51091372-absorbsi-gas.docx

ABSORBSI GAS BAB I

1.1 Tujuan Percobaan Menentukan jumlah gas CO2 yang terserap kedalam air menggunakan persamaan yang diturunkan dari neraca massa. 1.2 Dasar teori Absorbsi gas oleh cairan merupakan proses perpindahan massa antar fasa, dimana komponen dalam campuran gas diserap oleh cairan. Campuran gas umumnya terdiri dari komponen yang dapat diserap dan gas sukar diserap/ bereaksi (inert), sedangkan cairannya bersifa tidak melarut dalam dasa gas. Dalam perpindahan massa antar fasa, terdapat batas antara kedua fasa tersebut, dimana komponen yang terserap melalui fasanya sendiri kemudian melewati batas antar fasa dan masuk kefasa yang lain. Hal ini terjadi bila terdapat cukup kekuatan gerak (driving force) dari suatu fasa yang lain atau dinamakan koefisien perpindahan massa ( mass transfer coefficient). Laju perpindahan massa juga tergantung antara lain luas permukaan kontak antar fasa. Operasi absorbsi gas dalam cairan biasanya dilakukan dalam suatu kolom silinder berunggun (cylindrical packed coloumn). Unggun yang dimaksud merupakan sekumpulan benda padat dengan bentuk dan bahan tertentu (plastik/ keramik) yang disusun sedemikian rupa untuk menghasilkanluas permukaan kontak antar fasa gas – liquid yang sebesar – besarnya. Dalam kolom absorbsi, penyerapan komponen gas oleh cairan mengalir melewati packed bed, biasanya arah aliran fluida diatur sedemikian rupa, dimana cairan mengalir dari atas dan gas mengalir dari bawah (counter current). Gas dan cairan yang masuk dan keluar dapat dianalisa untuk mengetahui jumlah gas yang diserap. Dalam skala laboratorium, peralatan kolom absorbsi gas biasanya sudah dilengkapi dengan peralatan analisa sampel gas (hempl analisis) maupun analisa cairan (titrasi). Perangkat peralatan analisa gas (hempl analisis) berisi larutan NaOH yang reaksinya dengan CO2.

CO2

+

2NaOH

Na2CO3

+

H2O

Jumlah CO2 yang terserap sebanding dengan pertambahan volume larutan dalam peralatan analisa tersebut. 1.3 Teori dua tahanan

Pada umumnya, campuran gas yang masuk kedalam kolom absorbsi terdiri atas komponen yang dapat diserap dan gas inert (sukar diserap), sedangkan cairan yang digunakan bersifat tidak melarut dalam fasa gas. Perpindahan massa solut dari gas menuju cairan terjadi dalam tiga langkah perpindahan, transfer massa dari badan utama gas kesuatu fasa antar muka, transfer muka melalui bidang antar muka kefasa kedua dan transfer massa dari antar muka kebadan utama cairan. Dari gambar 1.1 dapat dilihat bahwa pada kondisi awal, konsentrasi A dalam badan utama gas adalah yAG fraksi mol. Ketika mulai terjadi kontak dengan cairan, konsentasi A di daerah interfase menurun hingga yAi pada interfase menjadi yAI dalam badan utama cairan. Dan sebagai syarat terjadinya perpindahan perpindahan massa. Konsentrasi awal yAG dan yAI tidak berada

Konsentrasi dari solut A yang berdifusi

dalam keadaan setimbang.

Gas

interface

y AG x y

Ai

Liquid

Ai

x AL

Jarak

Gambar 1.3 Teori lapisan dua film

Perpindahan massa solut A dari gas ke cairan akan terjadi bila terdapat cukup kekuatan gerak (driving force) dari satu fasa ke fasa lainnya yang dikenal dengan nama koefisien perpindahan massa (mass transfer coefficient). Laju perpindahan massa ini juga bergantung pada luas permukaan kontak antar fasa. Menurut Whitman dan Lewis, pada saat terjadi perpindahan massa antar fasa tahanan terhadap perpindahan tersebut hanya ada pada bahan utama masing – masing fasa. Sedangkan pada daerah antarmuka yang membatasi kedua fasa tidak terdapat tahanan sama sekali sehingga konsentrasi yAi dan XAi merupakan harga kesetimbangan yang diperoleh dari data kurva kesetimbangan dari sistem dua fasa tersebut.

1.4 Kolom absorbsi Operasi absorbs merupakan dalam cairan biasanya dilakukan dalam suatu kolom silinder berunggun (cylinder packed coloumn). Unggun yang dimaksud merupakan sekumpulan benda padat dengan bentuk dan bahan tertentu (plastic/ keramik) yang disusun sedemikian rupa untuk absorbs. Penyerapan komponen gas oleh cairan melewati packet bed, biasanya arah aliran fluida diatur sedemikian rupa, dimana cairan mengalir dari atas dan gas mengalir dari bawah (counter current). Gas dan cairan yang masuk dan keluar dapat dianalisa untuk mengetahui jumlah gas yang diserap. Untuk lebih lanjutnya, kolom absorbs terbagi dalam berbagai jenis, antara lain : 1. Spay Tower Cairan masuk Gas keluar

gas masuk Cairan keluar

Gambar spay tower Spay tower terdiri dari ruang terbuka dan luas padatempat gas mengalir dan kedalam ruang tersebut disemprotkan cairan dengan spray nozzles atau alat yang dapat membuat butir – butir cairan. Cairan yang akan disemprotkan akan jatuh karena gaya gravitasinya dengan arah aliran cairan dan gas yang berlawanan arah. Karena cairan dalam bentuk butir – butir, maka luas permukaan bidang kontak antar fasa akan semakin besar. Jika ukuran butir semakin kecil, maka luas bidang kontaknya akan semakin besar. Tetapi ukuran butir cairan tidak boleh terlalu kecil karena butir akan terbawa aliran gas keatas (keluar). Spray tower pada umumnya digunakan untuk proses pemindahan gas yang mudah larut dalam cairan atau perpindahan massanya dikontrol oleh tahanan fasa gasnya. 2. Menara gelembung

Gambar menara gelembung

Menara gelembung pada prinsipnya berlawanan dengan spray tower. Gas didispersikan kedalam cairan – gelembung gas cukup kecil sehingga kontak antara fasanya menjadi besar. Menara gelembung digunakan dalam sistem dengan tahanan pada fase cairan yang mengontrol kecepatan perpindahan massa secara keseluruhan. Kondisi ini terjadi untuk gas – gas yang tidak mudah larut. 3. Menara dengan bahan isian (packed tower)

Gambar menara bahan isian ( packed tower) Menara bahan isian adalah menara tegak yang diisi dengan bahan isian (packing). Bahan isian dapat terbuat dari keramik juga batu – batuan. Cairan didistribusikan kekelompok bahan isian dan mengalir kebawah pada permukaan bahan isian dalam bentuk lapisan tipis. Gas umumnya mengalir keatas berlawanan arah dengan aliran cairan. Sehingga luas kontak antar fasa menjadi cukup besar. Menara ini digunakan untuk sistem gas – cairan dimana salah satunya atau keduanya tahanan mengontrol. 4. Menara dengan plate – plate Cairan masuk

Gas keluar

gas masuk

Cairan keluar

Gambar menara dengan plate Menara dengan plate – plate dapat berupa buble cup atau slave tray. Pada tiap – tiap plate, gelembung gas yang terbentuk didasar cairan dengan cara memaksa gas melewati lubang – lubang dan saat gelembung gas melewati cairan.

BAB II 2.1 Alat dan bahan 1. Tabung gas CO2 yang dilengkapi pengatur tekanan yang dihubungkan dengan pengatur R pada saluran gas masuk (lihat skema) 2. 300 ml larutan NaOH 1 M 3. Sarung tangan dan kacamata pengaman 4. Corong dan pipa kecil untuk pengisian peralatan analisa. S1

S2

F1

C1

S3 F3

F2 C4

C3

C2

kompresor

C4

tangki

pompa

2.2 Prosedur kerja 1. Dengan menggunakan sarung tangan dan kacamata,isi dua tabung bola pada perangkat analisa absorbsi dibagian kiri panel dengan 1 M NaOH. Atur level permukaan NaOH pada tabung bola sampai angka “0” pada pipa skala menggunakan valve pembuangan CV, dan penampung buangan kedalam labu (lihat gambar A). ulangi prosedur ini setiap kali akan melakukan analisa berikutnya. 2. Isi tanki penampung cairan sampai ¾ bagian dengan air bersih. 3. Dengan valve pengendali aliran gas C2 dan C3 tertutup (lihat skema), mulai dijalankan pompa cairan, atur aliran menu kolom sehingga flowmeter F1 menunjukkan kecepatan tertentu dengan cara mengatur valve C1 4. Mulai dijalankan compressor dan atur valve pengendali C2 sehingga kecepatan aliran pada flowmeter F2 kira – kira 30 L/min 5. Buka secara hati – hati valve regulator tekanan pada tabung CO2, lalu atur valve C3 sampai flowmeter F3 menunjukkan kira – kira 3 L/min. pastikan lapisan cairan didasar kolom tetap terjaga, jika perlu atur dengan valve C4. 6. Pengambilan sampel gas dilakukan setelah 5 menit atau operasi telah berjalan mantap. Ambil sampel gas dari bawah kolom dan dari atas atau tengah kolom. Untuk mengambil sampel gas dari bawah, maka buka valve S3 dengan valve saluran atas S1 dan tengah S2 tertutup, begitu juga sebaliknya. 7. Cara analisa sampel gas (hempl analisis) a. Mula – mula bersihkan sisa gas yang terdapat pada saluran pengambilan sampel dengan cara mengisap saluran itu menggunakan piston dan mendorong/ mengeluarkannya ke atmosfir (dengan saluran pada tabung penyerapan/ tabung terisolasi). Lakukan secara berulang – ulang sebanyak 4 kali sampai diperkirakan saluran sudah dianggap bersih (lihat gambar B dan C) b. Tutup tabung penyerapan/ tabung bola dan lubang ke atmosfir, isi tabung pengisap dengan sampel gas dengan cara menarik piston perlahan – lahan (seperti gambar B) sampai tabung terisi kira – kira 20 mL (V1). Tutup kembali valve S yang telah dibuka tadi. Tutup lubang pengisap dari tabung dan kolom pipa. Tunggu sedikitnya 2 menit agar suhu gas sama dengan suhu tabung (seperti gambar D). Jika cairan ikut terhisap kedalam tabung penghisap, maka ini akan merusak percobaan, sehingga bila menemui kondisi seperti ini maka jangan melanjutkan penarikan piston, dan bacalah skala pada tabung penghisap apa adanya. c. Dengan mengisolasi saluran yang menuju ke kolom, hubungkan tabung penghisap dengan tabung penyerapan/ tabung bola. Level cairan seharusnya tidak berubah. Jika berubah, cepat buka saluran keluar atmosfir. d. Tunggu sampai level cairan di tabung penyerapan/ tabung bola pada posisi “0”, yang menunjukkan bahwa tekanan ditabung adalah atmospheris, lalu tutup saluran ke atmosfir. e. Secara perlahan tekan piston sehingga semua gas berpindah ketabung bola. Setelah itu tarik kembali piston pada posisi semula (lihat gambar E dan F). perhatikan level ketinggian yang terbaca pada skala. Catat volume akhir cairan (V2), yang menunjukkan volume sampai gas CO2 yang dianalisa.

3.3 pengaruh laju alir air terhadap jumlah CO2 terabsorbsi Laju air sangat mempengaruhi jumlah CO2 yang terabsorbsi. Dari data percobaan, banyaknya jumlah CO2 yang terabsorbsi jika laju alir berubah pada valve I dapat dilihat pada grafik 3.2 dan pada valve 2 pada grafik 3.3.

Grafik 3.2. hubungan laju alir air terhadap jumlah CO2 yang terabsorbsi pada valve S1 Dari grafik 3.2 dapat dilihat bahwa pada valve S1, semakin besar laju alir umpan maka semakin beasr jumlah CO2 yang terabsorbsi. Cotohnya, pada laju alir umpan udara konstan (30 L/min) dan laju alir CO2 umpan konstan (9%), dan laju alir air 2 L/min menghasilkan CO2 yang terabsorbsi sebesar 1.2083. ketika laju alir diperbesar menjadi 4 L/min jumlah umpan CO2 teabsorbsi sebesar 1.6821. hal ini terjadi karena jumlah umpan CO2 yang terkandung didalam air semakin bertambah. Laju alir air yang besar akan mempercepat terjadinya keseragaman pembasahan permukaan isian sehingga mengoptimalkan luas permukaan kontak antara gas dan cairan.

Grafik 3.3 grafik hubungan laju alir air terhadap jumlah CO2 yang terabsorbsi pada valve S2.

Sama seperti pada valve S1, dari grafik 3.3 dapat dilihat bahwa laju alir air mempengaruhi besarnya CO2 yang terabsorbsi, dimana semakin besar laju alir maka semakin besar jumlah CO2 yang terabsorbsi, dimana semakin besar laju alir air maka semakin besar jumlah CO2 yang terabsorbsi. Contohnya, pada laju alir umpan udara umpan konstan (30 L/min) dan CO2 umpan konstan (17%), dengan laju alir 2 L/min menghasilkan jumlah CO2 terabsorbsi sebesar 1.3601. ketika laju alir ai diperbesar menjadi 4 L/min, jumlah CO2 terabsorbsi sebesar 3.3706 L/min.

3.4 Pengaruh laju alir CO2 terhadap CO2 terabsorbsi Didalam percobaan, umpan CO2 divariasikan 9%, 13%, dan 17% laju alir CO2, dimana dalam pengaturan laju alir di flowmeter dan pengolahan data dikonversikan kedalam liter per menit (L/min). laju alir CO2 sangat mempengaruhi jumlah CO2 terabsorbsi. Hal ini dapat dilihat pada grafik 3.4 dan grafik 3.5.

Grafik 3.4 hubungan laju alir CO2 terhadap jumlah CO2 yang terabsorbsi pada valve S1.

Dari gambar 3.4 dapat dilihat bahwa pada valve S1 jumlah CO2 terabsorbsi dipengaruhi laju alir CO2, dimana semakin besar laju alir CO2 maka CO2 yang terabsorbsi semakin besar. Misalnya , pada laju alir udara konstan (30 L/min), laju alir air konstan 2 L/min, dan laju alir CO2 9 % menghasilkan CO2 terabsorbsi sebesar 1.2083. ketika laju alir CO2 dinaikkan menjadi 13 % CO2 terabsorbsi naik menjadi 1.5914, dan ketika CO2 dinaikkan lagi menjadi 17% menghasilkan CO2 terabsorbsi sebesar 2.2706. hal ini jelas menunjukkan bahwa dengan menaikkan laju alir CO2 akan memperbesar jumlah CO2 terabsorbsi.

Grafik 3.5 hubungan laju alir CO2 terhadap jumlah CO2 yang teabsorbsi pada valve S2. Dari grafik 3.5 dapat dilihat bahwa laju alir CO2 yang dinaikkan dari 9% menjadi 13%, dan dinaikan lagi menjadi 17% akan memperbesar jumlah CO2 yang terabsorbsi. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar jumlah CO2 yang diumpankan maka semakin besar jumlah CO2 yang terabsorbsi.

3.5 Pengaruh tinggi kolom terhadap jumlah CO2 terabsorsi Penyerapan CO2 oleh absorber ini juga dipengaruhi oleh ketinggian kolom absorbs, karena semakin tinggi kolom absorbs mengakibatkan semakin lama waktu kontak yang terjadi antara gas CO2 dan air, sehingga mengakibatkan jumlah CO2 yang terabsorbsi semakin banyak. Hal ini juga terlihat pada hasil percobaan yang ditabulasikan pada table 3.4 F1 (air) (L/min) 2 2 2 4 4 4

F2 (udara) (L/min)

30

F3 (CO2) Fa(2 – 3) S3 (cm) S2 (cm) S1 (cm) (L/min) (L/min) 2.97 0.3545 4.48 1.0775 6.14 1.3601 0 69.5 140.5 2.97 0.8631 4.48 1.1004 6.14 2.1373 Tabel 3.4 hubungan Fa terhadap ketinggian kolom

Fa (1 – 3) (L/min) 1.2083 1.5914 2.2706 1.6821 1.9652 3.3706

Dari table 3.4 dapat dilihat bahwa nilai Fa(1 – 3) lebih besar dibandingkan dengan nilai Fa(2 – 3). Hal ini dikarenakan perbedaan ketinggian kolom pengambilan sampel, pada pengambilan sampel di valve S1 dengan ketinggian 140.5 cm dan pada valve S2 69.5 cm.

Grafik 3.6 hubungan tinggi kolom pengambilan sampel terhadap jumlah CO2 terabsorbsi

Dari grafik 3.6 dapat dilihat perbedaan nilai Fa pada pengambilan sampel dari masing – masing valve. Pada bagian dasar kolom absorbsi (valve S3) dengan S=0, CO2 belum terabsorbsi. CO2 mulai terabsorbsi pada valve S2, dan jumlah CO2 terabsorbsi maksimum pada valve S1. Jadi, semakin tinggi kolom pengambilan sampel , maka semakin besar jumlah CO2 terabsorbsi.

BAB IV Kesimpulan dan saran 4.1 Kesimpulan 1) Berdasarkan percobaan yang dilakukan, semakin besar laju alir air yang diumpankan kedalam kolom absorbs pada laju alir udara yang sama, maka semakin besar jumlah CO2 yang terabsorbsi 2) Laju alir CO2 yang diperbesar akan menyebabkan jumlah CO2 yang terabsorbsi semakin besar. 3) Semakin tinggi tempat pengambilan sampel pada kolom absorbs, maka semakin besar jumlah CO2 yang terabsorbsi.

4.2 Saran 1) Pada saat melakukan percobaan gunakan pengaman atau alat keselamatan terutama saat memasukkan NaOH kedalam tabung bola 2) Setiap pengambilan sampel, sebaiknya tabung penghisap dibersihkan terlebih dahulu dengan mendorongnya ke atmosfir untuk mendapatkan data yang akurat.

DAFTAR PUSTAKA Treybal, R.E. 1981. Mass transfer operation, 3rd edition. McGraw. Hill. Tim penyusun 2010. Penuntun praktikum laboratorium teknik kimia II. Pekanbaru : Jurusan Teknik kimia FT – UR.