18

ABSTRAK

Ujikaji ini dijalankan untuk mengkaji permindahan jisim antara dua fasa yang berbeza iaitu dari gas ke cecair,penentuan nilai gas tertahan serta pekali pemindahn jisim dari segi teori dan ujikaji.Ujikaji dijalankan dengan mengambil nilai kepekatan oksigen terlarut dalam air sehingga ia mencapai takat tepu pada kadar alir suapan gas oksigen yang berbeza. Nilai-nilai gas tertahan dan pekali pemindahan jisim seterusnya dikira dengan menggunakan persamaan tertentu seperti Vant Reit bagi menentukan pekali pemindahan jisim.Pekali pemindahan jisim ditentukan daripada kecerunan plot ln[Csat C(t)] melawan masa. Nilai teori dan nilai ujikaji pekali tersebut kemudiannya dikaji dan dibincangkan.Akhir sekali,hubungan antara kadar alir suapan dengan nilai-nilai tersebut turut dikaji.

BAB IPENGENALAN

Terdapat banyak proses pengangkutan antara fasa yang melibatkan penyentuhan fasa gas dan cecair dalam aplikasi kejuruteraan kimia.Misalnya,tindakbalas gas dan cecair dalam reaktor teraduk selanjar, penyerapan gas dalam turus gelembung dan banyak lagi. Pelbagai alat boleh digunakan bagi menyentuhkan fasa gas dan cecair seperti turus gelembung, turus terpadat, dan tangki teraduk.Tangki merupakan bekas pencampur yang paling banyak digunakan dalam industri pemprosesan.Ia mempunyai seperti bekas takungan berbentuk silinder, pengaduk dan plat sesekat. Plat sesekat diperlukan untuk mengelakkan pembentukan pusaranPengaduk dibahagikan kepada jenis paksian dan jejarian yang mana digunakan untuk mengaruhkan pergerakan cecair.Dalam eksperimen ini,pengaduk jenis paksian digunakan kerana ia dipilih mengikut keperluan kondisi pencampuran. Pengaduk jenis paksian akan mengerakkan cecair selari dengan aci iaitu ke arah dasar tangki atau ke permukaan cecair bergantung kepada jenis pengaduk samada menolak cecair ke atas atau kebawah. Untuk pengaduk paksian yang menolak cecair ke bawah, arah aliran cecair akan dibalikkan semula ke atas setelah mengenai dasar dan mengalir sepanjang dinding tangki. Seterusnya arah aliran cecair akan dihalakan semula kearah pengaduk apabila mengenai permukaan cecair. Dalam menentukan keberkesanan pencampuran, susunan dan kedudukan pengaduk adalah juga penting. Tahap kuasa yang digunakan bergantung kepada suapan gas dan cecair yang digunakan. Dalam ujikaji ini, kuasa pengadukan sederhana digunakan kerana hanya melibatkan penyentuhan gas-cecair.

BAB IIPENYATAAN MASALAH

1)Faktor yang mempengaruhi kemasukan kuasa dalam sistem pencampuran seperti ketumpatan cecair,diameter dan sebagainya2)Parameter yang digunakan dalam eksperimen bagi mengetahui kemasukan kuasa ke dalam sistem pencampuran3)Korelasi yang terlibat dalam penentuan kuasa ke dalam sistem pencampuran gas

BAB IIIOBJEKTIF

1)Mengkaji kadar pemindahan jisim Oksigen pada kadar suapan yang berbeza2)Menentukan pekali pemindahan jisim dalam tangki teraduk melalui persamaan Vant Reit 3)Membandingkan nilai pekali pemindahan jisim antara nilai dari teori dan pengiraan4)Mengkaji faktor yang mempengaruhi kemasukan kuasa dalam sistem pencampuran

BAB IVKAEDAH

1)Pastikan alat ujikaji dalam keadaan baik, sambungan pendaiwaian elektrik bagi tangki teraduk dan sistem perolehan dan data telah disambungkan dengan sempurna. 2) Pasangkan pengaduk pada aci dengan jarak dari dasr menyaimai nilai 0.5D. 3)Isikan tangki teraduk dengan air suling sehingga ketinggian paras cecair sama dengan garispusat bekas. 4)Nyalakan suis dan uji tangki teraduk dengan mengubah halaju pengaduk dengan melaraskan kawalan halaju. 5) Mulakan sistem perolahan data dan uji bacaan data dari kuar oksigen terlarut.6)Tetapkan halaju pengaduk pada 150 rpm dan suapkan gas nitrogen selama 10 minit atau sehingga nilai kepekatan oksigen mencapai nilai sifar.

7)Seterusnya tutup bekalan gas nitrogen dan buka saluran suapan gas oksigen dan bekalkan gas oksigen pada kadar 2 L/minit.

8)Sistem perolehan data akan merekodkan kepekatan oksigen dan teruskan ujikaji sehingga kepekatan tepu gas oksigen di dalam air telah dicapai.

9)Ulangi ujikaji dengan 4 lagi nilai gas suapan gas oksigen ( 4 L/min, 6 L/min, 8 L/min, 10, 20 L/min L/min). Bagi setiap suapan gas oksigen, rekodkan perubahan ketinggian aras cecair.

10)Data-data yang diperolehi tentukan dan plotkan nilai gas tertahan dan pekali pemindahn jisim melawan halaju pengaduk dan bandingkan dengan sekaitan yang diberikan dalam persamaan (8) dan (14)

BAB V

KEPUTUSAN

5.1 GRAF EKSPERIMEN5.1.1 GRAF KEPEKATAN MELAWAN MASAa) 2 L/min

b) 4 L/min

c) 6 L/min

d) 8 L/min

e) 10 L/min

5.1.2 GRAF Ln(Csat- C(t)) MELAWAN MASA

Nilai Ujikaji (* Pekali pemindahan jisim, KLa diperolehi daripada kecerunan graf ln [(CsatC(t)] melawan t)a) 2 L/min

b) 4 L/min

c) 6 L/min

d) 8 L/min

e) 10 L/min

5.2 DATA MALAR EKSPERIMENDiameter pengaduk, D

= 0.105 m

Ketumpatan bendalir,

= 1000 kg m-3

Kelikatan bendalir,

= 0.001 kg/m.s

Diameter tangki, T

= 0.3 m

5.3 KUASA PENGADUKAN(Pengiraan adalah berdasarkan pada Q=2L/min)1)Halaju Pengaduk,NN=150 rpm =150/60 =2.5rps1)Nombor Reynolds pengaduk,ReiRei = ND2 / =(2.5)(0.105)2(1000)/0.001 =2.76x104

Berdasar lengkuk nombor kuasa,Nombor kuasa,Np =4.6

2)Kuasa pengadukan,PoPo=NpD5N3 Np = Nombor kuasaD=Garis pusat pengadukN=Halaju pengaduk = ketumpatan bendalir Po =(4.6 )(0.105)5(2.5)3(1000) =0.917

3)Nombor pengudaraan,NaNa = Qg / ND3 = 3.33 x 10-5 /(2.5)(0.105)3 = 0.0115

4)Nombor Froude,FrFr =N2D/g =(2.5)2(0.105)/9.81 =0.067

5)Kemasukan kuasa ke dalam sistem pencampuran gasPg/P0 = 1- (a+b) tanh(cNa)Frd Pg =Kemasukan kuasa dalam keadaan bergasP0 =kemasukan kuasa dalam keadaan tidak bergasBerdasarkan jadual 2(Manual Makmal C2),pemalar persamaan kuasa ialahJenis PengadukaBCd

6BD-0.0007150.72324.540.25

Pg/P0 =1 [(-0.000715 x 0.001)+0.723]tanh(24.54 x0.0115 ) x 0.0670.25] = 1- [0.723 x 0.275 x 0.509 ] Pg= 0.8 5.4 GAS TERTAHAN(Pengiraan adalah berdasarkan pada Q=2L/min)

1)Berdasarkan teori,nilai gas tahanan ialah g = 0.105 x (Na x Fr)0.5 x Re0.1 =0.105 x [(0.0115) x 0.067]0.5 x (2.76x104)0.1 =0.105 x (0.0278) x 2.78 =8.1157x10-3

5.4.1 PENGIRAAN PADA KADAR ALIR 4,8,10 L/MIN Nilai TeoriQ(L/min)Qg(m3/s)Nag

23.333x10-050.01158.1157x10-3

46.667x10-050.02300.01190

61.000x10-040.03460.01405

81.333x10-040.04610.01622

101.667x10-040.05760.01813

5.5 PEKALI PEMINDAHAN JISIM(Pengiraan adalah berdasarkan pada Q=2L/min)Luas permukaan antara muka, A= (T2 /4) = (0.32/4) =0.07Isipadu cecair dalam tangki, V = A x Tinggi cecair (Diameter tangki) =0.07 x 0.3 =0.021Kadar suapan gas per luas permukaan tangki, ugs = Q / A =3.33x10-5 / 0.07 =4.757 x10-4

Berdasarkan persamaan Vant Reit,Pekali pemindahan jisim, KLa (teori)= 2.0 x 10-3(Pg/V)0.7(ugs)0.2 = 2.0x10-3 (0.8/0.021)0.7 (4.757 x10-4)0.2 =2.0x10-3 x 12.78 x 0.217 =5.5475 x10-3

5.5.1 PENGIRAAN PADA KADAR ALIR 4,8,10 L/MINNilai TeoriQ(L/min)Qg(m3/s)NaPg (W)ugs (m/s)KLa

23.333x10-050.01150.84.757 x10-40.00555

46.667x10-050.02300.79.524x10-40.00579

61.000x10-040.03460.751.429x10-30.00659

81.333x10-040.04610.71.904x10-30.00665

101.667x10-040.05760.62.381x10-30.00624

Perbandingan nilai teori dan nilai uji kaji KLa Q (L/min)KLa (ujikaji)KLa (teori)

20.01260.00555

40.01390.00579

60.02240.00659

80.02660.00665

100.03080.00624

5.5.2 GRAF KLa MELAWAN Qg

BAB VIPERBINCANGAN

Setelah keputusan ujikaji diperolehi dan plot graf kepekatan gas oksigen terlarut di dalam air melawan masa, didapati kepekatan oksigen dalam tangki teraduk meningkat secara eksponen pada peringkat awal gas kerana telah disuapkan. Kemudian, kadar peningkatan kepekatan gas oksigen semakin berkurangan dan menjadi malar iaitu mencapai takat tepu di mana oksigen berlebihan tidak dapat larut lagi ke dalam air. Setelah mencapai takut tepu ini, gas nitrogen akan mula disuapkan semula untuk menyingkirkan oksigen yang terlarut dalam air. Ini membuktikan berlakunya pemindahan jisim dari fasa gas ke fasa cecair.Daripada persamaan imbangan jisim gas terlarut, pengkamiran persamaan menghasilkan ln(Csat-C(t)) = -KLatDengan graf ln(Csat-C(t)) melawan masa, pekali pemindahan jisim dapat ditentukan daripada kecerunan graf ini. Keputusan ujikaji menunjukkan nilai pekali pemindahan jisim meningkat apabila kadar alir suapan oksigen ditingkatkan. Hal ini disebabkan apabila kadar alir oksigen meningkat, lebih banyak molekul oksigen akan diadukkan dan terlarut dalam air suling dalam masa yang singkat. Keadaan ini mendorong pemindahan jisim dan seterusnya meningkatkan pekali pemindahan jisim. Keadaan ini mengikut persamaan Vant Reit. KLa (teori)= 2.0 x 10-3(Pg/V)0.7(ugs)0.2di mana ugs = Bagi meramalkan pekali pemindahan jisim dalam tangki teraduk di mana ia menyatakan pekali pemindahan jisim adalah berkadar langsung dengan kadar suapan gas. Namun demikian, nilai ujikaji yang diperolehi menunjukkan perbezaan yang ketara dengan nilai teori. Ini berlaku disebabkan banyak gas asing yang terlarut dalam air ini walaupun gas nitrogen dialirkan untuk menyingkirkannya. Gas asing tidak dapat disingkirkan sepenuhnya, maka menyebabkan pekali pemindahan ujikaji lebih tinggi. Selain itu, gas nitrogen yang dialirkan pada selang masa yang singkat sahaja tidak cukup untuk menyingkirkan semua kandungan oksigen dalam air ini. Ralat ini dijangka akan menyebabkan pekali pemindahan jisim lebih tinggi. Selain itu, perbezaan nilai ini juga disebabkan oleh ralat-ralat yang berlaku semasa ujikaji dilakukan.Gas tertahan adalah digunakan sebagai penunjuk terhadap kemampuan pemindahan jisim di antara fasa gas dan cecair. Akan tetapi dalam ujikaji ini, gas tertahan tidak dapat ditentukan kerana perubahan paras terudara tidak dapat dikaji dan diperhatikan dengan tepat. Perubahan paras udara adalah hampir sifar. Dengan itu, gas tertahan hanya dapat ditentukan melalui teori dan tidak dapat ditentukan melalui ujikaji. Daripada nilai teori, didapati gas tertahan meningkat dengan penambahan kadar alir suapan gas oksigen.Daripada pemerhatian didapati bahawa nilai gas tertahan, g yang diperolehi meningkat dengan kadar alir suapan oksigen di mana peningkatan kadar alir gas oksigen akan meningkatkan pemasukkan gas ini ke dalam air. Ini dapat dibuktikan dengan persamaan sekaitan Sensel dan Meyers.g = 0.105 * (Na * Fr)0.5 * Re0.1Nilai kemasukan kuasa daripada pengiraan menunjukkan kuasa pengadukan untuk keadaan bergas, Pg bernilai lebih rendah daripada kuasa pengadukan bagi keadaan tidak bergas, Po. Menurut persamaan, kuasa pengadukan dipengaruhi oleh ketumpatan bendalir, halaju dan diameter pengaduk. Pada halaju dan diameter pengaduk yang malar, ketumpatan efektif yang terhasil adalah lebih rendah berbanding dengan ketumpatan cecair asal apabila fasa gas dan cecair dicampurkan. Oleh itu, pada nilai halaju putaran dan diameter pengaduk yang sama, kemasukan kuasa ke dalam sistem pencampuran adalah lebih rendah.

RALAT DAN LANGKAH MENGATASINYA

Sepanjang ujikaji, didapati bahawa kewujudan beberapa ralat yang akan menjejaskan keputusan ujikaji. Ralat paralaks yang disebabkan kedudukan mata pemerhati yang tidak betul semasa menilai ketinggian larutan. Keadaan ini berlaku semasa menyelaraskan kadar alir oksigen dan nitrogen. Terdapat bendasing tertinggal dalam tangki teraduk yang tidak dibersihkan dengan sempurna. Hal ini akan mempengaruhi kejituan pekali pemindahan jisim yang dicari. Kadar alir suapan gas yang tidak mantap juga akan menjejaskan keputusan ujikaji. Keadaan ini berlaku paling ketara apabila sambungan paip tidak ketat. Ralat semasa pengambilan data daripada komputer. Keadaan kepekatan mantap haruslah tercapai sebelum ujikaji untuk kadir alir oksigen yang berlainan diteruskan. Halaju pengaduk haruslah dipastikan sentiasa berada pada kelajuan 150 rpm.

Untuk mengatasi masalah ini, beberapa langkah berjaga-jaga haruslah diambil Kedudukan mata pemerhati haruslah berserenjang dengan ketinggian larutan yang hendak dikira. Sebelum ujikaji dimulakan, tangki pengaduk haruslah dicuci dengan air suling dahulu sebelum air suling yang bersih dimasukkan kepadanya. Langkah ini dapat memastikan bahawa bendasing yang terdapat dalam dasar tangki pengaduk dapat disingkirkan. Semasa mengalirkan gas oksigen atau nitrogen ke dalam tangki pengaduk, perlu memastikan bahawa tiub yang mengalirkan gas ke tangki pengaduk disambung dengan ketat. Selain itu, kebocoran paip juga perlu dipastikan tidak berlaku. Aliran gas oksigen atau nitrogen ke dalam tangki pengaduk haruslah dibiarkan untuk satu selang masa yang bercukupi supaya keadaan kepekatan mantap tercapai. Pemeriksaan motor pengaduk haruslah dijalani pada selang masa tertentu untuk memastikan motor pengaduk berada dalam keadaan yang baik.

KESIMPULAN

Secara keseluruhannya, ujikaji ini boleh dikatakan kurang mencapai objektifnya iaitu penentuan pekali pemindahan jisim dan gas tertahan kerana nilai pekali uji kaji yang berbeza dengan nilai teori.Selain itu,eksperimen ini berjaya memperlihatkan bagaimana pekali pemindahan jisim dan gas tertahan berubah dengan kadar alir suapan gas oksigen.Daripada keputusan ujikaji yang dijalankan, pekali pemindahan jisim bertambah dengan peningkatan kadar alir suapan oksigen dipermulaan eksperimen. Nilai ujikaji yang diperolehi adalah berbeza berbanding dengan nilai teori.Disini juga dapat disimpulkan nilai gas tertahan meningkat berkadaran dengan pertambahan kadar suapan oksigen.Akhir sekali,nilai kemasukan kuasa daripada pengiraan menunjukkan kuasa pengadukan untuk keadaan bergas, Pg bernilai lebih rendah daripada kuasa pengadukan bagi keadaan tidak bergas, Po.Didapati hal ini berlaku kerana wujudnya penyusutan ketumpatan efektif dalam campuran gas dan cecair turut mengurangkan kuasa pengadukan yang diperlukan dalan keadaan bergas.

Q (L/min)KLa (ujikaji)KLa (teori)g(teori)

20.01260.005558.1157x10-3

40.01390.005790.01190

60.02240.006590.01405

80.02660.006650.01622

100.03080.006240.01813

RUJUKAN

Panduan Amali Pelajar Tahun 3 ( Semester 1 ) Sesi 2013/2014Jabatan Kejuruteraan Kimia dan Proses,Fakulti Kejuruteraan Universiti Kebangsaan Malaysia.