Menentukan koefisien perpindahan massa operasi adsorpsi padat-cair pada tangki berpengaduk ganda

MENENTUKAN KOEFISIEN PERPINDAHAN MASSA OPERASI ADSORPSI PADAT-CAIR PADA TANGKI BERPENGADUK GANDA. Operasi adsorpsi banyak dijumpai di industri kimia, baik untuk pengangan produk utama, hasil samping, maupun limbah industri. Kecepatan perpindahan massa pada operasi adsorpsi dipengaruhi oleh koefisien perpindahan massa dan dimensi alat yang digunakan. Oleh karena itu besarnya koefisien perpindahan massa perlu dicari untuk dapat memperkirakan besarnya kecepatan perpindahan massa pada operasi adsorpsi. Penelitian ini bertujuan untuk mencari besarnya koefisien perpindahan massa dan hubungannya dengan variabel-variabel lain sebagai dasar bagi perancangan alat untuk operasi adsorpsi padat-cair dengan tangki berpengaduk.

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Resin Amberlite-120 yang telah diaktifkan dengan larutan H₂SO₄. Resin digunakan untuk menjerap NaOH dari larutan NaOH yang konsentrasinya 0,5 g/L. alat yang digunakan adalah tangki berpengaduk yang dilengkapi dengan baffle. Jenis pengaduk yang digunakan adalah 2-flat blade paddle dan 2-retreated blade paddle. Koefisien perpindahan massa dicari dengan membuat pemodelan matematis dari distribusi NaOH di dalam padatan dan dalam larutan.

Hasil analisis data dengan model matematis yang disusun menunjukkan koefisisen perpindahan massa berkisar antara 2,0819.10^-4 cm/menit dan 8,2805.10^-4 cm/menit untuk pengaduk jenis 2-flat blade paddle serta antara 2,2387.10^-4 cm/menit dan 4,4176.10^-4 cm/menit untuk pengaduk jenis 2-retreated blade paddle, dengan difusifitas efektif rata-rata sebesar 2,8046.10^-4 cm²/menit.

Kata Kunci: perpindahan massa, adsorpsi padat-cair, tangki berpengaduk

 PENDAHULUAN

Adsorpsi padat-cair, operasi yang berkaitan dengan fenomena perpindahan massa antara cairan dan permukaan padatan, banyak dijumpai di industri kimia. Adsorpsi dapat dijumpai pada pada proses pembuatan produk utama, penanganan hasil samping, maupun penanganan limbah.

Koefisien perpindahan massa merupakan
salah satu besaran yang berperan dalam menentukan kecepatan perpindahan massa pada proses adsorpsi. Besarnya koefisien perpindahan massa dan dimensi alat yang digunakan saling berpengaruh dalam menentukan kecepatan perpindahan massa sehingga untuk perancangan dimensi alat perlu data koefisien perpindahan massa. Oleh karena itu koefisisen perpindahan massa perlu dicari untuk dapat merancang alat adsorpsi padat-cair.

ADSORPSI PADAT-CAIR

Adsorpsi adalah proses penjerapan solut dari fluida ke permukaan padatan. Operasi adsorpsi melibatkan kemampuan padatan untuk menjerap partikel tertentu dari larutan ke permukaannya. Adsorpsi suatu material terjadi saat energi asosisasi dari suatu permukaan padatan menyerang molekul-molekul atau spesies ion dari larutan ke permukaan aktif padatan. Pada keadaan ini diperoleh pemisahan antara komponen-komponen dalam larutan. Terdapat dua tipe adsorpsi, yaitu:

1. Physical adsorption atau Van der Waals adsorption

Adsorpsi yang terjadi karena gaya tarik antar molekul dari partikel padatan dan bahan yang diadsorpsi. Sifat adsorsi jenis ini adalah reversibel.

2. Chemisorption atau adsorpsi teraktifkan

Adsorpsi yang terjadi akibat interaksi kimia antara padatan dan bahan teradsorpsi . kekuatan dari ikatan kimia ini berbeda-beda. Daya lekat bahan lebih besar daripada daya lekat bahan pada physical adsorption. Kebanyakan sifat adsorpsi jenis ini adalah ireversibel (Treybal, 1981).

PENDEKATAN MATEMATIS UNTUK ADSORPSI PADAT-CAIR

DALAM TANGKI BERPENGADUK

Percobaan ini dilakukan dengan cara mengontakkan resin dengan larutan NaOH dalam tangki berpengaduk yang dilengkapi baffle. Asumsi-asumsi yang digunakan dalam menyusun model matematis bagi peristiwa adsopsi padat-cair dalam tangki berpengaduk adalah:

1. Volum larutan dan luas permukaan padatan aktif tetap

2. Sistem isotermal

3. Pengadukan sempurna sehingga distribusi padatan dalam tangki merata dan konsentrasi larutan hanya merupakan fungsi waktu

4. Resin berbentuk bola dengan diameter yang seragam

METODE PENELITIAN

Langkah-langkah percobaan adalah sebagai berikut:

1. Resin Amberlite-120 diaktifkan dengan larutan H₂SO₄ sebelum digunakan untuk menjerap NaOH.

2. NaOH dengan konsentrasi 0,5 g/L sebanyak 2 L dimasukkan ke dalam tangki berbaffle dan alat disusun seperti pada Gambar 1.

3. Pada saat t = 0 butiran resin dimasukkan ke dalam tangki, pengaduk mulai dijalankan dan waktu mulai dihitung.

4. Setiap selang waktu tertentu konsentrasi larutan diamati dengan melihat konduktivitas larutan.

5. Proses dihentikan saat konsentrasi larutan tidak berubah untuk selang waktu tertentu, di mana telah terjadi keseimbangan konsentrasi NaOH dalam larutan dan dalam padatan.

6. Percobaan dilakukan dengan cara yang sama untuk variasi kecepatan pengadukan, perbandingan jumlah padatan dan larutan, serta bentuk pengaduk.

Keterangan:

1. Motor pengaduk

2. Statif

3. Batang pengaduk

4. Konduktometer

5. Larutan dan butiran padatan

6. Tangki berbaffle

KESIMPULAN

Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan:

1. Model matematis yang disusun dapat digunakan untuk mengevaluasi peristiwa adsorpsi NaOH oleh Resin Amberlite-120 dalam tangki berpengaduk yang dilengakapi baffle dengan pengaduk berbentuk 2-flat blade paddle dan 2-retreated blade paddle.

2. Jumlah resin dalam larutan dan kecepatan pengadukan mempengaruhi adsorpsi NaOH oleh resin.

3. Besarnya nilai koefisien perpindahan massa

Untuk pengaduk 2-flat blade paddle:

antara 2,0819.10^-4 cm/menit dan 8,2805.10^-4 cm/menit

Untuk pengaduk 2-retreated blade paddle:

antara 2,2387.10^-4 cm/menit dan 4,4176.10^-4 cm/menit

4. Difusifitas efektif rata-rata sebesar 2,8046.10^-4 cm²/menit