“TITIK NYALA, TITIK API dan API GRAVITY”

“TITIK NYALA, TITIK API dan ^oAPI GRAVITY”

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa mampu :

1.      Menjelaskan pengertian dan peranan titik nyala, titik api solar dan kerosin

2.      Menentukan titik nyala, titik api yang dimiliki solar dan kerosin

II. BAHAN DAN ALAT YANG DIGUNAKAN

-    Bahan yang digunakan :

1.      Solar                                       Secukupnya

2.      Kerosin                                   Secukupnya

-    Alat yang digunakan :

1.      Termometer                             1 buah

2.      Glass Nozzle                           1 buah

3.      Ruber Tubing                          1 buah

4.      Hot Plate                                 1 buah

5.      Cover plate for flame point     1 buah

6.      Klem, bisshed, joint clip         1 buah

III. TEORI

            Metoda yang digunakan untuk pemeriksaan terhadap minyak dan produknya adalah :

1.      ASTM       ( American Society for Testing Material )

2.      API           ( American Petroleum Institute )

3.      IP              ( Institute du Petrol )

4.      ISI             ( Indian Specification Institute )

            Macam-macam pemeriksaan rutin yang dilakukan dilaboratorium dimaksudkan untuk melakukan pengawasan dan pengendalian pada proses dan operasi pengilangan terutama menyangkut kualitas produk yang dihasilkan. Pemeriksaan rutin tersebut antara lain meliputi :

- Titik Nyala dan Titik Api

            Titik nyala atau flash point adalah suhu dimana uap berada di atas minyak dapat menyala sementara atau meledak seketika kalau ada api, sedangkan titik api atau fire point adalah suhu di mana uap yang berada di atas minyak akan cepat terbakar seluruhnya secara terus menerus.

            Titik nyala dan titik api menunjukkan indikasi jarak titik didih, dimana pada suhu tersebut minyak akan aman untuk dibawa tanpa adanya bahaya terhadap api       ( tidak terjadi kebakaran ). Peralatan umum yang digunakan untuk pemeriksaan titik nyala dan titik api adalah open cup ( ASTM-D56 ) dan ( ASTM-D93 ) untuk pemeriksaan minyak berat, sedangkan peralatan Tag-Tester ( ASTM-D56 ) dipakai untuk pemeriksaan minyak-minyak ringan.

            Minyak-minyak berat akan diperiksa dipanaskan pada keacepatan 10⁰ F per menit, sedangkan untuk minyak ringan pada kecepatan 1,8⁰F/menit. Pada tiap pemeriksaan nyala api dimasukkan ke dalam uap selama selang waktu 30 detik, lalu suhu dicatat.

-           KEROSEN ( Minyak tanah )

            Kerosen atau minyak tanah adalah cairan hidrokarbon yang tak berwarna dan mudah terbakar. Dia diperoleh dengan cara distilasi fraksional dari petroleum pada 150⁰ C dan 275⁰ C ( rantai karbon dari C₁₂ sampai C₁₅ ). Pada suatu waktu dia banyak digunakan sebagai bahan bakar mesin jet ( lebih teknikal avtur , jet-A, jet-B, JP-4 atau JP-8 ). Sebuah bentuk dari minyak tanah dikenal sebagai RP-1 dibakar dengan oksigen cair sebagai bahan bakar roket. Nama kerosene diturunka dari bahasaYunani Keros ( malam ).

            Biasanya minyak tanah didistilasi langsung dari minyak mentah membutuhkan peralatan khusus, dalam sebuah unti merox atau hidrotreater, untuk mengurangi kadar belerang dan pengaratannya. Minyak tanah dapat juga diproduksi oleh hydrocracker yang digunakan untuk memperbaiki kualitas bagian dari minyak mentah yang akan bagus untuk bahan bakar minyak.

Sifat-sifat kerosene yaitu :

a.       Warna

-          Water spirit (tidak berwarna)

-          Prime spirit

-          Standar spirit

b.   Sifat Bakar

-          Jika mengandung banyak aromatic, maka apinya tidak dapat dibesarkan karena apinya mulai bersarang.

-          Alkana memiliki nyala api yang baik

-          Sifat bakar naftalen terletak antara aromatik dan alkana

c.   Viskositas

            Aliran kerosene tergantng pada viskositas, jika minyak cair kental dan lampu mempunyai titik didih yang besar, maka akan tetap rendah dan sumbu menjadi arang (hangus) karena kekurangan minyak.

d.   Kadar Belerang

      Kerugian yang disebabkan bila kadar belerang tinggi, yaitu sebagai berikut :

-          Memberikan bau yang tidak enak dari gas-gas yang dihasilkan

-          Mengakibatkan korosi-korosi dari bagian-bagian logam seperti rusaknya silinder-silinder disebabkan oleh asam yang mengembun pada dinding silinder.

- DIESEL ( Solar )

            Diesel adalah salah satu jenis bahan bakar minyak. Di Indonesia, Diesel lebih di kenal dengan nama solar. Solar adalah salah satu produk dari minyak bumi yang mempunyai titik didih antara 250^oC – 370^oC. Diesel khusus digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, sebuah mesin yang diciptakan oleh Rudolf Diesel dan disempurnakan oleh Charles F.Kettering.

            Diesel digunakan dalam mesin diesel ( mobil, kapal, sepeda motor, dll )sejenis mesin pembakaran dalam. Rudolf Diesel awalnya mendesain mesin diesel untuk menggunakan batu bara sebagai bahan bakar, namun ternyata minyak  lebih efektif.

Dasar Teori Tambahan

Minyak tanah pertama kali diproduksi untuk penggunaan pada lampu oleh Kekhalifahan Abbasiyah di 850 AD dan telah digunakan sejak itu. Solar tidak didokumentasikan secara ilmiah atau banyak digunakan sampai penemuan mesin diesel pada tahun 1892 oleh Rudolf Christian Karl Diesel.

Meskipun minyak tanah dan minyak solar keduanya dibuat selama proses penyulingan minyak mentah, ada banyak perbedaan yang membedakan dua jenis bahan bakar tersebut. Perbedaan-perbedaan ini secara langsung mengarah pada cara-cara di mana dua bahan bakar yang digunakan.

Solar memiliki struktur molekul yang kaku yang terdiri dari 16 atom karbon dan 34 atom hidrogen. Sedangkan minyak tanah, di sisi lain, tidak memiliki struktur molekul yang disetel dan agak kompleks dari rantai hidrokarbon yang terdiri dari antara 12 dan 15 atom karbon.

Proses penyulingan minyak dilakukan dengan memanaskan dan penyulingan minyak mentah. Selama proses ini, pertama minyak tanah diproduksi pada suhu antara 150 derajat C dan 275 derajat C, sedangkan bahan bakar diesel dibuat kemudian atau diproses pada suhu antara 200 derajat C dan 350 derajat C.

Meskipun minyak tanah dan minyak solar keduanya dibuat selama proses penyulingan minyak mentah, ada banyak perbedaan yang membedakan dua jenis bahan bakar tersebut. Perbedaan-perbedaan ini secara langsung mengarah pada cara-cara di mana dua bahan bakar yang digunakan.

·         Kerosin (Minyak Tanah)
Rentang rantai karbon : C12 sampai C20
Trayek didih : 85 sampai 105°C
Peruntukan : Bahan bakar motor, bahan bakar penerbangan bermesin jet, bahan bakar rumah tangga, bahan bakar industri, umpan proses petrokimia

·         Solar
Rentang rantai karbon : C21 sampai C30
Trayek didih : 105 sampai 135°C
Peruntukan : Bahan bakar motor, bahan bakar industri

Titik nyala (flash point) : adalah suhu terendah dimana bahan bakar apabila dipanaskan telah memberikan campuran uapnya yang cukup perbandingannya dengan udara,  sehingga akan menyala sekejap jika diberi api test.

Kegunaan

• Untuk mengetahui kemudahan menguap / terbakar dari suatu bahan bakar.
• Merupakan indikasi adanya kontaminasi dengan produk / bahan lain.
• Merupakan sifat penting untuk keselamatan pada saat penyimpanan dan penanganan (storage & handling) bahan bakar.

Titik Bakar (Combustion temperature)

                Titik bakar adalah temperatur di mana bahan yang dinyalakan akan terbakar terus menerus apabila di beri sumber panas (biasanya kira-kira 30 - 40°C lebih tinggi dari titik nyala)

Titik Sulut (Auto Ignition temperature)

•          Apabila campuran bahan bakar dimasukkan kedalam ruang bakar dan secara bertahap dipanasi, maka akan terbakar dengan sendirinya pada suhu tertentu, suhu ini disebut “self ignition temperature “ atau titik sulut

•          Titik sulut adalah suhu terendah di mana bahan dapat terbakar dengan sendirinya. Biasanya "temperatur operasi" lebih rendah dari titik sulut suatu bahan yang mudah terbakar

Contoh :gas alam sekitar 595 ºC.

IV. LANGKAH KERJA

-        Menyusun alat

-        Mengisi beaker dengan solar yang telah dingin

-        Memanaskan dengan laju pemanasan 3-4⁰ C per menit

-        Jika nyala warna biru kelihatan bearti ini menunjukkan titik nyala dan jika nyala terus membakar, ini menunjukkan bahwa titik bakar/api.

V. DATA PENGAMATAN

Sampel	Titik nyala sampel secara teori (oC)	Titik api sampel secara teori (oC)	Titik nyala sampel secara praktek (oC)	Titik api sampel secara praktek (oC)
Kerosene	>38-72 oC	>39-65 oC	41,2 oC	41,5 oC
Solar	>40-100 oC	>51-60 oC	78,1 oC	78,1 oC

 

TUGAS

1.      Jelaskan perbedaan titik nyala dengan titik api?

2.      Tuliskan 6 sifat fisik bahan bakar ?

3.      Mengapa sapel harus didinginkan terlebih dahulu sebelum diuji?

Jawaban :

1.      Titik nyala, adalah dimana timbul sejumlah uap yang apabila bercampur dengan udara membentuk suatu campuran yang mudah menyala. Titik nyala dapat diukur dengan jalan melewatkan nyala api pada bahan bakar yang dipanaskan secara teratur.

Titik Api, adalah suhu dimana ia akan terus menyala selama minimal 5 detik setelah kunci kontak dengan api terbuka. Fire point juga digunakan untuk mengukur karakteristik dari sampel untuk mendukung proses pembakaran.

2.      Sifat fisik bahan bakar :

-          Densitas          : Sebagai alat perbandingan massa bahan bakar terhadap                    volume bahan bakar pada suhu acuan 15^oC

-          Spesific Gravity    : Sebagai perbandingan berat dari sejumlah volume minyak bakar terhadap berat air untuk volume yang sama pada suhu tertentu.

-          Viskositas        : Merupakan ukuran resistansi bahan terhadap aliran, viskositas tergantung pada suhu dan berkurang dengan naiknya suhu.

-          Titik nyala       : Suhu terendah dimana bahan bakar dapat dipanaskan sehingga uap mengeluarkan nyala sebentar bila dilewatkan suatu nyala api.

-          Panas Jenis      : Adalah sejumlah kilokalori yang diperlukan untuk menaikkan suhu 1 kg minyak sebesar 1^oC. Panas jenis menentukan berapa banyak steam atau energy listrik yang digunakan untuk memanaskan minyak ke suhu yang dikehendaki.

-          Nilai Kalor      : Merupakan ukuran panas atau energy yang dihasilkan dan diukur sebagai nilai kalor kotor.

3.      Sampel harus didinginkan terlebih dahulu sebelum diuji karena, pada suhu tinggi senyawa yang diukur titik nyala dan titik apinya dapat menguap sehingga dapat mempengaruhi berat jenisnya, demikian pula halnya pada suhu yang sangat rendah dapat menyebabkan senyawa membeku sehingga sulit untuk menghitung titik nyala dan titik api. Oleh karena itu, digunakan suhu dimana biasanya senyawa stabil yaitu pada suhu 25^oC (suhu kamar)

VI. ANALISA PENGAMATAN

            Pada praktikum kali ini yaitu tentang “titik nyala, dan titik api” yag mempunyai tujuan untuk mengetahui titik nyala dan titik api dari kerosene dan soalr. Dimana, pada kerosene nyalanya bergantung pada susunan kimia dari minyak tanah, jika mengandung banyak aromatic maka apinya tidak dapat dibesarkan karena apinya mulai berarang.

            Pada proses percobaan, sampel mulai mendekati titik nyala ketika terlihat seperti berasap, hal ini disebabkan karena tekanan uap yang meningkat sejalan dengan meningkatnya suhu. Sehingga didapat titik nyala kerosene sebesar 41,2^oC dan titik apinya sebesar 41,5 ^oC. Sebelum melakukan uji pada sampel solar, maka pemanas didinginkan terlebih dahulu karena dapat menyebabkan peningkatan suhu yang cepat dan dapat membahayakan saat pengujian dan karena solar juga dapat terbakar spontan pada temperature tertentu. Titik nyala solar digunakan untuk kualitas minyak solar itu sendiri yang dinyatakan dalam bilangan setana (tolak ukur kemudian menyala suatu bahan bakar di dalam mesin diesel) dan menghasilkan titik nyala sebesar 78,1 ^oC dan titik api juga 78,1^oC.

            Dari data dapat terlihat bahwa titik nyala dan titik api kerosene lebih rendah dari solar. Hal ini disebabkan karena solar merupakan senyawa dengan jumlah atom C lebih banyak dan memiliki rantai yang panjang, sehingga titik nyalanya lebih besar dari kerosene.

VII. KESIMPULAN

Setelah melakukan analisa dapat disimpulkan  bahwa :

-        Titik nyala dan titik api digunakan untuk mengetahui titik aman suhu untuk penyimpanan dan pada temperature berapa bahan bakar itu dapat terbakar

-        Titik  nyala dan titik api kerosene yaitu 41,2 ^oC dan 41,5 ⁰C

-        Titik nyala dan titik api solar yaitu 78,1 ⁰C  

PERILAKU DINAMIK TANGKI BERPENGADUK PERCOBAAN 1 : EFEK PERUBAHAN INPUT SECARA BERTAHAP (DS 1)

1.      TUJUAN

Setelah melakukan praktikum mahasiswa dapat diharapkan :

1.      Mengetahui perilaku dinamis dari tangki berpengaduk yang disusun secara seri

2.      Menentukan respon konsentrasi tangki bersusun seri terhadap perubahan konsentrasi di tangki pertama.

3.      Menggambarkan kurva respon konsentrasi tangki bersusun dan menentukan konstantawaktu (Time Constant).

2.      DASAR TEORI

Tiga buah tangki yang bersusun seri dapat diketahui waktu konstantanyua dimana suatu proses menjadi konstanta setelah input diubah setelah periode waktu tertentu.

               

Namun, apabila input mengalami perubahan secara berulang maka sulit untuk membentuk waktu konstanta dan karenanya proses akan sulit menjadi stabil dan dapat mengakibatkan proses menjadi tak terkendali. Praktikum DS3 menstibulasikan suatu keadaan dimana proses di ketiga tangki mencapai kestabilan, namun kemudian terjadi perubahan input pada salah satu tangki sehingga kestabilan tangki terganggu.

Tangki berpengaduk adalah alat simulasi pengendalian yang bertujuan menjelaskan simulasi prilaku dari suatu sistem pengendali untuk tangki-tangki berpengaduk yang disusun secara seri.

Salah satu hal yang penting dari pada tangki yang berpengaduk didalam penggunaanya adalah :

1.      Mempunyai bentuk yang pada umumnya digunakan yang berbentuk selinder dan bagian bawahnya cekung.

2.      Dapat dilihat dari ukurannya yaitu diameter dan tinggi tangki.

3.      Kelengkapan dari suatu bejana yaitu :

-          Ada atau tidaknya buffle, yang berpengaruh pada pola aliran di dalam tangki.

-          Jaket atau coil pendingin/pemanas yang berfungsi sebagai pengendali suhu.

-          Letak lubang pemasukan dan pengeluaran untuk proses kontinyu.

-          Tutup tangki.

4.      Pengaduk, biasanya zat cair diaduk dalam suatu bejana yang biasa berbentuk selinder dengan sumbu terpasang vertical. Bagian atas bejana ini mungkin terbuka saja keudara atau dapat pula tertutup.

Pada ujung tangki membulat maksudnya agar atau tidak terlalu banyak sudut-sudut tajam atau daerah yang sulilt ditembus arus zat cair. Kedalam zat cair biasanya hampir sama dengan diameter tangki, dan di dalam tangki dipasang impeller pada ujung poros yang menggantung artinya poros itu ditumpu dari atas. Poros tersebut digerakkan oleh motor, yang kadang-kadang dihubungkan langsung dengan poros itu.

Pengadukan zat cair dilakukan untuk berbagai maksud tergantung dari tujuan langkah pengolahan itu sendiri. Tujuan dari pengadukan antara lain :

1)      Untuk mencampur dua macam zat cair yang mampu campur.

2)      Melarutkan padatan seperti garam dan air.

3)      Untuk mendispersikan gas dalam zat cair yang menjadi gelembung-gelembung halus dalam suspensi agar suatu mikroorganisme untuk fermentasi atau untuk proses kerja Lumpur dalam proses pengolahan limbah.

4)      Untuk suspensasi padatan halus dalam zat cair seperti dalam hidrogenesasi katalik, dimana gas-gas hydrogen didispersikan melalui zat cair dimana terdapat partikel-pertikel katalis padat dalam keadaan suspensi di dalam bejana hidrogenasi.

5)      Pengadukan fluida mempercepat proses perpindahan panas antara zat cair dengan kumparan atau mantel kalor dalam dinding bejana, dimana kalor reaksi diangkut melaui kumparan atau mantel.

Tangki ini termasuk sistem tangki kontinyu untuk reaksi–reaksi sederhana. Berbeda dengan sistem operasi batch di mana selama reaksi berlangsung tidak ada aliran yang masuk atau meningggalkan sistem secara berkesinambungan, maka di dalam tangki alir (kontinyu), baik umpam maupun produk akan mengalir secara terus menerus. Sistem seperti ini memungkinkan kita untuk bekerja pada suatu keadaan dimana operasi berjalan secara keseluruhan daripadab sistem berada dalam kondisi stasioner. Ini berarti bahwa baik aliran yang masuk , aliran keluar maupun kondisi operasi reaksi di dalam tangki tidak lagi berubah oleh waktu. Pengertian waktu reaksi tidak lagi sama dengan lamanya operasi berlangsung, tetapi akivalen dengan lamanya reaktan berada di dalam tangki. Penyataan terakhir ini biasa disebut waktu tinggal campuran di dalam tangki, yang besarnya ditentukan oleh laju alir campuran yang lewat serta volume tangki di mana reaksi berlangsung.

      Tangki tipe ini bisa  terdiri dari satu tangki atau lebih. Biasanya tangki–tangki ini dipasang vertikal dengan pengadukan sempurna. Pengadukan pada masing-masing tangki dilakukan secara kontinu sehingga diperoleh suatu keadaan di mana komposisi campuran di dalam tangki benar-benar seragam. Tangki tangki ini biasanya digunakan untuk reaksi-reaksi dalam fase cair, untuk reaksi heterogen cair – padat atau reaksi homogen cair- cair dan sebagainya.

Tiga buah tangki berpengaduk yang disusun secara seri mempunyi respon berbentuk kurva eksponensial untuk tanki pertama : tempat terjadi perubahan input , dan kurva sigmoidal (bentuk huruf S) untuk dua tangki berikutnya. Perbedaan bentuk kurva diakibatkan oleh transfer lag ; kelembapan akibat perpindahan , yang pada akhirnya akan mencapai konstan pada titik yang sama.

A adalah konsentrasi dalam tangki pertama setelah terjadinya oerubahan input konsenrasi yang diukur menggunakan alat konduktor, sedangkan E adalah konsentrasi awal (konduktivitas awal) dan t adalah waktu konstan aau time constant, yang besarnya 2/3 dari total perubahan mencapai konstan (63,2%) .

                        A = E (1 - ) dapat disederhanakan menjadi dA/dT = (E/T)

                        A = 0,6321 E

Dikarenakan kelambatan ini, maka suatu perubhan terhadap input akan kembali stabil etelah waktu konstan, dengan menghitung waktu konstan maka dapat diperkirakan waktu yang dibutuhjjan oleh suatu perubahan untuk mencapastabil suatu keadaan konstan atau stabil sehingga pengaturan dapat sebelum perubahan tersebut disarankan oleh suatu proses atau system.

A.       Reaktor

Reaktor adalah suatu alat proses tempat di mana terjadinya suatu reaksi berlangsung, baik itu reaksi kimia atau nuklir dan bukan secara fisika.  Reaktor kimia adalah segala tempat terjadinya reaksi kimia, baik dalam ukuran kecil seperti tabung reaksi sampai ukuran yang besar seperti reaktor skala industri. Reaktor CSTR beroperasi pada kondisi steady state dan mudah dalam kontrol temperatur, tetapi waktu tinggal reaktan dalam reaktor ditentukan oleh laju alir dari feed masuk dan keluar, maka waktu tinggal sangat terbatas sehingga sulit mencapai konversi reaktan per volume reaktor yang tinggi, karena dibutuhkan reaktor dengan volume yang sangat besar (Smith, 198: 325).

Ada dua model teoritis paling populer yang digunakan dalam pereaksian kimia yang beroperasi dalam keadaan tunak (steady-state), yaitu CSTR (Continuos Stirred Tank Reactor) dan plug Flow Reaktor (PFR). Perbedaannya adalah pada dasar asumsi konsentrasi komponen-komponen yang terlibat dalam reaksi. CSTR merupakan reaktor model berupa tangki berpengaduk dan diasumsikan pengaduk yang bekerja dalam tangki sangat sempurna sehingga konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran konsentrasi tiap komponen dalam reaktor seragam sebesar konsentrasi aliran yang keluar dari reaktor. Model ini biasanya digunakan pada reaksi homogen di mana semua bahan baku dan katalis cair (Nauman, 2002: 23).

Reaktor tangki berpengaduk yang ideal beroperasi secara isotermal pada kecepatan alir yang konstan. Bagaimanapun kesetimbangan energi diperlukan untuk memprediksi temperatur agar konstan pada saat panas dari reaksi cukup (atau pertukaran panas antara lingkungan dengan reaktor tidak mencukupi) untuk membuat perbedaan antara suhu umpan dengan reaktor. Tangki berpengaduk dapat memberikan pilihan yang lebih baik atau bahkan lebih buruk daripada tubular flow unit pada sistem reaksi ganda. Biasanya hal terpenting adalah nilai relatif atau energi aktivas (Smith,1981: 327).

B.     Daya Hantar Listrik Pada Suatu Larutan

Larutan 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.

C.    Dinamika Reaktor Tangki

Reaktor 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 fisik Continuous Stirred-Tank  Reactor dapat 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 dC_i= q_o C_o – q_i C_i…………………………………………………(2)
  dt

Untuk laju alir masuk sama dengan laju alir keluar (=q), ruas kiri dan ruas kanan daripersamaan 1 dibagi dengan laju alir q, persamaan menjadi:

  _i

_i

 _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= Co

t = 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 berupa aquadest, konsentrasi NaCl = nol. (model ini dapat dianggap seperti kelakuan tangki setelahmendapat input berupa pulse).

Neraca massa NaCl

[laju akumulasi] = [laju masuk] – laju keluar]

V dC_i= q_o C_o – q_i C_i………………………………………………………….(9)

dt

Untuk 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 :

  _i

_i

 _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  =

 =

         ……………………………120………………………………(12)

Persamaan (12) mencerminkan hubungan antara konsentrasi NaCl terhadap waktu pada reaktor tunggal CSTR dengan umpan berbentuk pulse.

D.    Tujuan Pemodelan

Gambar berikut ini memberikan ilustrasi sederhana dari pendefinisian masalah CSTR. Pertimbangkan sistem proses reaktor tangki berpengaduk kontinyu (CSTR) dengan aliran terus menerus masuk dan keluar dan dengan reaksi orde pertama kimia tunggal terjadi. Diasumsikan bahwa tangki adalah mengikuti proses adiabatik, sehingga dinding yang sempurna terisolasi dari sekitarnya. Adapun tujuan dari pemodelan untk menjelaskan perilaku dinamis dari CSTR jika perubahan konsentrasi masuk. Kisaran yang diinginkan dari variabel proses akan berada di antara nilai yang lebih rendah x ^ dan atas nilai x ^ dengan akurasi yang diinginkan dari 10%.

Gambar  tangki pencampur kontinyu.

E.     Mekanisme Kerja Reaktor Tangki Berpengaduk

Pada reaktor ini proses berlangsung secara kontinue. Terjadinya pengadukan merupakan hal yang paling penting dalam reaktor ini, karena dengan pengadukan menyebabkan reaksi menjadi homogen sehingga terdapat umpan masuk dan terbentuk produk yang keluar selama proses berlangsung.

F.     Efektifitas tangki

Efektivitas 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 dC_i= q_o C_o – q_i C_i

Pada saat t=0 ; Ci=0 ; persamaan menjadi :

 =  q_o C_o – q_i C_i.0………………………………(13)

 =  q_o C_o

 =  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

G.    Macam-macam Jenis Pengaduk

          Jenis-jenis pengaduk yang biasa digunakan yakni pengaduk baling-baling (propeller), pengaduk turbin (turbine), pengaduk dayung (paddle) dan pengaduk helical ribbon.

1.      Pengaduk Baling-baling

Pengaduk jenis ini digunakan pada kecepatan berkisar antara 400 hingga 1750 rpm (revolution per minute) dan digunakan untuk bahan berupa cairan dengan viskositas rendah. Terdapat 3 jenis pengaduk baling-baling yang sering digunakan yaitu Marine propeller, hydrofoil propeller, dan high flow propeller.

2.      Pengaduk Dayung (Paddle)

Pengaduk jenis ini digunakan pada kecepatan rendah diantaranya 20 hingga 200 rpm. Pengaduk jenis ini sebaiknya tidak digunakan untuk bahan dengan viskositas tinggi seperti padatan. Terdapat beberapa jenis pengaduk dayung yaitu Paddle anchor, paddle flat beam-basic, paddle double-motion, paddle gate, paddle horseshoe, paddle glassed steel, paddle finger, paddle helix, dan multi helix.

3.      Pengaduk Turbin

Pengaduk turbin memiliki bentuk dasar yang sama dengan pengaduk dayung hanya saja pengaduk turbin memiliki daun yang lebih banyak dan pendek. Pengaduk jenis ini dapat digunakan untuk bahan kering maupun basah. Pengaduk turbin dengan daun berbentuk datar memberikan aliran yang radial. Pengaduk turbin jenis ini baik digunakan untuk mendispersi gas sebab gas akan dialirkan dari bagian bawah pengadukan dan akan menuju bagian daun pengaduk lalu terpotong-potong menjadi gelembung gas.

Ada pun beberapa jenis pengaduk turbin adalah sebagai berikut: turbine disc flat blade, turbine hub mounted curved blade, turbine pitched blade, turbine bar, danturbine shrouded. Pengaduk turbin dengan daun berbentuk miring 45⁰ banyak digunakan untuk bahan dengan viskositas tinggi / padatan, hal ini karena pengaduk jenis ini menghasilkan pergerakan fluida yang lebih besar.

4.      Pengaduk Helical- Ribbon

Pengaduk jenis Helical- Ribbon memiliki bentuks eperti pita (ribbon) yang dibentuk dalam sebuah bagian yang bentuknya seperti baling- baling helicopter dan ditempelkan kepusat sumbu pengaduk (helical). Pengaduk jenis ini memiliki rpm yang rendah dan digunakan untuk bahan-bahan dengan viskositas tinggi. Ada pun beberapa jenis pengaduk helical-ribbon adalah sebagai berikut: ribbon impeller, double ribbon impeller, helical screw impleller, sigma impleller,dan z-blades.

                    

3.    BAHAN DAN ALAT

·      Bahan yang digunakan :

Kalium klorida yang dilarutkan dalam air sehingga mencapai konsentrasi 0,03 M dalam tangki berpengaduk(3 L)

·      Alat yang digunakan :

-   1 set tangki berpengaduk bersusun seri

-   1 set konduktometer

-   Stopwatch

-    Gelas  kimia 100mL , 50ml , 500 ml

-   Labu takar 1000ml

-   Spatula, pengaduk, botol aquades.

4.    LANGKAH KERJA

A.   Prosedur Kalibrasi

1.        Memasang sek konduktivitas pada socket “cond cell” dengan socket berwarna hitam

2.        Memasang resistance termometer pt-100 pada socket warna merah.

3.        Menghidupkan alat konduktometer

4.        Mengecek harga kanstanta cell npada elektroda immension cell, memasukan harga 1,00 pada “cell const” dan menekan tombol xl

5.        Memasukkan harga temperature pada “temp” dengan menekan tombol “temp”

6.        Memasukkan harga keef temp, untuk larutan KCl 2,00 sedangkan untuk yang lain, dapat melihat pada tabel, jika tidak dalam tabel memasukan harga 2

7.        Menggunakan frekuensi 2KHz (tombol tidak ditekan)

8.        Mengisi gelas kimia 100 ml KCl 0,1 N dan memasukkan elektroda kedalamnya.

9.        Mengatur temperature larutan KCl sesuai dengan tabel atau menekan tombol “temp”

10.    Memasukkan harga K pada suhu larutan untuk menghitung konstanta cell (K)

K = K pada tabel temp t/m pengukuran

11.    Kalibrasi telah selesai dan mencetak harga konduktivitas larutan KCl 0,1N

B.   Prosedur Pengukuran Efek Berulang

1.      Mengkalibrasi konduktormeter yang akan digunakan sesuai prosedur kalibrasi.

2.      Mempersiapkan 10 liter aquades dalam tangki penampungan dibelakang alat.

3.      Mengisi ke 3 tangki berpengaduk dibagian depan dengan larutan KCl 0,025 M.

4.      Menghidupkan pengaduk dan atur laju pengadukan dengan kecepatan medium. Ukur konduktivitas ke 3 tangki di depan, pastikan nilai konduktivitas harus sama (matikan pengaduk saat melakukan pengukuran konduktivitas)

5.      Menghidupkan pompa dan alirkan aquadest dari tangki penampungan ketangki berpengaduk tentukan laju alir ke tangki berpengaduk dengan menggunakan stopwatch (volume air tertampung/waktu).

6.      Memasukkan selang berisi aquadest ke tangki berpengaduk I dan catat waktu sebagai waktu 0 menit.

7.      Mengukur konduktivias di tangki berpengaduk I,II,III bergantian setiap 2 menit . (matikan pengaduk saat melakukan pengukuran konduktivitas)

8.      Mengulangi langkah ke7 hingga didapat harga konduktivitas yang konstan dike3 tangki berpengaduk.

9.      Setelah selesai, mengosongkan seluruh tangki penampung dan ke 3 tangki berpengaduk. Cucibersih dengan air karena sisa air garam dapat membuat korosi pada alat.

Alternatif :

Ke 3 tangki berpengaduk di isi dengan larutan KCL 0,025 M (±2000mL) sedangkan tangki penampungan di isi dengan air aquades.

5.    DATA PENGAMATAN

Tabel 1. Pengkonstanan Konduktivity Aliran Keluar

Waktu (menit)	Konduktivity (mS/cm)
	Tanki 1	Tanki 2	Tanki 3
0	5,05	5,05	5,05
2	2,42	4,29	4,47
4	3,9	4,75	4,93
6	3,45	4,5	4,65
8	3,15	4,37	4,63
10	2,86	4,32	4,64
12	2,81	4,26	4,6
14	2,57	4,11	4,57
16	2,47	4,07	4,54
18	2,32	3,91	4,47
20	2,28	3,8	4,45
22	2,13	3,79	4,44
24	2,11	3,68	4,44
26	2	3,58	4,23
28	1,813	3,56	4,22
30	1,741	3,34	4,13
32	1,644	3,3	4,19
34	1,573	3,27	4,21
36	1,504	3,12	4,15
38	1,399	3,09	4,09
40	1,378	3,04	4,07
42	1,344	2,91	3,77
44	1,28	2,61	3,79
46	1,225	2,8	3,9
48	1,117	2,59	3,82
50	1,49	2,64	3,75
52	1,067	2,63	3,74
54	0,96	2,08	3,12
56	0,94	2,23	3,37
58	1,07	2,2	3,28
60	0,819	2,21	3,18
62	0,85	2,16	3,29
64	0,81	2,09	3,32
66	0,779	2,08	3,23
68	0,763	1,914	3,16
70	0,75	1,882	3
72	0,688	1,915	3,22
74	0,652	1,493	2,62
76	0,581	1,469	2,48
78	0,538	1,388	2,37
80	0,521	1,347	2,35
82	0,51	1,341	2,34
84	0,51	1,362	2,41
86	0,53	1,408	2,51
88	0,524	1,433	2,47
90	0,553	1,492	2,67
92	0,575	1,381	2,7
94	0,556	1,488	2,74
96	0,558	1,408	2,54
98	0,539	1,306	2,43
100	0,494	1,283	2,43
102	0,454	1,235	2,37
104	0,435	1,136	2,28
106	0,407	1,084	2,22
108	0,39	0,986	2,01
110	0,371	0,913	1,85
112	0,346	0,831	1,805
114	0,327	0,805	1,604
116	0,306	0,706	1,42
118	0,28	0,648	1,226
120	0,277	0,588	1,258
122	0,255	0,555	1,153
124	0,242	0,51	1,102
126	0,246	0,48	1,079
128	0,246	0,483	0,976
130	0,227	0,456	0,985
132	0,218	0,42	0,903
134	0,21	0,385	0,862
136	0,205	0,38	0,819
138	0,203	0,353	0,676
140	0,196	0,326	0,667
142	0,19	0,309	0,629
144	0,185	0,244	0,454
146	0,18	0,227	0,426
148	0,178	0,208	0,397
150	0,175	0,194	0,363
152	0,17	0,181	0,266
154	0,164	0,168	0,2
156	0,161	0,163	0,172
158	0,16	0,161	0,168
160	0,16	0,16	0,164
162	0,16	0,16	0,162
164	0,16	0,16	0,16
166	0,16	0,16	0,16

6.      PERHITUNGAN

a.      Pembuatan Larutan

·         Larutan KCl 0,03 M dalam1 liter air

gr KCl       =    M x V x BM

                  =    0,03 mol/L x 1 L x 74,55 gr/mol

                  =    2,2365 gr (dibuat sebanyak 3 liter)

·         Larutan KCl 0,1 M dalam 100 ml air

gr KCl       =    M xV x BM

                  =    0,1 mol/L x 0,1 L x 74,55gr/mol

                  =    0,7455 gr  

2. Kalibrasi konduktometer

            Dik      :  KCl 0.1 M

                           Konduktivitas terukur: 26.28 mS.S^-1

            Dit       :  a. Konduktivitas KCl secara teoritis?

                            b. %Kesalahan?

                        Jawab  :

o   Konduktivitas KCl 0.1 M teoritis

 

                                            = 0.00735 S.cm^-1

                                            = 7.35 mS.cm^-1   

                                            = 0.00763 S.cm^-1

                                            = 7.63 mS.cm^-1   

                               Sehingga,

                               L (KCl)     = 7.35 mS.cm^-1 + 7.63 mS.cm^-1

                                                = 14.98 mS.cm^-1

o   %Kesalahan          =      x 100 %

                              =      x 100 %

                              = 44.59 %

c.      Laju aliran masuk

            V  = 100 ml

             t   = 191 s

            Q = 100 ml / 191 s

                 =  0,5235 ml/s

d.      Volume tangki 1 :

            Diameter =  9,4 cm, Jari-jari =  4,7 cm

            Tinggi tabung = 11,8 cm

                 V         =  ¼ π  x  d²  x  t

                             =  ¼ 3,14  x  (9,4 cm)²  x  11,8 cm

                             =  81847 cm³  

                             =  818,4787 ml

e.       Time Constant

· Secara teori (Kt)

K _max       = 5,05

K_min       = 0,16

Kt         = (K_max – K_min) 63,21%

              = (5,05 – 0,16) 63,21%

              = 3,091

·

7.      ANALISA PERCOBAAN

Setelah melakukan praktikum kali ini, dapat dianalisa bahwa tangki berpengaduk yang disusun secara berseri mempunyai jarak yang berbed aantar setiap tangkinya. Tangki 1 dan tangki 2 dihubungkan langsung oleh pipa di bagian bawah tangki tersebut, sehingga saat tangki 1 berisi suatu larutan maka tangki 2 juga akan langsung berisi larutan dengan tinggi dan volume yang sama seperti tangki 1. Sedangkan tangki 2 dan tangki 3 dihubungkan dengan pipa dengan jarak tertentu. Setelah tangki 2 mencapai maksimum, cairan di tangki 2 akan masuk kedalam pipa yang dipasang berdiri dalam tangki, cairan lalu turun dan masuk kedalam tangki 3 melalui bagian bawah tangki 3. Jarak yang berbeda antara tangki 1, 2, dan 3 tersebut menyebabkan adanya sifat dinamis pada tangki berpengaduk yang disusun secara berseri. Pada prinsipnya air yang terdapat dalam bak penampung dibagian belakang dialirkan menuju ketiga tangki berpengaduk yang sebelumnya telah diisi dengan larutan KCl, sehingga air yang mengalir ke tangki akan mengisi tangki dan bercampur dengan larutan KCl sehingga terjadi perubahan konsentrasi pada masing – masing tangki. Tetapi lama – kelamaan konsentrasi ketiga tangki akan sama pada waktu tertentu.

Pada setiap tangki tersebut, di isi dengan larutan KCl 0,03 M, konduktivitas larutan yang semula 5,05 ms/cm lama kelamaan menurun seiring dengan penambahan air dari tangki belakang. Air pada tangki belakang dialirkan dengan laju alir 0,5235 ml/s. Dari data pengamatan dapat dilihat bahwa, perubahan konduktivitas pada tangki ke-3 lebih lama daripada tangki pertama dan kedua. Hal ini  dikarenakan penyusunan tangki tersebut memiliki jarak yang jauh dan prinsip pemasangannya berbeda dengan pemasangan tangki 1 dan 2. Sehingga dari praktikum yang telah dilakukan didapat keadaan konstan untuk ketiga tangki pada menit ke 164 dengan nilai konduktivitas 0,16 mS/cm.

8.      KESIMPULAN

Setelah melakukan percobaan, dapat disimpulkan bahwa :

·         Konsentrasi larutan dari ketiga tangki akan berbeda pada saaat awal penambahan aquadest (umpan). Namun, pada saat tertentu konsentrasi larutan pada ketiga tangki akan sama (homogen). Waktu dimana ketiga tangki memiliki konsentrasi yang sama disebut waktu konstan.

·         Semakin lama waktu konstan, maka semakin banyak pula umpan yang dibutuhkan.

·         Faktor-faktor yang mempengaruhi waktu konstan: laju alir umpan dan pengadukan.

·         Tangki berpengaduk yang disusun secara berseri memiliki perilaku dinamis akibat adanya jarak yang berbeda antara ketiga tangki.

·         Konduktifitas larutan KCl 0,03 M pada tangki setiap tangki lama kelamaan menurun dengan adanya penambahan aquadest.

·         Larutan pada ketiga tangki berada pada keadaan konstan mulai pada menit ke 164 sampai menit – menit berikutnya konstan dengan konduktivitas sebesar 0,16 mS/cm.

DAFTAR PUSTAKA

-            Jobsheet. 2015. “Petunjuk Praktikum Pengendalian Proses”. Palembang: JurusanTeknik Kimia PoliteknikNegeriSriwijaya.

-            http://www.scribd.com/

-            http://fevzyvielky.blogspot.com/2012/12/tangki-berpengaduk.html