LABORATORIUM PENGENDALIAN PROSESSEMESTER GENAP TAHUN AJARAN 2013/2014MODUL : Dinamika Tangki SeriPEMBIMBING: Shoerya ShoelartaTanggal Praktikum : 18 Maret 2014Tanggal Penyerahan : 24 Maret 2014

Oleh :Kelompok : 2 Nama : 1. Abed Nego1214110022. Neng Sri Widianti1214110203. Rima Puspitasari1214110264. Zahir Ilham121411031Kelas: 2A

PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIAJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2014DINAMIKA TANGKI SERII. TUJUANTujuan umum : Keterampilan mengoperasikan peralatan berbasis reaktor tangki berpengaduk. Kemampuan aplikasi pengetahuan reaktor tangki berpengaduk terhadap penyimpangan yang mungkin terjadi Peningkatan kemampuan logika berbasis reaktor tangki berpengaduk terhadap hubungan-hubungan antara kecepatan putar pengaduk, ketidakidealan, volume efektif reaktor.

Tujuan khusus : Membuat kurva kalibrasi hubungan antara daya hantar listrik (DHL) terhadap konsentrasi NaCl Memahami fenomena perbedaan respon konsentrasi yang ditujukan dari masing-masing tangki yang tersusun seri. Memahami perbedaan yang terjadi dari input step dengan pulse. Menghitung volume ideal berpengaduk dan tidak berpengaduk.

II. DASAR TEORIA. Daya Hantar Listrik Pada Suatu LarutanLarutan adalah campuran homogen dari dua jenis atau lebih zat. Suatu larutan terdiri atas zat pelarut ( solvent ) dan zat terlarut ( solute ). Dilihat dari kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik larutan dibedakan menjadi dua yaitu elektrolit kuat dan elektrolit lemah. Garam merupakan salah satu contoh dari elektrolit kuat.Menurut Arrhenius, larutan elektrolit mengandung ion yang bergerak bebas. Ion inilah yang menghantarkan arus listrik melalui larutannya. Zat elektrolit dapat berupa senyawa ion dan senyawa. kovalen polar.

B. Dinamika Reaktor TangkiReaktor adalah suatu alat tempat terjadinya suatu reaksi kimia untuk mengubah suatu bahan menjadi bahan lain yang mempunyai nilai ekonomis lebih tinggi. Continuous Stirred-Tank Reactor(CSTR) merupakan suatu tangki reaktor yang digunakan untuk mencampur dua atau lebih bahan kimia dalam bentuk cairan denganmenggunakan pengaduk (mixer). Pada Continuous Stirred-Tank Reactor terdapat heater yang akan menghasilkan panasuntuk mengatur temperatur cairan pada harga tertentu. Gambar fisikContinuous Stirred-TankReactordapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Reaktor CSTR bekerja secara kontinyu, dengan laju massa umpan sama besar denganlaju massa keluar dari tangki. Umpan dengan konsentrasi tetap mengalir secara kontinyu dapat dipandang sebagai umpan dengan pola step.Neraca massa NaCl [laju akumulasi] = [laju masuk][laju keluar]V dCi= qo Co qi Ci(2) dtUntuk laju alir masuk sama dengan laju alir keluar (=q), ruas kiri dan ruas kanan daripersamaan 1 dibagi dengan laju alir q, persamaan menjadi:ii dt ...(3)Persamaan 2 dapat disederhanakan dengan integrasi = ..(4)Integrasi dapat diselesaikan dengan memisalkan, U = Co-Ci; sehingga dU = -dCi sehinggasyarat batasnya menjadi :t = 0; Ci= 0; Uo= Cot = t; Ci= Ci; U = Ci- Co = ................................................................(5)-ln = ........(6)-ln = .(7)- ln = - = = =1- )(8)Persamaan (7) mencerminkan hubungan antara konsentrasi NaCl terhadap waktu padareaktor tinggal CSTR dengan umpan berbentuk step.Pada saat konsentrasi (Ci) mendekati konstan yaitu pada saat t=t ; konsentrasi NaCldalam tangki adalah Ck.(Ck mendekati harag Co)Ck= Co (1-Pada saat Ci=Ck input step dihentikan, kemudian diganti dengan umpan berupaaquadest, konsentrasi NaCl = nol. (model ini dapat dianggap seperti kelakuan tangki setelahmendapat input berupa pulse).Neraca massa NaCl [laju akumulasi] = [laju masuk] laju keluar]V dCi= qo Co qi Ci.(9)dtUntuk laju alir masuk sama dengan laju alir keluar = (q), Co=0 (aquades) ruas kiri dan kanan dari persamaan 1 dibagi dengan laju alir q. Persamaan menjad :ii dt...............................................................................(10)Persamaan 8 dapat diselesaikan dengan integrasi = ..(11)Syarat batas dari persamaan adalah:t = 0; Ci = Ck dan pada t = t; Ci = Ci-ln = = (12)Persamaan (12) mencerminkan hubungan antara konsentrasi NaCl terhadap waktu pada reaktor tunggal CSTR dengan umpan berbentuk pulse.

C. Efektifitas tangkiEfektivitas tangki dapat diukur dari perbandingan volume tangki sesungguhnya dibandingkan dengan volume yang diperoleh dari perhitungan volume tangki seungguhnya dapat dihitung dengan mengukur dimensi tangki, yaitu diameter dan tinggi dari tangki.Volume efektiv dari tangki, yaitu volume yang benar-benar terpakai untuk terjadinya reaksi dapat diperkirakan dari penurunan lebih lanjut persamaan (1). Yaitu menghitung harga gradien konsentrasi NaCl pada saat t=0 pada reaktor CSTR dengan umpan step pada tangki pertama.V dCi= qo Co qi CiPada saat t=0 ; Ci=0 ; persamaan menjadi : = qo Co qi Ci.0(13) = qo Co = Co(14)Harga gradient konsentrasi ini juga dapat dihitung dari aluran data konsentrasi terhadap waktu. Untuk menghitung volume efektif dari reaktor CSTR. V= qo.t

III. PERCOBAAN3.1 Bahan dan AlatAlat Gelas kimia Labu seukuran 100 ml Gelas kimia 5000 ml Botol semprot Timbangan analitik Pipet seukuran 10 ml Ember plastic Stopwatch Alat ukur DHL

Bahan Aquadest NaCl

3.2 Langkah KerjaPembuatan larutan NaCl 1 % beratLarutkan dalam aquadest sampai volumenya 5000mlUkur DHL larutan NaCl dan DHL aquadestTimbang NaCl 50 gram

Pembuatan kurva kalibrasiAmbil 10 ml aquadest, campurkan dengan larutan sebelumnyaUkur DHL larutan 10 ml larutan NaCl, masukkan ke dalam gelas

Ukur DHL masing masing larutan setelah pengenceranUlangi prosedur pertama dan kedua untuk memperoleh larutan dengan pengenceran tertentu

Pengamatan respons tangkiIsi ketiga tangki dengan aquadest sampai level ketinggian sama

Lakukan lagi semua prosedur dengan pengaduk dihidupkanHentikan pengukuran apabila nilai DHL tangki ketiga mendekati nilai DHL aquadestUkur DHL masing-masing tangki tiap 2,5 menit

Siapkan aquadest, alirkan ke dalam tangki dengan laju alir volume 200 cm3/menit

Hentikan pengukuran apabila nilai DHL tangki ketiga mendekati nilai DHL larutan NaCl 1%Ukur DHL masing-masing tangki tiap 2,5 menitAlirkan NaCl 1% ke dalam tangki pertama dengan laju alir 200 cm3/menitUkur DHL masing-masing tangkiNyalakan pompa, atur flowmeter sehingga diperoleh laju alir volume 200 cm3/menit

3.3 Data PengamatanDimensi Tangki Tinggi tangki : 13 cmDiameter tangki: 10 cmDHL vs Konsentrasi NaCl StandarKonsentrasi NaCl (%)DHL

1,000,61

0,500,30

0,200,16

0,100,08

0,050,03

0,000,00

Pengukuran DHL larutan dalam tangkiTanpa PengadukanAliran StepWaktuDHL

Tangki-1Tangki-2Tangki-3

NaClH2ONaClH2ONaClH2O

0,000,030,590,030,480,030,47

2,500,370,110,250,480,110,59

5,000,530,070,410,310,410,48

7,500,550,040,450,180,460,34

10,000,590,030,480,100,470,23

Dengan PengadukanWaktuDHL

Tangki-1Tangki-2Tangki-3

NaClH2ONaClH2ONaClH2O

0,000,020,650,020,520,020,34

2,500,390,240,150,420,050,45

5,000,580,120,350,280,260,39

7,500,620,090,490,210,320,33

10,000,650,060,520,150,340,27

IV. PENGOLAHAN DATA4.1 PerhitunganKurva Kalibrasi

Perhitungan konsentrasi NaCl masing-masing tangki setiap waktuPersamaan garis dari kurva konsentrasi NaCl terhadap DHL yaitu : y = 0,5978x + 0,0123dengan y = DHL dan x = konsentrasi, makaTanpa PengadukanWaktuKonsentrasi

Tangki-1Tangki-2Tangki-3

NaClH2ONaClH2ONaClH2O

0,000,0300,9660,0300,7820,0300,766

2,500,5980,1630,3980,7820,1630,966

5,000,8660,0970,6650,4980,6650,782

7,500,8990,0460,7320,2810,7490,548

10,000,9660,0300,7820,1470,7660,364

Dengan PengadukanWaktuKonsentrasi

Tangki-1Tangki-2Tangki-3

NaClH2ONaClH2ONaClH2O

0,000,0131,0670,0130,8490,0130,548

2,500,6320,3810,2300,6820,0630,732

5,000,9500,1800,5650,4480,4140,632

7,501,0170,1300,7990,3310,5150,531

10,001,0670,0800,8490,2300,5480,431

Kurva DHL vs Konsentrasia. Harga L untuk setiap DataPersamaan (1) L = Data untuk Kurva Kalibrasi Konsentrasi NaCl (%)DHLKL()

1,000,610,3183

0,500,300,3180

0,200,160,3240

0,100,080,3240

0,050,030,3180

0,000,000,30

Tanpa PengadukanWaktuL

Tangki-1Tangki-2Tangki-3

NaClH2ONaClH2ONaClH2O

0,00303,97183,16303,97184,06303,97184,16

2,50185,51201,92188,62184,06201,92183,16

5,00183,60217,57184,89186,75184,89184,06

7,50183,44258,97184,38192,49184,27186,07

10,00183,16303,97184,06204,49184,16189,47

b. Kurva hubungan antara L terhadap konsentrasi NaClData Kurva Standar

Kurva hubungan antara Konsentrasi NaCl terhadap DHL

Dinamika Reaktor Tangkia. Kurva hubungan antara konsentrasi terhadap waktu

b. Volume Tangki SesungguhnyaTinggi tangki = 13 cmDiameter tangki = 10 cmVolume tangki sesungguhnya = r2t= 3,14 x 52 x 13= 1020,5 cm3c. Konsentrasi NaCl fungsi WaktuUmpan Step )Umpan Pulse

Dimana : = = = = 4,12 menit

WaktuTanpa PengadukanDengan Pengadukan

Umpan StepUmpan PulseUmpan StepUmpan Pulse

CiCkCiCi

0,000,00000,02740,00000,0119

2,500,01360,01490,00590,0065

5,000,02110,00810,00910,0035

7,500,02510,00440,01090,0019

10,000,02740,00240,01190,0011

d. Menentukan nilai t

t = 5,6 menit

t = 6,9 menit

t = 7,50 menit

t = 5,5 menit

t = 5,7 menit

t = 5,9 menite. Volume tangki efektifQo (cm3/menit)Tanpa PengadukanDengan Pengadukan

t'Volumet' Volume

Tangki 12004,18203,9780

Tangki 22003,77405,11020

Tangki 32006,212403,8760

4.2 Hasil Percobaana. Kurva Hubungan antara Konsentrasi terhadap waktu

WaktuTanpa PengadukanDengan Pengadukan

PercobaanPerhitunganPercobaanPerhitunganPercobaanPerhitunganPercobaanPerhitungan

Umpan StepUmpan PulseUmpan StepUmpan Pulse

00,03000,9660,02740,01301,0670,0119

2,50,5980,01360,1630,01490,6320,00590,3810,0065

50,8660,02110,0970,00810,950,00910,180,0035

7,50,8990,02510,0460,00441,0170,01090,130,0019

100,9660,02740,0300,00241,0670,01190,080,0011

b. Tabel Hubungan Konsentrasi terhadap Waktu Tangki 1

c. Kurva Hubungan Konsentrasi Terhadap Waktu Tangki 1 Tanpa Pengadukan

d. Kurva Hubungan Konsentrasi Terhadap Waktu Tangki 1 Dengan Pengadukan

e. Tabel Volume Sesungguhnya dan Volume Tangki Efektif % efektifitas = Volume SesungguhnyaTanpa PengadukanDengan Pengadukan

Volume Efektif% EfektifitasVolume Efektif% Efektifitas

Tangki 1102011208,9311007,14

Tangki 21020138026,0911408,70

Tangki 31020150032,00118010,67

V. PEMBAHASANPada praktikum ini, dilakukan analisis konsentrasi NaCl yang terukur dalam Tangki CSTR yang disusun seri. Pengukuran konsentrasi dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan mengkur nilai Daya Hantar Listrik larutannya yang kemudian di konversikan kedalam bentuk konsentrasi. Untuk dapat mengonversikan nilai DHL terhadap konsentrasi, dibuat terlebih dahulu kurva kalibrasi antara konsentrasi terhadap DHL yang terukur.Tangki dikenankan dua kondisi selama pengukuran yaitu tanpa memakai pengadukan dan dengan melakukan pengadukan. DHL yang dihitung pada tangki yaitu pada saat umpan step dimasukan (aliran masuk NaCl 1%) dan kemudian pada saat umpan pulse dimasukkan (aliran air). Sebelum aliran step dimasukkan, ke-3 tangki di isi penuh dengan air keran samapai mencapai kondisi yang steady-state dimana laju alir yang masuk sama dengan laju alir yang keluar. Hal tersebut dilakukan agar air dalam tangki tidak meluber keluar dari tangki.Berdasarkan hasil percobaan nilai DHL setiap data berbanding lurus dengan waktu yang ini berarti bahwa konsentrasi berbanding linier terhadap lama waktu masuknya aliran. Pengukuran nilai DHL untuk kondisi tanpa pengadukan dan dengan pengadukan, nilai yang terukur berbeda. Hal tersebut dapat terjadi karena pada kondisi tanpa pengadukan konsentrasi NaCl dalam larutan tidak merata, sehingga nilai DHL yang terukur adalah nilai dari titik yang terukur saja dan kemungkinan nilai nya berbeda untuk setiap titik dalam tangki yang sama.Untuk umpan step (penambahan NaCl), nilai DHL yang terukur pada tangki-1 lebih besar dibandingkan nilai DHL tangki-2 dan tangki-3. Hal tersebut dapat dijelaskan dengan analogi bahwa tangki-1 secara langsung berkontak dengan aliran umpan NaCl sementara tangki-2 dan tangki-3 konsentrasi umpan yang masuk merupakan konsentrasi akumulasi NaCl dalam tangki-1.Perhitungan L (Daya Hantar Eqivalen). Daya hantar ekivalen (L) merupakan daya hantar suatu larutan yang mengandung 1 gram ekivalen suatu zat elektrolit yang terlarut antara dua buah elektroda yang ukurannya tertentu dan berjarak 1 cm. Pada kurva L terhadap konsentrasi NaCl terlihat bahwa penambahan NaCl pada umpan Step menunjukan penurunan nilai Daya Hantar Eqivalen pada larutan. Penurunan yang tajam terjadi pada titik t = 0 ke titik t = 2,5 menit. Hal tersebut menunjukkan bahwa nilai daya hantar eqivalen (L) akan semakin menurun seiring dengan bertambahnya konsentrasi dari larutan NaCl dan pada umpan step kenaikan konsentrasi NaCl dalam larutan berlangsung signifikan (kenaikan konsentrasi berlangsung cepat). Penurunan pun terjadi untuk umpan pulse, namun penurunannya lebih landai dibandingkan dengan umpan step, hal ini terjadi karena pada umpan pulse terjadi pengenceran sehingga konsentrasi akan semakin menurun seiring dengan berjalannya waktu, sehingga penurunannya lebih landai dibandingkan umpan step.

Perbedaan respon dari ketiga tangki dapat dilihat dari bentuk kurva konsentrasi NaCl(%) vs Daya hantar eqivalen (L). Dari kurva diatas dapat dilihat bahwa penurunan L pada ketiga tangki berbeda-beda pada konsentrasi yang berbeda pula. Penurunan L yang paling tajam pada tangki-1 terjadi pada konsentrasi yang lebih tinggi dan Harga L lebih rendah dibanding dengan tangki lainnya. Hal tersebut dikarenakan L berbanding terbalik dengan konsentrasi, semakin besar konsentrasi maka semakin kecil harga L nya. Daya hantar ekivalen suatu larutan elektrolit akan naik karena pengenceran dan akhirnya akan mencapai suatu batas tertentu. Hal ini disebabkan oleh derajat ionisasi suatu larutan elektrolit akan naik karena pengenceran sehingga akhirnya akan mencapai harga tertentu pada saat terjadinya ionisasi sempurna. Pada kurva yang diperoleh dari persamaan (8) dan (12) terlihat bahwa konsentrasi NaCl pada tangki tanpa pengadukan lebih tinggi dibandingkan konsentrasi NaCl pada tangki dengan pengadukan. Hal ini terjadi karena pada tangki yang tidak dissertai dengan pengadukan, NaCl yang di masukan tidak tercampur dengan rata sehingga data yang diambil tidak tentu, misalnya jika kita mengukur di tempat dimana NaCl itu masuk maka konsentrasi tinggi, tetapi jika kita mengukur di tempat yang jauh dari NaCl masuk maka konsentrasi kecil. Pada tangki yang disertai pengadukan, NaCl yang dimasukan akan tercampur rata sehingga mengukur konsentasi di dekat input atau jauh dari input data akan sama.Efektifitas tangki dapat diukur dari perbandingan volume tangki sesungguhnya dibandingkan dengan volume yang diperoleh dari perhitungan. Berdasarkan hasil percobaan efektifitas tangki yang diperoleh pada tangki tanpa pengadukan lebih tinggi dibandingkan dengan tangki dengan pengadukan. Hal ini terjadi karena pada kondisi tanpa pengadukan reaksi terjadi lebih lambat sehingga volume tangki yang terpakai lebih besar dibandingkan dengan kondisi yang disertai pengadukan.

VI. KESIMPULAN1. Semakin besar nilai DHL hal itu menandakan semakin besar konsentrasinya2. Kurva kalibrasi digunakan untuk menghitung konsentrasi larutan NaCl pada setiap tangki CSTR.3. Pada fungsi step konsentrasi akan semakin meningkat seiring dengan bertambahnya waktu.4. Pada fungsi pulse konsentrasi akan menurun seiring bertambahnya waktu5. Efektifitas tangkiVolume SesungguhnyaTanpa PengadukanDengan Pengadukan

Volume Efektif% EfektifitasVolume Efektif% Efektifitas

Tangki 1102011208,9311007,14

Tangki 21020138026,0911408,70

Tangki 31020150032,00118010,67

PUSTAKADjauhari, Agus. 2013. Jobsheet Pengendalian Proses-Dinamika Tangki. Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Bandung : Bandung.Arzadz. 2011. Macam-macam Reaktor Heterogen:http://Arzadz.Blogspot.Com/2011/04/ Macam-Macam-Reaktor-Heterogen.Html#!/2011/04/Macam-Macam-Reaktor-Heterogen.Html