Bab 2 Absorpsi Fix.docx

BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1

Dasar Teori

II.1.1 Transfer Massa Perpindahan massa terjadi pada komponen dalam campuran berpindah dalam fase yang sama atau dari fase satu ke fase yang lain karena adanya perbedaan konsentrasi. Perpindahan massa dapat dijumpai dalam kehidupan sehari-hari, sebagai contoh, sedikit gula dimasukkan kedalam secangkir kopi pada akhirnya akan larut dengan sendirinya dan mendifusi ke seluruh bagian larutan (Welasih, 2006). Banyak proses pemurnian yang menyangkut perpindahan massa. Contohnya dalam proses uranium, larutan garam uranium diekstraksi dengan pelarut organik. Distilasi pemisahan alkohol dari air juga menyangkut perpindahan massa. Pemisahan SO2 dari “flue gas” dilakukan dengan adsorpsi dalam pelarut dasar (Geankoplis, 1997). Beberapa penelitian mengenai perpindahan massa liquid – solid dalam packed bed menggunakan proses pelarutan asam benzoat dalam air, hal ini disebabkan kelarutan asam benzoat yang kecil menghasilkan fluks massa yang kecil. Adapun sistem pelarutan yang juga dipakai misalnya naphthalene dalam air dan asam stearat dalam air. Operasi perpindahan massa dapat diklasifikasikan sebagai berikut, kontak langsung dua fase yang tak dapat bercampur kategori ini hampir meliputi semua proses perpindahan massa yang sangat penting yaitu sistem dua fase, beberapa komponen pada kesetimbangan kecuali beberapa komposisi fasenya yang berbeda, misalnya uap kesetimbangan kecuali beberapa larutan garam encer yang tidak mengandung garam dan konsentrasi yang cukup didalam liquid. Begitu pula solid yang berkesetimbangan kontak dengan larutan garam baik murni atau garam tergantung pada komposisi eutektis liquid yang terjadi (Treybal, 1981). II.1.2 Absorpsi Absorpsi adalah operasi pemisahan solut dari fase gas ke fase cair, yaitu dengan mengontakkan gas yang berisi solut dengan pelarut cair atau solvent atau absorben yang tidak menguap. Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik atau pada absorpsi fisik atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia atau pada absorpsi kimia (Redjeki, 2013). Dalam proses absorpsi, zat yang diserap masuk ke bagian dalam zat penyerap. Misalnya peristiwa pelarutan atau gas ke dalam zat cair atau zat padat, difusi atau zat cair ke dalam zat padat, warna yang diserap oleh suatu benda atau warna absorpsi, penyerapan sinar bias oleh suatu zat pada peristiwa bias kembar atau absorpsi selektif dan penyerapan energi oleh electron didalam satuan atom atau spectrum absorpsi. Sedangkan pengertian absorpsimetri adalah metode analisis untuk menentukan komposisi suatu zat dengan mengukur cahaya yang diserap bahan itu.

II-1

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas Misalnya, dengan mengetahui frekuensi warna cahaya yang diserap, dapat ditentukan jenis zat penyerap (Taylor, 2013). Difusi adalah proses pergerakan zat dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Perbedaan konsentrasi yang ada pada dua larutan disebut gradien konsentrasi. Difusi akan terus terjadi hingga seluruh partikel tersebar luas secara merata atau mencapai keadaan setimbang dimana perpindahan molekul tetap terjadi walaupun tidak ada perbedaan konsentrasi (Isyafie, 2011). II.1.3 Macam-macam Absorpsi

Menurut Taylor (2013), pada absorpsi sendiri ada dua macam proses yaitu : a. Absorpsi fisik Absorpsi fisik merupakan absorpsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorpsi ini adalah absorpsi gas H2S dengan air, metanol, propilen, dan karbonat. Penyerapan terjadi karena adanya interaksi fisik, difusi gas ke dalam air, atau pelarutan gas ke fase cair. Dari absorpsi fisik ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya, yaitu : 1. Teori model film Dalam teori ini Whitman menyatakan bahwa kesetimbangan diasumsikan terjadi pada permukaan batas (interface) antara fase gas dan cairan sehingga tahanan perpindahan massa pada kedua fase ditambahkan untuk memperoleh tahanan keseluruhan. Model ini menggambarkan tentang adanya lapisan difusi. Perpindahan massa yang terjadi ditentukan oleh konsentrasi dan jarak perpindahan massa, yaitu ketebalan film tersebut. 2. Teori penetrasi Teori penetrasi ini dikemukakan oleh Higbie. Teori menyatakan mekanisme perpindahan massa melalui kontak antara dua fasa, yaitu fasa gas dan fasa liquid. Dalam pernyataannya, Higbie menekankan agar waktu kontak lebih lama. 3. Teori Danckwerts Teori ini digunakan dalam keadaan khusus di mana dianggap massa difusivitas pusaran berlangsung dalam waktu yang bervariasi dan dianggap laju perpindahan massa tidak tergantung dari waktu perpindahan unsur dalam fase cairan tindak pada keadaan stagnan. Sehingga perpindahan massa yang terjadi di interface merupakan harga dari jumlah zat yang terabsorpsi. Jadi dianggap bahwa perpindahan unsur secara tindak fase cairan menuju interface tidak akan mempengaruhi kecepatan perpindahan massanya. b. Absorpsi kimia Absorpsi kimia merupakan absorpsi dimana gas terlarut didalam larutan penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorpsi ini adalah absorpsi dengan adanya larutan MEA, NaOH, K2CO3, dan sebagainya. Aplikasi dari absorpsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan gas CO2 pada pabrik amoniak. Penggunaan absorpsi kimia pada fase kering sering digunakan untuk mengeluarkan

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-2

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas zat terlarut secara lebih sempurna dari campuran gasnya. Keuntungan absorpsi kimia adalah meningkatnya koefisien perpindahan massa gas, sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif permukaan. Absorpsi kimia dapat juga berlangsung di daerah yang hampir stagnan disamping penangkapan dinamik. II.1.4 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Absorpsi Hal-hal menurut Primasto (2015) yang mempengaruhi dalam proses absorpsi: a. Luas Permukaan Kontak Semakin besar permukaan gas dan pelarut yang kontak, maka laju absorpsi yang terjadi juga akan semakin besar. Hal ini dikarenakan, permukaan kontak yang semakin luas akan meningkatkan peluang gas untuk berdifusi ke pelarut. b. Laju Alir Fluida Jika laju alir fluida semakin kecil, maka waktu kontak antara gas dengan pelarut akan semakin lama. Dengan demikian, akan meningkatkan jumlah gas yang berdifusi. c. Tekanan Operasi Peningkatan tekanan akan meningkatkan efisiensi pemisahan. d. Temperatur Komponen Terlarut dan Pelarut Temperatur pelarut hanya sedikit berpengaruh terhadap laju absorpsi. II.1.5 Penerapan Absorpsi dalam industri Tujuan Absorpsi dalam dunia Industri menurut Redjeki (2013) adalah meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya Contoh : Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas atau formalin adalah larutan formaldehida dalam air, dengan kadar antara 10%-40% dapat dihasilkan melalui proses absorpsi. Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor, dimana di dalam air formaldehid akan mengalami proses polimerisasi. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 550C, dimasukkan ke dalam absorber. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar laiinnya terdiri dari metanol, air, dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan counter current contact dengan air proses. II.1.6 Kolom absorpsi Alat proses absorpsi dinamakan absorber, dan bagian paling penting dalam absorber adalah kolom absorpsi. Kolom absorpsi dalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorpsi atau penyerapan atau penggumpalan dari zat yang dilewatkan di kolom atau tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut struktur kolom absorpsi adalah sebagai berikut (Redjeki,2013).

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-3

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas

Gambar II.1 Bagan kolom absorpsi

Bagian a Bagian b Bagian c Bagian d Bagian e Bagian f

: Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair. : out put gas keluar : in put pelarut masuk : out put pelarut dan gas terserap keluar : tempat pencampuran pelarut dan umpan : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorpsi

Commented [L1]:

II.1.7 Prinsip Kerja Kolom Absorpsi Menurut Redjeki (2013), prinsip kerja kolom absorpsi adalah sebagai berikut : a. Kolom absorpsi 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. b. 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 absorpsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing atau plate dengan tingkat sesuai kebutuhan. II.1.8 Jenis-Jenis Kolom Absorpsi Menurut Samsudin (2015) kolom absorpsi pun terdapat beberapa jenis, diantaranya adalah : a. Tray Tower Berbentuk seperti rak-rak yang tersusun. Tiap tray akan terjadi proses transfer massa. Pemilihan tray tower dipengaruhi oleh kecepatan gas. Efisiensi pemisahan akan tinggi bila kecepatan gas yang mengalir juga tinggi. Di dalam Menara Absorber Bertalam atau tray absorber, berlangsung operasi perpindahan massa secara kontak multi-tahap atau bertahap-jamak

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-4

Commented [L2]: Sitasi mana ? kalau redjeki berarti menurut

Commented [L3]: LURUSIN ANGKA 7 YA

Commented [L4]: IN JUGA

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas antara gas dan cairan. Dalam setiap tray atau talam tersebut, cairan atau yang berperan sebagai absorben dikondisikan ke dalam suatu sistem kontak intensif dengan gas yang mengandung absorbat atau absorptif sehingga tercapai keadaan keseimbangan, yang berarti terjadi sau tahap yang ideal pada talam tersebut. Pada tahap yang ideal tersebut, komposisi rata-rata cairan yang meninggalkan talam berada dalam kesetimbangan dengan jumlah cairan yang meninggalkan talam tersebut. Langkah yang terutama dan terpenting dalam perancangan menara absorber Bertalam adalah penentuan atau perhitungan jumlah talam atau number of trays. Skematis menara talam dimaksud disajikan pada gambar II.6 di bawah ini. Cairan masuk dari atas kolom atau liquid in sedangkan gas diumpankan dari bawah atau Gas in (Setijo,2015).

Efisiensi Tahap =

Jumlah dari TAHAP Jumlah dari TAHAP sesungguhnya (nyata)

Commented [L5]: Fontnya dikecilkan maksimal kotknya lurus sm paragraf

.……… (Persamaan 1)

Gambar II.2 Skematis Absorber Bertalam-jamak dengan Sistem Aliran Gas dan Cairannya

Parameter-parameter di bawah ini harus diketahui dalam penentuan atau perhitungan jumlah tahap, yaitu: 1. Laju Gas Umpan atau simbol: Gs. 2. Konsentrasi gas pada masukan inlet, YN +1 dan keluaran outlet, Y1 dari menara absorpsi. 3. Laju Cairan Minimum atau simbol: Lmin sedangkan Laju Cairan Aktual atau simbol: Ls dapat ditentukan antara 1,2 – 2 kali dari Lmin. 4. Data Kesetimbangan yang diperlukan untuk konstruksi Kurva Kesetimbangan. Setelah semua data atau parameter di atas diketahui, maka Jumlah Tahap Teoretis dapat diperoleh, baik secara grafis ataupun melalui persamaan aljabar (Setijo,2015).

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-5

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas

Gambar II.3 Tray Tower

b.

Packed Tower Dalam tower atau menara ini berisi packing, liquid didistribusi di atas packing dan mengalir ke bawah membentuk lapisan tipis di permukaan packing. Kedua fasa, liquid & gas akan teraduk sempurna. Tower/kolom berpacking ini digunakan bila perpindahan massa dikendalikan oleh kedua tahanan baik gas maupun liquid.

c.

Spray Tower Cairan masuk dispraykan dan jatuh karena gravitasi, aliran gas naik berlawanan arah. Nozzle atau lubang spray berfungsi untuk memperkecil ukuran liquid. Spray Tower digunakan untuk perpindahan massa gas-gas yang sangat mudah larut dimana tahanan fasa gas yang menjadi kendali dalam fenomena ini.

Gambar II.4 Packed Tower

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-6

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas

Gambar II.5 Spray Tower

d.

Bubble Tower Bubble Tower pada prinsipnya merupakan kebalikan dari spray tower. Dalam tower ini gas terdispersi kedalam fasa liquid membentuk gelembung kecil. Gelembung yang kecil ini menjadikan kontak antar fasa menjadi besar. Bubble Tower digunakan bila laju perpindahan massa dikendalikan oleh tahanan fasa gas.

Gambar II.6 Bubble Tower

II.1.9 Absorben Menurut Redjeki (2013), Absorben atau pelarut adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Syarat-syarat absorben atau pelarut adalah : a. Pelarut minimum b. Volatility yang rendah yaitu meningkatkan recovery reacto dan menurunkan loses pelarut. c. Stabil yaitu mengurangi kebutuhan penggantian pelarut d. Tidak korosif yaitu mengurangi perawatan dan penggunaan alat anti korosi e. Viskositas rendah yaitu menurunkan pressure drop dan kebutuhan pompa, menaikkan aliran massa. f. Tidak berbusa bila berkontak dengan gas yaitu mengurangi ukuran alat. g. Tidak beracun dan nonflammable atau safety. h. Kelayakan proses yaitu mengurangi cost, menurunkan kebutuhan untuk external source.

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-7

Commented [L6]: Poin abcdnya lurus angka 9 aja 

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas II.1.10 Pengolahan Pelarut Dalam Kolom Absorber Menurut Redjeki (2013) proses pengolahan kembali pelarut dalam proses kolom absorber adalah sebagai berikut : a. Konfigurasi absorber akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami dari pelarut yang digunakan b. Aspek Thermodynamic (suhu dekomposisi dari pelarut), Volalitas pelarut,dan aspek kimia atau fisika seperti korosivitas, viskositas, toxisitas, juga termasuk biaya, semuanya akan diperhitungkan ketika memilih pelarut untuk spesifik sesuai dengan proses yang akan dilakukan. c. Ketika volalitas pelarut sangat rendah, contohnya pelarut tidak muncul pada aliran gas, proses untuk meregenerasinya cukup sederhana yakni dengan memanaskannya.

Commented [L7]: KNP SUBBAB SEBANYAK INI

II.1.11Neraca Massa Absorbsi Neraca massa yang berlaku pada kolom absorber adalah sebagai berikut : Commented [L8]: Ndk keliahatan gambarnya . dibuat manual di word

Gambar II.7 Skema neraca massa pada kolom isian

Neraca massa umum : L out x out + G out y out = L in x in + G in y in

……..(Persamaan 2)

Dimana : G in = Laju alir molar inlet gas G out = Laju alir molar outlet gas L in = Laju alir molar inlet liquid L out = Laju alir molar outlet liquid x = Fraksi mol gas terlarut dalam liquid murni y = Fraksi mol gas terlarut dalam inert gas

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-8

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas

II.2 Jurnal Aplikasi Industri Proses Absorpsi Gas CO2 di Departemen Produksi I PT PETROKIMIA GRESIK Emmaza Kharisma dan Enggustira Alfebrian 2013 Proses penyerapan CO2 dikerjakan di absorber dengan melewatkan gas pada larutan benfield. Gas CO2 harus dihilangkan untuk mencegah pencemaran katalis converter. Pemisahan sejumlah besar CO2 dari raw synthesis gas dilakukan dengan absorpsi secara counter current dengan larutan benfield. Larutan benfield adalah larutan yang terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut: potassium karbonat 25-30% berat, diethanolamine 3-5% berat, corrossion inhibitor (vanadium pentaoxide) 0,5-0,6% berat dan air sebagai pelarut. Proses penyerapan CO2 dikerjakan di absorber, DEA menyerap sisa CO2 mengatur target operasi 0,06-0,1% CO2 pada gas

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-9

Laboratorium Peralatan Perpindahan Massa dan Panas yang keluar di CO2 absorber. V2O5 membentuk lapisan pelindung pada dinding dalam absorber dan dapat menurunkan korosi pada pipa-pipa, vessel-vessel dan pompapompa. Gas masuk CO2 absorber lalu naik keatas melewati dua bed terbawah. Gas tersebut kontak dengan larutan semi lean benfield yang sudah teregenerasi sebagian, dan pada kontak pertama ini sebagian besar CO2 terserap oleh larutan. Aliran gas yang sebagian besar CO2 sudah terserap akan terus naik ke atas melalui bed paling atas dan disini terjadi kontak dengan larutan lean solution benfield yang turun kebawah. Pada kontak kedua ini sebagian besar CO2 sisa terserap, dan gas keluar CO2 absorber pada 70oC dan masuk ke absorber KO Drum. Larutan dikeluarkan dari KO Drum secara blow down manual dan dikirim ke tangki pengumpulan dan dijadikan chemical waste. Setelah terjadi kontak dengan raw synthesis gas CO2 absorber maka larutan benfield yang kaya CO2 tersebut terkumpul dibagian bottom CO2 absorber. Temperatur rich solution benfield pada bottom CO2 absorber diharapkan 116oC. Larutan tersebut lalu ditarik dan dilewatkan kedalam hydraulic turbine dimana larutan yang kaya CO2 itu diregenerasi sebagian oleh ekspansi tekanan yang lebih rendah. Kemudian larutan yang kaya CO2 dialirkan kedalam stripper feed flash drum untuk menghilangkan CH4, H2, dan hidrokarbon lainnya. Gas-gas yang diserap tersebut mengalir kedalam fuel gas system. CO2 absorber adalah tower yang berpacking dengan tiga bed metallic packing dari carbon steel dan stainless steel yang digunakan untuk memberikan kontak dengan baik antara raw synthesis gas dengan larutan benfield. Dibagian atas terdapat sparger dari lean solution benfield, diantara top bed dan middle bed terdapat sparger untuk semi lean solution benfiled, sedangkan sparger dari gas inlet terletak dibagian bawah bed bottom. Terdapat demister pad pada bagian atas absorber yang dipergunakan untuk menangkap butiran air yang terikut gas keluar tower. KO Drum berfungsi untuk memisahkan larutan benfield yang terikut aliran gas. Hasil keluaran raw synthesis gas yang menuju KO Drum tadi mempunyai komposisi sebagai berikut: H2 = 73,59%, N2 = 25,30%, CO = 0,37%, CO2 = 0,06%, CH4 = 0,36%, Ar = 0,32%. Hasil dari proses absorpsi adalah larutan yang kaya CO 2 atau larutan rich solution Benfield yang tidak terdapat atau tidak mengandung gas-gas seperti CH4, H2, dan hidrokarbon lainnya. Lalu, tahap selanjutnya adalah larutan yang kaya CO2 atau rich solution Benfield masuk ke CO2 stripper dengan temperatur 1070C.

Departemen Teknik Kimia Industri FV- ITS 2019

II-10