PENGARUH PENCAMPURAN TERHADAP REAKSI HIDROLISA AlCl 3

Transkripsi

1 PROSIDING SEMINAR NASIONAL REKAYASA KIMIA DAN PROSES ISSN : PENGARUH PENCAMPURAN TERHADAP REAKSI HIDROLISA AlCl R. Yustiarni, I.U. Mufidah, S.Winardi, A.Altway Laboratorium Mekanika Fluida dan Pencampuran Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri ITS Kampus ITS Sukolilo Surabaya 111 Telp: (1)59, Fax: (1)5999, mixing@chemeng.its.ac.id Abstrak Reaksi hidrolisa garam aluminium merupakan reaksi kompleks yang dapat menghasilkan bermacammacam produk. Pada aplikasinya sebagai koagulan, reaksi yang dikehendaki adalah reaksi yang membentuk endapan aluminium hidroksida. Jalannya reaksi hidrolisa garam alumunium ini dipengaruhi oleh kondisi pencampuran. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh kondisi pencampuran terhadap jalannya reaksi hidrolisa AlCl. Penelitian dilaksanakan secara eksperimental dengan menetralkan larutan AlCl,1 M didalam reaktor tangki berpengaduk berdiameter 15, cm yang beroperasi secara batch. Reaktor dilengkapi dengan Rushton disc turbine dengan diameter sepertiga diameter tangki. Sebagai penetral digunakan larutan NaOH, M. Jumlah NaOH yang ditambahkan dinyatakan dengan bilangan Ligan. Harga divariasi: ;,5; 1; 1,5; ;,;,;,;,;,9 dan.. Pada setiap penambahan NaOH dicatat larutan setelah kondisi steady state tercapai. Kemudian diplot versus r. Bentuk dari plot ini menentukan produk apa yang terbentuk pada reaksi hidrolisa AlCl ini. Dipelajari pengaruh kecepatan putar pengaduk dan posisi penginjeksian NaOH terhadap bentuk plot versus diatas atau dengan kata lain terhadap jalannya reaksi hidrolisa garam aluminium ini. Kecepatan putar pengaduk divariasi: 5 s/d 1 rpm. Penelitian menunjukkan bahwa pada kecepatan pengaduk yang tinggi lebih cenderung terbentuk endapan Al(OH) dan pada kecepatan pengaduk yang rendah lebih cenderung terbentuk polimer. Sedangkan posisi dari penginjeksian basa(naoh) sedikit pengaruhnya terhadap pembentukan polimer atau endapan Al(OH) Kata kunci : reaksi hidrolisa, pencampuran, koagulasi, garam-garam aluminium Pendahuluan Garam-garam aluminium seperti aluminium sulfat Al (SO ), aluminium chloride AlCl dan lainnya banyak digunakan sebagai koagulan pada industri water treatment (industri pengolahan air), dimana pada proses pengolahan limbah, koagulan ditambahkan secara intensif pada waktu yang singkat di pencampuran awal atau premixing. Intens premixing tersebut diperlukan karena reaksi hidrolisa dan reaksi pengendapan yang terjadi adalah sangat cepat. Reaksi hidrolisa terjadi bila garam-garam dilarutkan dalam air, karena larutannya tidak selalu bereaksi netral, akibatnya ion hidrogen atau ion hidroksil tertinggal dengan berlebihan dalam larutan, sehingga bersifat asam atau basa. AlCl mempunyai banyak kemungkinan reaksi hidrolisa, kemungkinan reaksi hidrolisanya adalah sebagai berikut: Al + + H O AlOH + + H + Al + + H + O Al(OH) + H + Al + + H O Al(OH) (aq) + H Al + H O Al(OH) + H + Dari reaksi diatas dapat dilihat bahwa pada hasil reaksi terbentuk H sehingga larutannya bersifat asam. Apabila alkalinity dari larutan baku rendah maka pada aplikasinya perlu ditambahkan basa agar Al(OH) bisa terbentuk. Dibawah ini adalah skema reaksi hidrolisa AlCl yang menghubungkan antara lima jenis + + kesetimbangan Al (Al, AlOH, Al(OH) +, Al(OH) (aq), Al(OH) - ) dengan amorphous alumunium hidroksida (Al(OH) (s) ) : Al + AlOH Al(OH) Al(OH) (aq) Al(OH).5n+ Al(OH).5n (polimer) Al(OH) (s ) (amorphous) Dari skema diatas terlihat bahwa pada reaksi hidrolisa terjadi persaingan antara terbentuknya polimer dengan endapan (amorphous) selama titrasi basa. Terbentuknya polimer atau padatan sangat dipengaruhi oleh kondisi pencampuran, namun sedikit sekali penelitian mengenai hal ini. C-19-1

2 Beberapa contoh eksperimen dari peneliti terdahulu, Clark dan Srivastava (199), mempelajari pengaruh pencampuran pada pengendapan aluminium dalam semibatch stirred tank. Hasilnya, pengendapan aluminium peka terhadap kondisi pencampuran dan terdapat persaingan antara spesies aluminium bentuk polimer dan padat selama titrasi basa. Jika pencampuran baik maka akan terbentuk padatan, namun bila tidak akan terbentuk polimer. Peneliti-peneliti lain yang juga telah mempelajari pengaruh pencampuran terhadap proses pengendapan yaitu, Marcant dan David (1991), mempelajari pengaruh pencampuran pada pengendapan Calcium Oxalate Monohydrate dalam Batch stirred tank. Hasilnya, perubahan posisi feed lebih berpengaruh daripada perubahan kecepatan pencampuran. Phillips dkk, (1999), mempelajari pengaruh kondisi operasi pencampuran terhadap pengendapan Barium Sulfate. Kondisi operasinya yaitu rasio volume reaktan, konsentrasi reaktan awal rata-rata, kecepatan pengaduk, waktu penambahan umpan, dan rasio stoikiometri. Hasilnya, kenaikan ratio volume reaktan akan menurunkan distribusi ukuran partikel, semakin encer konsentrasi reaktan awal rata-rata maka distribusi ukuran partikel akan semakin meningkat, pada kecepatan pengadukan dekat impeller distribusi ukuran partikel lebih baik dibandingkan dengan dibawah permukaan cairan, semakin lama penambahan umpan maka distribusi ukuran partikel akan semakin besar, dan semakin besar rasio stoikiometri maka distribusi ukuran partikel akan semakin kecil. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui efek dari kecepatan putar pengaduk dan posisi injeksi NaOH pada pengendapan aluminium dalam tangki berpengaduk batch. Metodologi Penelitian Penelitian dilaksanakan secara eksperimental dengan menetralkan larutan AlCl,1 M didalam reaktor tangki berpengaduk berdiameter Dt = 15, cm yang beroperasi secara batch dengan tinggi liquid H = 15,.1 m (H = Dt), dilengkapi baffle dengan lebar J = 1,.1 m (J = 1/1 Dt). Reaktor dilengkapi impeller Rushton disc turbine dengan diameter Da = 5,.1 m (Da = 1/ Dt), Panjang blade L = 1,.1 m (L = 1/ Da), Lebar blade W = 1.1 m (W = 1/5 Da). Jarak impeller dari dasar tangki C = 5,.1 m (C = 1/ Dt). Susunan peralatan ditunjukkan pada Gambar 1. Sebagai penetral digunakan larutan NaOH, M dengan laju penginjeksian 1 ml/ detik. Harga divariasi: ;,5; 1; 1,5; ;,;,;,;,;,9 dan.. Pada setiap penambahan NaOH dicatat larutan setelah kondisi steady state tercapai. Jumlah NaOH yang ditambahkan dinyatakan dengan bilangan ligan yang didefinisikan: mole NaOH yang ditambahkan r =... (1) total mole Aluminium Kemudian diplot versus. Bentuk dari plot ini menentukan produk apa yang terbentuk pada reaksi hidrolisa AlCl ini. ariabel yang ingin dipelajari dalam penelitian ini adalah pengaruh kecepatan putar pengaduk dan posisi penginjeksian NaOH terhadap bentuk plot versus r diatas atau dengan kata lain terhadap jalannya reaksi hidrolisa garam aluminium ini. Kecepatan putar pengaduk divariasi: 5,, 55, 7, 5 dan 1 rpm. Posisi penginjeksian di dinding bejana bagian atas (Wall Injection) dan di dekat impeller (Impeller Injection). C-19-

3 WAI F m CA L, 1, p H, 7 7, o C 5 Keterangan Gambar 1. Tangki. Impeller. meter. Buret 5. Motor Tp RES H E T, 1 PH METER O NO 9, 1 1, W C L D a H D t J Gambar 1 Susunan peralatan penelitian Hasil dan Pembahasan Pengaruh kondisi pencampuran terhadap jalannya reaksi hidrolisa AlCl yang dipelajari dalam penelitian ini adalah kecepatan putar pengaduk dan posisi penginjeksian basa (NaOH) sebagai penetral. Grafik versus dapat diinterpretasikan untuk mengetahui produk apa yang terbentuk pada reaksi hidrolisa AlCl tersebut. Dimana r adalah bilangan ligan yang didefinisikan pada Pers. (1). Pengaruh Kecepatan Putar Kecepatan putar pengaduk pada penelitian ini divariasikan yaitu 5,, 55, 7, 5 dan 1 rpm. Dari Gambar dan dapat dilihat terjadi kenaikan yang terlambat (mendekati =) untuk kecepatan putar pengaduk yang tinggi sedangkan pada kecepatan putar pengaduk yang rendah terjadi kenaikan lebih awal. Keterlambatan kenaikan pada kecepatan putar pengaduk yang tinggi menunjukkan kecenderungan terbentuknya endapan Al(OH) dan kenaikan yang awal pada kecepatan putar pengaduk yang rendah menunjukkan terbentuknya polimer. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar dan 5. Puncak-puncak yang dihasilkan pada gambar tersebut menunjukkan polimer atau endapan Al(OH) yang terbentuk pada reaksi hidrolisa AlCl tersebut. Pada kecepatan putar pengaduk yang rendah, puncak terbentuk lebih awal dibandingkan pada kecepatan putar pengaduk yang tinggi. Adapun puncak yang dihasilkan pada berbagai kecepatan putar pengaduk adalah sebagai berikut: 5 rpm dihasilkan puncak pada =,; rpm pada =,; 55 rpm pada =, dan,7; 7 rpm pada =,5 dan,5; 5 rpm pada =,5 dan,5; 1 rpm pada =, dan,5. Keterlambatan puncak (bilangan ligan/ mendekati ) pada kecepatan putar pengaduk yang tinggi menunjukkan pembentukan Al(OH). Sedang puncak yang terbentuk lebih awal pada kecepatan putar pengaduk yang rendah menunjukkan terbentuknya polimer. Sehingga dapat disimpulkan bahwa dalam reaksi hidrolisa, dengan semakin besar kecepatan putar pengaduk, lebih cenderung terbentuk endapan Al(OH) dan pada kecepatan putar pengaduk yang rendah lebih cenderung membentuk polimer. Dan pada kecepatan 7, 5, 1 rpm diperoleh puncak -1 pada r yang paling besar (mendekati ) dengan harga velocity gradient (G) s C-19-

4 1 1,5 1 1,5,5 kec 5 rpm pada wall injection kec 1 rpm pada wall injection kec 5 rpm pada wall injection kec rpm pada wall injection kec 55 rpm pada wall injection kec 7 rpm pada wall injection d/dr ,5 1 1,5,5 kec 5 rpm pada wall injection kec 1 rpm pada wall injection kec 5 rpm pada wall injection kec rpm pada wall injection kec 55 rpm pada wall injection kec 7 rpm pada wall injection Gambar Hubungan vs pada tempat penginjeksian didinding bejana bagian atas dengan variasi kecepatan putar pengaduk. Gambar Hubungan d/dr vs pada tempat penginjeksian didinding bejana bagian atas dengan variasi kecepatan putar pengaduk. 1 1,5 1 1,5,5 kec 5 rpm pada impeller injection kec 1 rpm pada impeller injection kec 5 rpm pada impeller injection kec rpm pada impeller injection kec 55 rpm pada impeller injection kec 7 rpm pada impeller injection d/dr ,5 1 1,5,5 kec 5 rpm pada impeller injection kec 1 rpm pada impeller injection kec 5 rpm pada impeler injection kec rpm pada impeller injection kec 55 rpm pada impeller injection kec 7 rpm pada impeller injection Gambar Hubungan vs pada tempat penginjeksian di dekat impeller dengan variasi kecepatan putar pengaduk. Gambar 5 Hubungan d/dr vs pada tempat penginjeksian di dekat impeller dengan variasi kecepatan putar pengaduk. C-19-

5 Pengaruh Posisi Penginjeksian NaOH Posisi penginjeksian NaOH sebagai penetral dalam reaksi hidrolisa AlCl ini yaitu di dinding bejana bagian atas (wall injection) dan di dekat impeller (impeller injection). Dari Gambar untuk kecepatan yang sama pada beda posisi penginjeksian terjadi kenaikan pada yang sama.begitu pula pada Gambar 7 diperoleh puncak pada yang sama untuk beda posisi penginjeksian pada kecepatan yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa posisi penginjeksian basa (NaOH) sedikit pengaruhnya terhadap pembentukan polimer atau endapan Al(OH) kec 5 rpm pada wall injection kec 1 rpm pada wall injection kec 5 rpm pada wall injection kec rpm pada wall injection kec 55 rpm pada wall injection kec 7 rpm pada wall injection kec 5 rpm pada impeller injection kec rpm pada impeller injection kec 55 rpm pada impeller injection kec 7 rpm pada impeller injection kec 5 rpm pada impeller injection kec 1 rpm pada impeller injection ,5 1 1,5,5 kec 5 rpm pada wall injection kec 1 rpm pada wall injection kec 5 rpm pada wall injection kec rpm pada wall injection kec 55 rpm pada wall injection kec 7 rpm pada wall injection kec 5 rpm pada impeller injection kec rpm pada impeller injection kec 55 rpm pada impeller injection kec 7 rpm pada impeller injection kec 5 rpm pada impeller injection kec 1 rpm pada impeller injection Gambar Hubungan vs pada beda tempat penginjeksian Gambar 7 Hubungan d/dr vs pada beda tempat penginjeksian Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan 1. Jalannya reaksi hidrolisa AlCl dipengaruhi oleh kecepatan putar pengaduk yaitu dengan semakin tinggi kecepatan putar pengaduk, dicapai mendekati, hal ini berarti lebih cenderung terbentuk endapan Al(OH) daripada polimer.. Pada kecepatan 7, 5, 1 rpm diperoleh puncak pada yang paling besar (mendekati ) dengan harga velocity gradient (G) s -1. Posisi penginjeksian basa (NaOH) pada reaksi hidrolisa sedikit pengaruhnya terhadap pembentukan endapan Al(OH) atau polimer. Daftar Pustaka [1] Dobias, B., Coagulation and Flocculation, vol. 7, Marcel Dekker, New York, 199. [] Oldshue, J. Y., Fluid Mixing Technology, Mc Graw-Hill Book Company, New York, 19. [] Marcant, B. dan R. David, Experiment evidence for and prediction of micromixing effects in precipitation, AIChE Journal, ol. 7, No. 11, [] Clark, M. M. dan R. M. Srivastava, Mixing and aluminum precipitation, Env. Sci. and Technol, ol. 7, No. 1, 199. [5] Buffham, N., Mixing in continous flow systems, John Wiley and Sons Inc., New York, 19. [] Phillips, R., S. Rohani dan J. Baldyga, Micromixing in a single-feed semi-batch precipitation process, AIChE J., ol. 5, No. 1, [7] Clark, M., Rene David, Mark R. Wiesner, Effect of micromixing on product selectivity in rapid mix, Research Scientist, France. C-19-5