DTK (Makalah Absorbsi) [PDF]

Citation preview

BAB II ISI 2.1 Absorpsi 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 (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi. Karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisik. . Pada absorbsi sendiri ada dua macam proses yaitu absorbsi fisik dan absorbsi kimia



Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi 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 asborbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya, yaitu : 1.



teori model film



2.



teori penetrasi



3.



teori permukaan yang diperbaharui



Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut didalam larutan penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi dengan adanya larutan MEA, NaOH, K2CO3, dan sebagainya. Aplikasi dari absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan gas CO2 pada pabrik amoniak. Penggunaan absorbsi kimia pada fase kering sering digunakan untuk mengeluarkan zat terlarut secara lebih sempurna dari campuran gasnya.



Keuntungan absorbsi kimia adalah meningkatnya koefisien perpindahan massa gas, sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif permukaan. Absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah yang hampir stagnan disamping penangkapan dinamik. Proses absorbsi gas CO2 dapat dilihat dari gambar 2.1



Gambar 2.1 Proses Absorbsi gas CO2



2.2 Fungsi Absorbsi dalam Industri Proses absorbsi dalam industri bertujuan untuk meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan mengubah fasenya. Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas (Formalin adalah larutan formaldehida dalam air, dengan kadar antara 10%-40%) dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Proses dihasilkannya formalin merupakan salah satu contoh fungsi absorbsi dalam industri. 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. 2.3 Kolom Absorbsi Kolom absorbsi Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/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. Kolom absorbsi memiliki bagian-bagian dengan fungsi masing-masing. Bagian-bagian tersebut



terbagi membentuk struktur kesatuan. Struktur dalam absorber (kolom absorbsi) dapat dilihat dari gambar 2.2



Gambar 2.2 Struktur Kolom Absorbsi Struktur kolom absorbsi terbagi menjadi 6 bagian, diantaranya adalah simbol a sebagai Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair, simbol b sebagai out put gas keluar, simbol c sebagai out put gas keluar, simbol d sebagai out put pelarut dan gas terserap keluar, simbol e sebagai tempat pencampuran pelarut dan umpan, dan simbol F sebagai Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi Prinsip kerja kolom absorbsi melalui 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 dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing atau plate dengan tingkat sesuai kebutuhan.



2.4 Tipe-Tipe Kolom Absorbsi Kolom absorbsi terdiri dari berbagai tipe sesuai dengan kegunaan masing-masing. Diantaranya adalah Tray Tower Scrubber, Pocked Coloumn, Spray Tower, dan Bubble Tower. 1. Tray Tower Scrubber Tray tower scrubber merupakan scrubber vertikal, dimana bagian dalam kolom berisi sejumlah tray atau plate yang disusun pada jarak tertentudi sepanjang kolom. Gas mengalir dari bagiaan bawah scrubber akan melintas dar lubang-lubang yang ada pada setiap pelat yang digenangi oleh aliran air yang mengalir dari bagian atas srubber.



Fungsi tray adalah sebagai tempat berlangsungnya proses perpindahan, tempat terbentuknya kesetimbangan, dan alat pemisah dua fasa seimbang. Mekanisme kerja tray tower scrubber dapat dilihat dari gambar 2.3 berikut ini



Gambar 2.3 Tray Tower Scrubber 2. Packed Tower Dalam tower (menara) ini berisi packing, liquida didistribusi diatas packing dan mengalir kebawah membentuk lapisan tipis di permukaan packing. Gas umunya mengalir keatas berlawanan arah terhadap jatuhnya liquid. Kedua fasa (liquid & gas) akan teraduk sempurna. Tower/kolom berpacking ini digunakan bila perpindahan massa dikendalikan oleh kedua tahanan baik gas maupun liquid. Mekanisme kerja packed tower dapat dilihat pada gambar 2.4



Gambar 2.4 Packed Tower 3. Spray Tower Liquida masuk dispraykan dan jatuh karena gravitasi, aliran gas naik berlawanan arah. Nozzle (lubang) spray berfungsi untuk memperkecil ukuran liquida. Jarak jatuhnya liquid ditentukan berdasarkan waktu kontak dan pengaruh jumlah massa yang dipindahkan. Spray Tower digunakan untuk perpindahan massa gas-gas



yang sangat mudah larut dimana tahanan fasa gas yang menjadi kendali dalam fenomena ini. Mekanisme proses spray tower dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut



Gambar 2.5 Spray Tower 4. 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 yang besar Perpindahan massa yang terjadi selama gelembung naik melalui fasa liquid, gerakan gelembung tersebut mengurangi tahanan fasa liquidnya Bubble Tower digunakan bila laju perpindahan massa dikendalikan oleh tahanan fasa gas.



Gambar 2.6 Bubble Tower 2.5 Absorben 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 antara lain Pelarut minimum, Volatility yang rendah (meningkatkan recovery 􀀀eacto dan menurunkan loses pelarut), Stabil (mengurangi kebutuhan penggantian pelarut), Tidak korosif (mengurangi perawatan dan



penggunaan alat anti korosi), Viscositas rendah (menurunkan pressure drop dan kebutuhan pompa, menaikkan aliran massa), Tidak berbusa bila berkontak dengan gas (mengurangi ukuran alat), Tidak beracun dan nonflammable (safety), Kelayakan proses (mengurangi cost, menurunkan kebutuhan untuk external source) Konfigurasi absorber 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. Cairan absorber yang akan didaur ulang masuk kedalam kolom pengolahan dari bagian atasnya dan akan dicampur /dikontakan dengan stripping vapor.Gas ini bisa uap atau gas mulia, dengan kondisi termodinamika yang telah disesuaikan.dengan pelarut yang terpolusi. Absorber yang bersih lalu digunakan kembali di absorpsi kolom.



Absorber yang akan didaur ulang masuk ke kolom pemanasan stripping column. Uap pada stripping dibuat dari cairan pelarut itu sendiri. Bagian yang telah didaur ulang lalu digunakan lagi untuk menjadi absorber.



Sebuah kolom destilasi juga dapat digunakan untuk mendaur ulang. Absorber yang terpolusi dilewatkan kedalam destilasi kolom. Dibawahnya, pelarut dikumpulkan dan dikirim kembali ke absorber.



2.6 Kesimbangan Menurut teori lapisan film, jika dua fase dikontakkan diabatas antar fase terdapat kesimbangan fase. Oleh karena itu, korelasi atau data-data dilapisan batas fase ini sangat perlu diketahui. Data-data kesimbangan telah banyak tersedia, meskipun penelitian tentang ini masih perlu dilakukan. Beberapa buku terutama termodinamika telah menyajikan data keseimbangan untuk sistem tertentu, misal data kelarutan gas Perry (6th ed., pp. 3-101-3303).



Berdasarkan cara kontak antar fase, alat transfer massa difusional dibagi menjadi 2 jenis, yaitu 1. Proses keseimbangan dimana operasi dengan kesimbangan antar fase, yaitu alat dengan kontak bertingkat (stage wise contact/ discree), misalnya menara menggunakan plat atau tray. 2. Proses dikontrol percepatan transfer massa, yaitu alat dengan kontak kontinyu (continous contact), misalnya spary tower, bubble tower dan packed tower.