ANALISA GAS CO2 DALAM LARUTAN NaOH

Ajeng Christianti Nugroho (2312100112)I.G.A. Gede Chandra Divta (2312100113)Nidia Intan Listiyana (2312100114)Roy Listyo Anggoro (2312100115)Dionisius Narendra Putra (2312100116)Davyan Ichsandira (2312100117)

Latar Belakang

Analisa gas CO2 dalam larutan NaOH merupakan sebuah bentuk absorbsi, yaitu salah satu operasi pemisahan dalam industri kimia dimana suatu campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap yang sesuai, sehingga satu atau lebih komponen dalam campuran gas larut dalam cairan penyerap.

Dalam suatu industri gas-gas pencemar seperti CO2 ataupun CO harus diserap agar tidak teremisi ke udara luar. Gas karbondioksida meskipun kurang begitu berbahaya dapat menyebabkan efek rumah kaca yang dapat menyebabkan pemanasan global.

Dalam suatu pabrik amonia gas CO2 dapat meracuni katalis besi pada reaktor amonia. Proses penyerapan gas CO2 biasanya dilakukan dengan menggunakan triethanolamine, diethanolamine, monomethanolamine, sodium carbonat, potassium carbonat, maupun larutan alkali hidroksida atau natrium hidroksida. Dapat juga gas karbon dioksida tersebut diserap dengan menggabungkan penyerap-penyerap yang ada untuk mendapatkan efisiensi penyerapan yang tinggi. Pemilihan penyerap biasanya didasarkan pada efektivitas penyerapannya, mudahnya penyerap diregenerasi, dan faktor lain seperti toksisitas dan korosifitas. Pada percobaan absorbsi CO2 kali ini akan menggunakan larutan alkali hidroksida (NaOH ).

Pemilihan jenis penyerap tersebut disebabkan oleh waktu reaksinya yang relatif cepat, harganya murah, dan dapat dengan mudah diregenerasi dengan pelucutan saja.

Tujuan Percobaan

Menentukan besarnya koefisien perpindahan massa pada proses absorbsi

Mempelajari pengaruh konsentrasi NaOH terhadap % massa CO2 yang terserap.

Dasar Teori

ABSORPSI

Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran

gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu

atau lebih komponen gas.

Absorbsi Fisik merupakan

absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan

penyerap, tidak disertai dengan

reaksi kimia

Absorbsi Kimia merupakan

absorbs dimana gas terlarut di dalam larutan

penyerap disertai dengan reaksi

kimia.

Faktor-faktor yang mempengaruhi absorbsi

antara lain adalah :

Konsentrasi larutan penyerap

Tekanan

Laju alir gas dan cairan

Temperatur

Absorbsi dalam dunia industri digunakan untuk meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya, contoh :

1. Proses Pembuatan FormalinFormalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55 0C, dimasukkan ke dalam absorber. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 – 40%.

2. Proses Pembuatan Asam Nitrat

Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2). Proses pembuatan asam nitrat tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air menjadi asam nitrat.  Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm.

Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses pembuatan urea,produksi ethanol, minuman berkarbonasi, fire extinguisher,dry ice,supercritical carbon dioxide dan masih banyak lagi aplikasi absorbsi dalam industri.

Secara umum, proses absorpsi gas CO2 ke dalam larutan

NaOH yang disertai reaksi kimia berlangsung melalui empat tahap,

yaitu :

perpindahan massa CO2 melalui lapisan gas menuju lapisan antar fase gas-cairan

kesetimbangan antara CO2 dalam fase gas dan dalam fase larutan

perpindahan massa CO2 dari lapisan gas ke badan utama larutan NaOHreaksi antara CO2

terlarut dengan gugus hidroksil (OH-)

Di fase cair, reaksi antara CO2 dengan larutan NaOH terjadi melalui beberapa tahapan proses:NaOH(s) Na+ (l) + OH- (l) (a)

CO2 (g) CO2 (l) (b)

CO2 (l) + OH- (l) HCO3

- (l) (c)

HCO3-(l) + OH-

(l) H2O(l) + CO32-

(l) (d)

CO32-

(l) + Na+(l) Na2CO3(l) (e)

Langkah d dan e biasanya berlangsung dengan sangat cepat, sehingga proses absorpsi biasanya dikendalikan oleh peristiwa pelarutan CO2 ke dalam larutan NaOH terutama jika CO2 diumpankan dalam bentuk campuran dengan gas lain atau dikendalikan bersama-sama dengan reaksi kimia pada langkah c .

Bahan dan Alat yang Digunakan

Bahan –bahan NaOH Gas CO2 HCl Udara Aquadest

Alat-alat Rangkaian absorber Rangkaian alat titrasi

Sifat Fisis dan Kimia

1. Natrium Hidroksida (NaOH) Sifat fisis : BM = 40 g/mol Rapat massa : 2,130 g/lt Sifat kimia

- merupakan basa yang cukup kuat - mudah larut dalam air - mudah menyerap CO2

2. Karbon Dioksida (CO2) Sifat fisis : BM = 44,01 g/mol – Wujud : gas Melting point : -56,6 ºC pada 5,2 atm Boilling point : -78,5 ºC ~ Sifat kimia Dengan NaOH membentuk karbonat

CO2 (g) + 2NaOH (l) → Na2CO3 (l) + H2O (l)

Variabel Operasi

a. Variabel tetap Laju alir CO2 : 0,3059 liter/s Laju alir NaOH : 0,0049 liter/s

b. Variabel berubahKonsentrasi NaOH (0,05 N; 0,1 N;0,3 N)

Respon Uji Hasil Konsentrasi karbonat di dalam larutan keluar absorber

Metode Percobaan

1. Membuat larutan NaOH (0,05 N; 0,1 N;0,3 N)2. Operasi Absorbsi

a. NaOH dipompa dan diumpankan pada bagian atas menara pada

laju alir tertentub. Aliran udara yang mengandung CO2 pada bagian bawah

kolom c. Biarkan gas CO2 dan NaOH kontak hingga aliran keluar bawah

kolom steady d. Ambil sampel pada waktu ke-0 e. Ambil sampel setiap 2 menit, operasi dihentikan setelah 10

menitf. Ulangi operasi (b-e) untuk konsentrasi NaOH berikutnya

3. Analisis Hasil a. Ambil sampel 10 ml b. Tambahkan indikator PP , kemudian titrasi dengan HCl hingga

warna merah hampir hilang (kebutuhan HCl= a ml) c. Tambahkan indikator MO, kemudian titrasi dengan HCl hingga

warna merah oranye (kebutuhan HCl = b ml)

Mekanisme Titrasi Acidi Alkalimetri

2NaOH (l) + CO2 (g) → Na2CO3 (l) + H2O (l) Na2CO3 (l) + HCl (l) →

NaHCO3 (l) + NaCl (s) NaHCO3 (l) + HCl (l) → NaCl (l) + H2O (l) + CO2 (l)

• Kolom Absorpsi :adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/ penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Struktur yang terdapat pada kolom absorber dibagi menjadi tiga bagian.

Alat Percobaan

Struktur dalam absorber • Bagian atas : Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair• Bagian tengah : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi• Bagian bawah : Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor.

Keterangan :• (a) input gas• (b) gas keluaran• (c) pelarut• (d) hasil absorbsi• (e) disperser• (f) packed column

Prinsip Kerja Absorber

Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase cairan ke fase lainnya, terjadi hampir pada setiap reaktor kimia. Proses ini dapat berupa absorpsi gas, destilasi, pelarutan yang terjadi pada semua reaksi kimia.

Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan kebawah menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing dengan dua tingkat. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan dari gas yang dimasukkan tadi.

Keterangan:• (a) gas keluaran• (b) gas input• (c) pelarut• (d) gas output

Proses Pengolahan Kembali Pelarut Dalam Proses Kolom Absorber :

• Konfigurasi reaktor akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami dari pelarut yang digunakan• Aspek Thermodynamic (suhu dekomposisi dari pelarut), Volalitas pelarut, dan aspek kimia/fisika seperti korosivitas, viskositas, toxisitas, juga termasuk biaya, semuanya akan diperhitungkan ketika memilih pelarut untuk spesifik sesuai dengan proses yang akan dilakukan.• Ketika volalitas pelarut sangat rendah ,contohnya pelarut tidak muncul pada aliran gas, proses untuk meregenerasinya cukup sederhana yakni dengan memanaskannya

Hasil PercobaanTabel 1. Hasil Percobaan Menggunakan Katalis NaOH 0,05 N

Pembahasan

Berdasarkan data percobaan di atas, dapat dipelajari beberapa fenomena yang terjadi pada proses absorbsi CO2. Fenomena yang terjadi adalah sebagai berikut:

1.Pengaruh Waktu Terhadap CO2 yang Terserap

Semakin lama waktu operasi maka waktu kontak larutan NaOH dan gas CO2 juga akan semakin lama, sehingga reaksi akan berjalan lebih sempurna. Pada awalnya akan terjadi peningkatan jumlah CO2 yang terserap. Kemudian pada suatu waktu jumlah CO2 yang terserap akan konstan. Hal ini dapat dilihat dari jumlah CO2 yang terserap konstan pada grafik .Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa jumlah CO2 yang terserap akan konstan seiring dengan waktu, hal ini disebabkan reaksi berjalan secara kontinyu.

2. Perbandingan CO2 yang Terserap Setiap Variabel

Pada percobaan digunakan variabel berupa konsentrasi NaOH 0,05 N, 0,1 N, dan 0,3 N. Untuk variabel NaOH 0,05 N didapat jumlah CO2 yang terserap rata-rata adalah 0,0445 mol/liter, variabel NaOH 0,1 N didapat jumlah CO2 yang terserap rata-rata adalah 0,0667 mol/liter, sedang untuk varibel NaOH 0,3 N didapat jumlah CO2 yang terserap rata-rata adalah 0,117 mol/ liter. Dari data percobaan yang diperoleh maka semakin besar konsentrasi NaOH yang digunakan maka jumlah CO2 yang terserap juga akan semakin besar disebabkan semakin besar konsentrasi NaOH maka semakin banyak NaOH yang bereaksi dengan CO2 membentuk Na2CO3.

3. Nilai Kga yang didapat pada setiap VariabelSeperti penjelasan sebelumnya, bertambahnya konsentrasi NaOH akan sebanding dengan jumlah CO2 yag terserap. Sedangkan bertambahnya jumlah CO2 yang terserap akan mengakibatkan bertambahnya nilaj kga, sehingga pada akhirnya meningkatnya konsentrasi NaOH akan mengakibatkan pula bertambahnya nilai kga.

Kesimpulan Waktu tidak berpengaruh

terhadap % CO2 yang terserap. Semakin besar konsentrasi

NaOH, maka % CO2 yang terserap semakin besar.

Semakin besar konsentrasi NaOH maka koefisien perpindahan massa (kga) juga akan bertambah besar.

SEKIAN . . .

ARIGATOU GOZAIMASU