta

Ground, G.A, Schumple and W.D. Decker. 1982. Gas-Liquid Mass Transfer in Bubble

Column with Organic Liquids. Chemical Engineering Science page 3509 – 3516.

Pergamon Press Ltd.

Haryani dan Widayat. 2011. Pengaruh Viskositas dan Laju Alir terhadap Hidrodinamika

dan Perpindahan Massa dalam Proses Produksi Asam Sitrat dengan Bioreaktor Air-

Lift dan Kapang Aspergillus Niger. Jurnal Reaktor Vol. 13. Jurusan Teknik Kimia

Universitas Diponegoro (diakses tanggal 9 April 2015).

20