LABORATORIUM SATUAN OPERASI

SEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2012/2013

MODUL : Absorbsi

PEMBIMBING : Ir. Umar Khayam

Oleh :

Kelompok : V (lima)

Nama : 1. Hana Afifah Rahman NIM.111411045

2. Yudha Fitriansyah NIM.111411059

Kelas : 2B

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2013

Praktikum : 14 Maret 2013

Penyerahan : 21 Maret 2013

(Laporan)

ABSORBSI

I. TUJUAN

Memahami proses absorpsi dan prinsip kerjanya

Menghitung laju kecepatan absorpsi CO2 ke dalam air

Menghitung jumlah CO2 bebas dalam air

II. DASAR TEORI

Absorbsi adalah operasi penyerapan komponen-komponen yang terdapat di

dalam gas dengan menggunakan cairan, sehingga tingkat absorbsi gas akan sebanding

dengan daya kelarutan gas tersebut dalam cairan. Proses ini melibatkan difusi

molekuler dan turbulen atau perpindahan massa solute A melalui gas B diam

menembus cairan C diam. Peristiwa ini mengikuti prinsip kecenderungan kelarutan

solute A di dalam cairan (pelarut). Tujuan dari proses absorbsi adalah :

1) Untuk mendapatkan senyawa yang bernilai tinggi dari campuran gas atau uap.

2) Untuk mengeluarkan senyawa yang tidak diinginkan dari produk.

3) Pembentukan persenyawaan kimia dari absorben dengan salah satu senyawa

dalam campuran gas.

Bila gas dikontakkan dengan zat cair, maka sejumlah molekul gas akan

meresap dalam zat cair dan juga terjadi sebaliknya, sejumlah molekul gas

meninggalkan zat cair yang melarutkannya. Dengan bertambahnya waktu, pada suatu

ketika akan terjadi dimana kecepatan pelarutan gas sama besar dengan kecepatan

pelepasan gas. Keadaan ini disebut keadaan setimbang. Tekanan yang diukur pada

keadaan ini juga disebut tekanan setimbang pada temperature tertentu.

Zat cair yang masuk bisa berupa pelarut murni atau larutan encer zat terlarut

di dalam pelarut didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada

operasi yang ideal, membasahi permukaan isian itu secara seragam.

Beberapa hal yang mempengaruhi absorbsi gas ke dalam cairan :

1. Temperature operasi.

2. Tekanan operasi.

3. Konsentrasi komponen di dalam cairan.

4. konsentrasi komponen di dalam aliran gas.

5. Luas bidang kontak.

6. Lama waktu kontak.

Untuk itu dalam operasi absorbsi harus dipilih kondisi yang tepat sehingga

dapat diperoleh hasil optimum.

Untuk menentukan harga koefisien perpindahan massa suatu zat absorbs

dapat digunakan perhitungan berdasarkan neraca massa.

Persamaan untuk kolom absorbs isian adalah :

= . .

. . ( )

0

1

y ialah fraks mol gas yang berada dalam kesetimbangan dengan calran disetiap

titik dalam kolom, /adalah fraksi mol ruah "bulk", A adalah luas penampang

kolom, H adalah tinggi isian dan a adalah luas spesifik isian/satuan volum isian.

Untuk gas encer terkecuali aliran gas inert, persamaan diatas dapat

disederhanakan :

. .

=

.

( )

0

1

Ruas kanan dari persamaan di atas sulit diintegrasi. Perhitungan Kog dapat

disederhanakan (tetapi kurang teliti) dengan menggunakan definisi kog

N = Kog x aAH x log gaya penggerak rata-rata

Jadi, Kog =

.

()

Beberapa jenis menara absorbsi :

1. Menara absorbsi dengan benda isi (packing column).

Alat ini memakai metoda pengabsorpsian gas yang paling umum. Alat ini

mirip dengan alat yang dipergunakan untuk distilasi atau eksraksi pelarut dan dapat

dipaking dengan cincin Raschig, pelana Berl atau tipe-tipe paking lainnya. Paking

disini gunanya untuk memperbesar permukaan kontak dengan jala penyebaran zat

cair dan penyebaran gas. Cairan disemprotkan ke bagian puncak kolom dan secara

vertical ke bawah akan bertemu dengan aliran gas-gas yang berlawanan arah yang

melalui kolom tersebut. Cairan yang berisi gas-gas terlarut akan meninggalkan dasar

kolom dan gas yang tak larut akan keluar melalui puncak kolom. Cairan tersebut

dapat dipergunakan kembali (recycle) seperti proses semula sampai tidak terdapat

lagi gas atau gas-gas terlarutnya dihilangkan dan cairan dapat digunakan kembali.

2. Menara absorbsi dengan pelat atau piringan.

Bentuk dari pelat/piringan ayak atau piring berlubang (sieve tray) dan pelat

golakan (bubble cup). Pelat ayakan terdiri dari pelat yang berlobang yang dipasang

horizontal dalam kolom dengan diameter lobang berkisar sekitar 6-25 mm,

sedangkan pada sisi tepian diberi tepian limpahan. Zat cair mengalir melalui tepian

ke dalam ruang limpahan, zat cair dari atas mengalir ke bawah dengan gravitasi

dengan pola berliku-liku melalui pelat. Gas mengalir naik ke atas melalui lubang

yang ada pada piring (perforasi) dan kontak dengan cairan membentuk gelembung-

gelembung gas yang kecil-kecil.

Pelat golakan (bubble cup) berupa lubang-lubang bulat dengan ditambahkan

cup dan aluran atau cerebong kecil diatasnya. Gas yang akan diabsorpsi mengalir

lewat lubang dan cerobong dan berkontak dengan cairan.

3. Menara absorbsi dengan penyemprot.

Tipe ini berukuran pendek berupa menara yang tidak dilengkapi dengan

paking. Ke dalam menara ini cairan diisikan dari puncak berupa semprotan yang

sangat halus. Proses penyemprotan ini dilakukan untuk memperbanyak luasmukaan

dengan bantuan penyemprotan. Pembagian zat cair ini diatur agar menjadi percikan

kecil yang banyak.

4. Pembersih Pancar (Jet Scrubber)

Cairan pengabsorpsi ditarik oleh gaya tekan melalui pipa dan masuk ke dalam

lubang. Kemudian cairan disemprotkan ke ruangan dimana gas-gas yang terdapat

diserap dan diisap.

Laju Penyerapan CO2 dapat dihitung dengan rumus

= ( + )

( )

Percobaan Analisa Karbon yang Larut dalam air

=

( + )

Jika M adalah konsentrasi penitran, vs adalah volume sampel yang digunakan untuk

titrasi, maka penentuan jumlah CO2 bebas (CCO2) pada suatu tangki dengan volume

(Vt volume penitran) adalah :

=.

III. PERCOBAAN

3.1 Alat Praktikum

Keterangan :

S1, S2, S3 = Valve yang diatur pada saat analisa gas CO2 dan tempat pengambilan sample bila diperlukan

F1 = Flowmeter Air

F1 = Flowmeter Udara

F1 = Flowmeter CO2

C1 = Valve Pengatur flow air

C2 = Valve Pengatur flow udara

C3 = Valve pengatur flow CO2

3.2 Bahan yang digunakan

- NaOH

- HCl

- Air

- Phenolptalin

- Gas CO2

- Udara

3.3 Langkah Kerja

1. Kalibrasi alat

2. Alirkan larutan NaOH dengan konsentrasi tertentu dari tangki penampungan

menuju kolom absorbs melalui puncak kolom sesuai dengan laju alir yang

diinginkan hingga alirannya mantap.

3. Campuran gas yang terdiri dari udara dan gas CO2 dialirkan dari bawah kolom.

4. Absorbsi dibiarkan terus berlangsung sampai dicapai keadaan tunak. Keadaan

tunak dikatakan telah tercapai jika jumlah CO2 yang terserap larutan NaOH telah

mencapai nilai yang konstan ditandai dengan konsentrasi larutan NaOH sisa yang

keluar kolom absorbsi konstan.

5. Analisa volumetric menggunakan larutan asam khlorid standar untuk mengetahui

konsentrasi larutan NaOH sisa.

Absorpsi CO2 pada NaOH (menggunakan analisis larutan)

1. Mengisi tangki dengan 20 liter NaOH 0.011 M (3/4 penuh).

2. Mengalirkan larutan (2 liter/menit).

3. Mengalirkan udara (36 liter/menit).

4. Mengalirkan CO2 (4 liter/menit).

5. Menunggu hingga steady selama 15 menit.

6. Mengambil sampel gas tiap 10 menit setelah steady dari keluaran selang

secukupnya (40 mL)

7. Teteskan PP (1 tetes) dan titrasi hingga warna pink hilang dengan larutan HCl.

IV. DATA PERCOBAAN

T = 250C dan tekanan 1 atm

Konsentrasi NaOH : 0,011 N

Konsentrasi HCl : 0,1 N

Volume Sampling : 40 mL

Kondisi Variasi

Konsentrasi

CO2

Laju Alir

larutan NaOH

(L/menit)

Laju Alir

Udara

(L/menit)

Laju Alir CO2 (L/menit)

1 10 % 2 36 4

Menentukan Laju Alir CO2 & Udara Masuk

Diketahui : Udara masuk + Laju alir CO2= 40 L/menit

Konsentrasi CO2 (10%)

Laju Alir CO2 = 10

100 x 40

L

= 4

L

Laju Alir Udara = 40-4 = 36L

Absorpsi CO2 dalam Larutan NaOH dengan Menggunakan Analisis Larutan NaOH

t

(menit)

Volume Sampel

(mL)

Volume HCl

0,1N (mL)

0 40 0.8

10 40 -

20 40 -

35 40 -

40 40 -

T = 0 menit

2 =.

=

0.1 0.8

40= 0.002

Pada menit ke 10 dan seterusnya, pengujian sampel setelah diberi indikator phenolptalin

tidak berubah warna menjadi merah muda. Hal ini dimungkinkan sampel sudah tidak

bersifat basa, melainkan asam sehingga phenolptalin yang bekerja pada trayek basa tidak

akn merubah warna larutan. Oleh karena itu tidak dilakukan titrasi oleh HCl. Seharusnya

digunakan indikator Metyl Orange yang bekerja pada trayek asam, sehingga setelah

dititrasi HCl akan merubah warna larutan menjadi keunguan. Karena ketidakadaan bahan

maka praktikan tidak menggunakan analisis dengan MO. Volume HCl yang dibutuhkan

tersebut merupakan HCl yang dibutuhkan untuk merubah NaHCO3 menjadi H2CO3.

V. PEMBAHASAN

(Hana Afifah Rahman NIM.111411045)

Dalam berbagai industri proses sering dilakukan pemisahan yang secara umum

bertujuan untuk pemurnian. Salah satu metode yang sering digunakan adalah absorbsi.

Absorbsi ini merupakan proses pemisahan di mana zat yang terserap bereaksi secara kimia

dengan zat yang menyerap (absorben) membentuk senyawa lain. Senyawa terserap pada

praktikum ini berupa gas CO2 dan zat yang menyerap yaitu larutan NaOH 0.011 N.

Beberapa variabel yang mempengaruhi penyerapan CO2 oleh NaOH adalah :

Tinggi dan diameter kolom. Semakin tinggi kolom dan semakin besar diameternya

maka waktu tinggal akan semakin lama dan akan mempengaruhi jumlah zat yang

bereaksi.

Tinggi, jenis isian (packing). Fungsi utama packing ini adalah untuk memperluas

permukaan kontak. Semakin luas permukaan kontak, diharapkan semaki banyak zat

yang saling bertumbukan dan mengalami reaksi.

Laju alir udara, CO2, dan cairan (NaOH).

Konsentrasi cairan (NaOH).

Lamanya waktu kontak (proses absorbsi);

Temperatur.

Pada percobaan ini, dilakukan kontak antara larutan NaOH 0,011 N dengan udara

dalam kolom isian. Adanya kolom isian akan menyebabkan tahanan antara aliran air

dengan aliran udara dan mengakibatkan bidang sentuh antara air dan udara jadi semakin

besar. Peristiwa absorpsi pada percobaan ini berupa aliran counter-current dimana aliran

udara masuk di bawah kolom dan aliran air masuk di atas kolom. Larutan NaOH 0,011 N

diumpankan dari bagian atas kolom dengan menggunakan spray, sedangkan udara yang

mengandung CO2 diumpankan dari bagian bawah kolom. Sistem Spray digunakan untuk

memperkecil partikel air yang memasuki kolom dan dengan bantuan packing, maka luas

permukaan dan waktu kontak akan bertambah.

Umpan dengan masa jenis yang lebih besar diumpankan dari bagian atas kolom

agar bergerak ke bawah, umpan dengan masssa jenis yang lebih kecil diumpankan dari

bagian bawah agar bergerak ke atas sesuai dengan gravitasi bumi. Jika umpan dengan

massa jenis yang lebih besar diumpankan dari bagian bawah dan umpan dengan massa

jenis yang lebih kecil diumpankan dari bagian atas kolom maka kedua zat ini tidak akan

dapat bertemu dan reaksi tidak akan terjadi.

Dalam praktikum ini, praktikan menggunakan konsentrasi CO2 10%, dengan laju

Alir udara 36 liter/menit, laju alir CO2 4 liter/menit, dan laju alir larutan NaOH 2

liter/menit, konsentrasi NaOH 0.011 N, temperatur cairan dan udara ruang 25oC, dan

dilakukan sampling setiap 10 menit.

Pada praktikum ini praktikan menganalisa penyerapan CO2 oleh NaOH dengan

hanya memvariasikan variabel waktu kontak setiap 10 menit, sedangkan variabel lainnya

konstan. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut :

CO2(g) + NaOH(aq) NaHCO3(aq)

NaOH(aq) + NaHCO3 Na2CO3(s) + H2O(l) +

CO2(g) + 2NaOH(aq) Na2CO3(s) + H2O(l)

Pengambilan sampel dilakukan pada t0 yaitu sebelum peralatan absorbsi

dijalankan dan setiap 10 menit sekali selama 40 menit. Pengujian kandungan CO2

dilakukan melalui titrasi menggunakan HCl, indikator yang digunakan dalam titrasi

adalah phenolftalein. Mula-mula, larutan sampel akan bewarna merah muda (memberi

warna pada NaOH) dan perlahan berubah menjadi tidak bewarna setelah mencapai titik

ekuivalen.

Berdasarkann titrasi sampel oleh HCl 0,1 N, diperoleh data bahwa pada t0 larutan

sudah mengandung CO2 sebesar 0.002N. Namun pada titrasi pada pengambilan sampel

10 menit pertama dan seterusnya tidak tampak perubahan warna setelah diberi indikator

phenolptalin. Hal ini dapat terjadi karena beberapa faktor, yaitu karena larutan sampel

sudah banyak mengandung CO2 yang merupakan gas penyebab asam sehingga ketika

diberi indikator phenolptalin yang bekerja di trayek basa tidak akan merubah warna

larutan menjadi pink. Kandungan CO2 pada larutan yang tinggi dapat diakibatkan karena

laju alir gas yang cukup tinggi sehingga ada gas CO2 berlebih yang tidak ikut bereaksi

dengan larutan NaOH karena sudah terlalu jenuh. Selain itu juga karena kadar larutan

yang rendah mengakibatkan larutan cepat jenuh dengan laju alir CO2 yang cukup tinggi.

Untuk mengatasi masalah ini, sebaiknya pada praktikum digunakan dua indikator,

yaitu phenolptalin dengan penitran HCl untuk menitrasi NaOH karena NaOH bersifat

basa, maka dibutuhkan asam kuat seperti HCl untuk membuat pH menjadi normal, sesuai

reaksi

NaOH + HCl NaCl + H2O

Setelah itu, dititrasi kembali dengan indikator kedua adalah Metyl Orange.

Volum HCl yang dibutuhkan adalah volum HCl yang digunakan untuk mengubah

NaHCO3 menjadi H2CO3. Larutan yang telah ditambahkan MO berwarna orange,

selanjutnya saat mencapai kesetimbangan akibat titrasi akan mengalami perubahan warna

menjadi pink keunguan. Persamaan reaksi yang terbentuk adalah sebagai berikut.

Na2CO3 + HCl NaCl + H2CO3

Dalam percobaan ini, larutan yang mengalir pada sistem berupa NaOH, sebaiknya

diambil dua sampel larutan dari sistem absorber, yaitu sampel berupa larutan yang berada

dalam keadaan tunak dan sampel berupa larutan yang telah melalui kolom absorpsi.

Dengan adanya pengambilan dua sampel, maka seharusnya dapat dibuktikan bahwa akan

diperoleh senyawa Na2CO3, sebagai hasil reaksi dari NaOH dan CO2.

2NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O

Tujuan pengambilan dua sampel dengan waktu berkala adalah untuk

mengontrol senyawa Na2CO3 pada larutan dalam tangki. Dengan alasan efisiensi, kolom

absorpsi menggunakan sistem tertutup, di mana larutan yang mengalir bukanlah berupa

NaOH murni, melainkan telah bercampur dengan Na2CO3 hasil absorpsi. Maka,

dibutuhkan suatu pengontrolan pengukuran Na2CO3, yaitu dengan menggunakan

parameter waktu yang berkala untuk melakukan pengukuran. Pada waktu yang

ditentukan, sampel diambil dua kali.

(Yudha Fitriansyah NIM. 111411059)

Pada praktikum kali ini, praktikan melakukan praktikum absorpsi. Melalui

praktikum ini kami mencoba untuk mengetahui kecepatan penyerapan absorben terhadap

komponen yang akan diserap, disini absorben yang digunakan adalah NaOH dan zat

yang akan diserap adalah CO2.

Jenis Kolom yang dipilih pada praktikum absorben kali ini adalah kolom isian

(packing coloumn). Packing coloumn dilengkapi dengan isian pada bagian dalam sebagai

tempat berkontaknya absorben dan zat yang akan diserap. Pada bagian atas packing

coloumn dilengkapi dengan distribusi atas sebagai tempat masuknya absorben yang

berfasa cair dan pada bagian bawah adalah distribusi bawah sebagai tempat masuknya

gas CO2. Kemudian CO2 akan keluar lewat bagian atas sebagai gas kurus karena telah

diserap oleh NaOH yang akan keluar melewati bawah kolom.

Sebelum melakukan proses absorpsi, kami melakukan kalibrasi terlebih dahulu.

Kalibrasi dilakukan dengan mengalirkan cairan NaOH kedalam kolom isian sehingga

zat-zat yang mungkin masih tertinggal didalam isian dapat terbawa oleh aliran. NaOH

dibiarkan mengalir selama 5 menit.

Setelah kalibrasi selesai, maka praktikum absorpsi dapat dimulai dengan

mengatur laju alir udara, laju alir NaOH dan laju alir CO2. Pertama laju alir udara

dinaikkan dengan memutar valve flow control hingga pada indicator menunjukkan angka

40L/menit, kemudian memutar valve pada flow control NaOH hingga indicator

menunjukkan angka 2L/menit dan yang terakhir adalah NaOH dengan debit 4L/menit

NaOH sebagai absorben akan meresap masuk kedalam isian dan CO2 akan datang

dari arah yang berlawanan sehingga akan berkontak dengan NaOH didalam isian terjadi

reaksi ;

CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2O

sejumlah molekul gas (CO2) akan meresap kedalam NaOH karena perbedaan

kelarutan. Proses ini terjadi dalam isian dimana isian tersebut berupa packing yang

berfungsi untuk memperbesar permukaan kontak antara NaOH dan gas.

Kemudian setiap 10 menit sekali ambil sampel yang keluar dari selang. Untuk

mengetahui kadar CO2 dapat ditentukan melalui titrasi dgn HCl 0,1N. Pada sampel

pertama kami mendapatkan konsentrasi CO2 sebesar 0.002 N . Rekasi yang terjadi ;

2HCl + Na2CO3 2NaCl + H2O + CO2

sedangkan pada sampel 2, 3, 4, dan 5 kami sudah tidak mendapatkan CO2 lagi

pada larutan NaOH.

Fenomena ini disebabkan oleh laju alir CO2 yang terlalu tinggi sehingga kontak

antara CO2 dan NaOH sangat minim. Hal ini mengakibatkan CO2 sebagai rich gas pada

umpan, keluar pada bagian atas kolom masih dalam keadaan rich gas karena tidak terjadi

kontak yang maksimal dengan NaOH. Disamping itu konsentrasi NaOH yang digunakan

sebagai absorben rendah, yaitu 0,011 N sehingga cepat jenuh, akibatnya NaOH hanya

mampu melarutkan sedikit CO2 saja.

VI. KESIMPULAN

1. Proses absorpsi bertujuan untuk menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan

dalam produk. Komponen yang di absorpsi adalah CO2 oleh air.

2. Feed bagian bawah kolom absorpsi adalah gas (CO2) sedangkan feed bagian atas

adalah umpan fasa cair (NaOH)

3. Alat yang digunakan adalah menara absorpsi dengan benda isi (packing column)

berupa packing yang berfungsi untuk memperbesar permukaan kontak antara air dan

gas yang akan terlarut dalam air.

4. Faktor yang dapat mempengaruhi proses absorpsi adalah kadar CO2 sebagai umpan.

Kadar CO2 yang digunakan adalah 10%

5. Absorpsi CO2 pada NaOH dapat dianalisis dengan menggunakan prinsip titrasi

larutan.

6. Untuk mengetahui seberapa besar CO2 yang terserap atau terabsorpsi oleh larutan

NaOH maka dapat dilakukan dengan titrasi menggunakan larutan HCl 0.1N

7. Semakin banyak kandungan CO2 yang terserap akan memiliki hubungan berbanding

lurus dengan banyaknya larutan HCl penitrannya.

8. Besarnya jumlah NaOH yang tersisa pada larutan menunjukkan kemampuan absorbsi

CO2 yang kecil.

9. Kecilnya jumlah Na2CO3 yang terbentuk pada larutan menunjukkan kemampuan

absorbsi CO2 yang kecil.

10. Semakin tinggi laju udara maka perbedaan tekanan yang terjadi pada kolom absorpsi

akan semakin besar.

VII. DAFTAR PUSTAKA

Jobsheet Praktikum Satuan Operasi "Absorpsi", Due Like, Jurusan Teknik Kimia

POLBAN

Jobsheet Praktikum Satuan Operasi "Absorpsi" Jurusan Teknik Kimia POLBAN, 2003

Mc CABE and Werren I Smith Julian C & Hariott., Unit Operations of Chemical

Engineering, 3rd, New York

Mc. Growhill Book Co Fourth Edition 1993

Robert H Perry "Chemical Engineering Handbook" Mc Grow-hill Fourth Edition, USA

1998

LAMPIRAN FOTO HASIL PRAKTIKUM

Gambar 2

(1 set alat titrasi)

Gambar 1

(1 set peralatan absorpsi)

Gambar 4

(Bak Penampung)

Gambar 3

(Kolom absorpsi dengan isian Rashing Ring)

Gambar 5

(Tabung CO2untuk umpan)

Gambar 6

(Alat pengatur laju alir udara, CO2 dan H2O)