Makalah Absorpsi New [PDF]

Citation preview

Bab II Pembahasan 2.1



Pengertian Absorpsi Absorbsi adalah peristiwa penyerapan pada permukaan suatu zat adsorban.



Misalnya suatu zat padat akan cenderung menarik molekul-molekul gas atau zat cair pada permukaannya. 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. Absorpsi



adalah



suatu



proses



pemisahan suatu



komponen



fluida



dari campurannya dengan menggunakan solven atau fluida lain. Absorpsi dapat dilakukan pada fluida yang relatif berkonsentrasi rendah maupun yang bersifat konsentrat. Prinsip operasi ini adalah memanfaatkan besarnya difusivitas molekulmolekul gas pada larutan tertentu. Dengan demikian bahan yang memiliki koefisien partisi hukum Henry rendah sangat disukai dalamoperasi ini. Tujuan dari operasi ini umumnya adalah untuk memisahkan gas tertentu dari campurannya. Biasanya campuran gas tersebut terdiri dari gas inert dan gas yang terlarut dalam cairan. Cairan yang digunakan juga umumnya tidak mudah menguap dan larut dalam gas. Sebagai contoh yang umum dipakai adalah absorpsi amonia dari campuran udara-amonia oleh air. Setelah absorpsi terjadi, campuran gas akan di-recovery dengan cara distilasi. Peristiwa absorpsi adalah salah satu peristiwa perpindahan massa yang besar peranannya dalam proses industri. Operasi ini dikendalikan oleh laju difusi dan kontak antara dua fasa. Operasi ini dapat terjadi secara fisika maupun kimia. Contoh dari absorpsi fisika antara lain sistem amonia-udara-air dan aseton-udaraair. Sedangkan contoh dari absorpsi kimia adalah NOx-udara-air, dimana NOx akan bereaksi dengan air membentuk HNO3.



Peralatan yang digunakan dalam operasi absorpsi mirip dengan yang digunakan dalam operasi distilasi. Namun demikian terdapat beberapa perbedaan menonjol pada kedua operasi tersebut, yaitu sebagai berikut:  Umpan pada absorpsi masuk dari bagian bawah kolom, sedangkan pada distilasi umpanmasuk dari bagian tengah kolom.  Pada absorpsi cairan solven masuk dari bagian atas kolom di bawah titik didih,sedangkan pada distilasi cairan solven masuk bersama-sama dari bagian tengah kolom.  Pada absorpsi difusi dari gas ke cairan bersifat irreversible, sedangkan pada distilasidifusi yang terjadi adalah equimolar counter diffusion.  Rasio laju alir cair terhadap gas pada absorpsi lebih besar dibandingkan pada distilasi. 2.2 Jenis-jenis Absorpsi 2.2.1 Absorpsi Fisik 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 2.2.2 Absorpsi Kimia 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 CO 2 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. Reaksi :CO2(g)+ NaOH(aq)→ NaHCO3(aq) 2.3



Faktor-faktor yang Berpengaruh pada Operasi Absorpsi Dalam operasi absorpsi, terdapat beberapa hal yang dapat berpengaruh



terhadap proses absorpsi itu sendiri, antara lain: 1) Laju Alir Absorben Semakin besar laju alir absorben, maka proses penyerapan akan semakin baik. 2) Komposisi Zat Terlarut dalam Absorben Jika terdapat senyawa yang mampu beraksi dengan zat yang akan diabsorpsi maka penyerapan lebih baik karena zat terlarut di dalam absorben akan mengikat zat yang akan diabsorpsi. 3) Suhu Operasi Semakin rendah suhu operasi, maka proses penyerapan akan semakin baik. 4) Tekanan Operasi Semakin tinggi tekanan operasi, penyerapan semakin baik sampai pada batas tertentu. Di atas tekanan maksimum (untuk hidrokarbon biasanya 4000-5000 kPa), penyerapan lebih buruk. 5) Laju Alir Gas Semakin besar laju alir gas, penyerapan semakin buruk. 2.4 Mekanisme Absorpsi 1. Difusi Pasif Zat aktif dapat melarut dalam konstituen membraner pelaluan terjadi menurut suatu gradient atau perbedaan (konsentrasi atau elektrokimia-potensial kimia), tanpa menggunakan energi atau kekuatan sampai di suatu keadaan kesetimbangan di kedua sisi membrane.



Gaya pendorong (driving force) untuk perpindahan solute kompartemen luar ke kompartemen dalam ialah gradient konsentrasi yaitu perbedaan konsentrasi di kedua sisi membran. Difusi pasif ditekankan pada: Proses difusi zat melalui membrane lipid, lalu masuk lagi ke fase cairan air. 2.



Transfer konvectif Suatu mekanisme positif, berkenaan dengan pelaluan zat melewati pori-pori membrane yang terjadi disebabkan gradient tekanan hidrostatik atau osmotic. Obat larut dalam medium air pada tempat absorpsi, bergerak melalui pori bersama pelarutnya. Untuk semua substansi ukuran kecil BM < 150, larut di dalam air melalui kanal-kanal membrane berukuran 4-7 Ao. Dalam hal absorpsi disebut juga absorpsi konvektif .



3.



Transpor aktif Suatu cara pelaluan yang sangat berbeda dengan difusi pasif, diperlukan suatu carrier/ transporter/ pengemban. Obat harus larut pada tempat absorpsi. Tiap obat memerlukan carrier spesifik. Sebelum diabsorpsi obat berikatan dengan carrier mengikuti teori pengikatan obat-reseptor. Carrier : suatu konstituen membrane, enzim atau setidak-tidaknya sebagai substansi proteik, mampu membentuk kompleks dengan zat aktif di permukaan membrane dan lalu memindahkannya dan di lepaskan disisi yang lain. Selanjutnya carrier kembali ke tempat semula. Transport aktif dengan carrier ini memerlukan energi dan ini di peroleh dari hasil hidrolisa ATP di bawah pengaruh ATP ase. 1



ATP → ADP + Energi Dalam hal ini setiap substansi yang menghalangi atau mencegah reaksi pembentukan energi ini akan berlawanan dengan transport aktif. Misal obat yang mempengaruhi metabolisme sel seperti CN, F, ion iodium acetate menghambat transport aktif dengan cara non kompetitif Cara ini melawan gradient konsentrasi dalam hal ini ion-ion melawan potensial elektrokimia membran. Bila jumlah obat lebih besar dari pada carrien akan terjadi



kejenuhan. Obat + carrier → kompleks Obat. Carrier → bergerak melintasi membrane menggunakan energi ATP → di bagian dalam membrane obat dilepas, carrier kembali ke permukaan luar membran. 4.



Transport Fasilitatif Transport fasilitatif disebut juga difusi dipermudah. Pada dasarnya sama dengan transport aktif, perbedaannya tidak melawan gradient konsentrasi. Difusi dengan pertolongan carrier akan tetapi tidak membutuhkan energi luar dan berjalan sesuai engan gradient konsentrasi. Contoh klasik vitamin B12, dimana vitamin B12 membentuk kompleks dengan factor intrinsik yang di produksi lambung, kemudian bergabung dengan carrier membran.



5.



Ion-Pair ( Tranfer Pasangan Ion) Obat-obat yang terionisasi kuat pada pH fisiologis tidak dapat dijelaskan cara absorpsi lain. Ex : senyawa ammonium quarterner, senyawa asam sulfonat. Ammonium quarterner, asam sulfonat (bermuatan positif) + substansi endogen GIT (=kation organic seperti mucin) → membentuk kompleks pasangan ion netral ( dapat menembus membrane) → kemudian diabsorpsi secara difusi pasif → disosiasi. Karena kompleks tersebut larut dalam air dan lipoid. 6. Pinositosis Suatu proses yang memungkinkan pelaluan molekul-molekul besar melewati membrane, dikarenakan kemampuan membrane membalut mereka dengan membentuk sejenis vesicula (badan dibalut) yang menembus membran. Suatu obat mungkin di absorpsi lebih dari satu mekanisme, seperti :  Vitamin B12 : transport fasilitatif + difusi pasif  Glikosida Jantung : transport aktif dan sebagian difusi pasif



 Molekul kecil : difusi pasif dan transport konvektif 2.5 Teori-teori dalam Absorber 2.5.1. Teori Film Teori film bersifat elementer, semua aliran di dalam aliran fluida turbulen terkonsentrasi dalam suatu stagnant film. Berikutnya terhadap dinding atau batas stasioner fluida, menurut model ini semua driving forerce atau garad konsentrasi untuk mengurangi stagnant film serta konsentrasi di dalam bulk fluida adalah konstan, hal ini dikarenakan oleh adanya turbulen yang tingi. Turbulen yang tingi mengurangi stagnant fluida. Dalam teori film ketebalan film efektif ditentukan oleh bagaimana kondisi laminer dan turbulen. Gradien konsentrasi merupakan karakteristik steady state. Persyaratan kontak antara liquid dan gas merupakan persyaratan yang paling sulit dicapai, terutama pada tower yang besar. Secara ideal, terdistribusi dari top packing, mengalir dalam bentuk film tipis dari seluruh permukaan packing turun ke bawah tower. Sebenarnya film tersebut, cenderung menebal pada beberapa tempat dan menipis di tempat lain, sehingga liquid itu mengumpul menjadi arus-arus kecil dan mengalir melalui lintas-lintas tertentu dalam packing. Lebih-lebih pada laju aliran rendah, sebagian besar permukaan mungkin kering atau sedikitnya diliputi oleh film stagnant liquid. Efek ini disebut sebagai chanelling dan merupakan penyebab utama dari unjuk kerja yang kurang memuaskan pada menara berukuran besar. 2.5.2.Teori Penetrasi Suatu gelembung gas yang berada pada likuid yang bergerak ke luar dari likuid, dituliskan dalam persamaan menjadi :



KL ( ) Rumus di atas digunakan



berdasarkan teori penetrasi. Dimana θ



merupakan waktu yang diperlukan oleh gelembung gas untuk naik dengan jarak tempuh sama dengan jarak gelembung. Teori penetrasi digunakan oleh Higbie untuk menganalisa fase cair. Dalam absorbsi gas dimana cairan diasumsikan



sebagai aliran laminer atau stasioner. Higbie mempertimbangkan bahwa transfer di dalam cairan dengan transport molekul unsteady state. Konsep yang dikemukakan oleh Higbie ini menghasilkan suatu persamaan untuk fluks masa pada titik yang berada pada permukan cairan yang diekspose untuk absorpsi gas. Berbeda halnya dengan Danckwerte yang menggunakan konsep unsteady state ini untuk absorpsi di dalam suatu cairan turbulen dengan mengangap random surface renewal. Kemudian Marcello, yang melakukan perbaikan terhadap model film penetrasi. Yaitu dengan kombinasi dari dua model di atas pada Sc yang rendah model film steady state kelihatanya pada Sc yang tinggi.



Sedangkan pada model unsteady state surface renewal lebih



mengambarkan situasi yang menguntungkan. 2.5.3 Teori Permukaan yang Diperbaharui Teori permukaan yang diperbaharui, menunjukkan bahwa adanya zona yang mempunyai elemen-elemen permukaan dengan waktu keberadaan yang tak terhingga dan fungsi distribusi umur permukaan. Teori ini dapat membantu kita untuk memvisualisasikan mekanisme perpindahan massa pada interface dan juga untuk mengetahui ketergantungan difusivitas molekuler secara eksponensial terhadap koefisien perpindahan massa. 2.6



Penggunaan Absorpsi Berdasarkan kegunaan dari absorber, maka absorber dibagi menjadi :



1.



Packed Tower Dipilih untuk menangani material yang sangat korosif, liquid yang berbuih, tower yang diameternya besar dan melibatkan pressure drop yang rendah.



2.



Plate Tower Dirancang untuk operasi absorpsi gas atau stripping gas yang memiliki banyak persamaan untuk menurunkan angka. Perbedaanya terletak pada pemisahan yang didasarkan pada pemdistribusian berbagai substansi antara fase gas dan liquid ketika seluruh komponen antara dua fase.



3.



Stirred Tank Digunakan pada sistem reaksi kimia di mana gas akan diabsorpsi terlebih dahulu dan kemudian akan bereaksi dengan suatu komponen dengan larutan. Alat ini memiliki kelebihan ketika reaksi berjalan lambat, dalam hal ini pada fase liquid, sehingga membutuhkan residence time yang lama dibandingkan dengan waktu yang disediakan.



4.



Sparged Tower Mempunyai efisien dan massanya lebih rendah dibandingkan stirred tank.



5.



Spray Chamber Digunakan untuk skala besar dengan sistem dasarnya untuk mengalirkan SO2 dari boiler gas buangan yang dikeluarkan dari stasiun pembakaran batubara.



6.



Venturi Scrubber Umumnya digunakan untuk mengalirkan bahan-bahan partikel dari aliran gas ke penyerapan uap terlarut.



7.



Falling Film Absorber Tipe ini sangat cocok untuk skala besar atau komersil di mana panas yang diperbolehkan selama absorpsi sangat tinggi. Absorpsi gas adalah operasi di mana campuran gas dikontakkan dengan



liquid untuk tujuan melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan menghasilkan larutan gas dalam liguid. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas ke liquid. Kecepatan larut gas dalam absorben liquid tergantung pada kesetimbangan yang ada, karena itu diperlukan karakteristik kesetimbangan sistem gas-liquid. 2.6.1. Sistem Dua Komponen Bila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan liquid yang tidak mudah menguap, yang akan larut sampai tercapai keadaan setimbang. Konsentrasi gas yang larut disebut kelarutan gas pada kondisi temperatur dan tekanan yang ada. Pada T tetap, kelarutan gas akan bertambah bila P dinaikkan pada absorben yang sama. Gas yang berbeda mempunyai kelarutan yang berbeda. Pada umumnya kelarutan gas akan menurun bila T dinaikkan.



2.6.2. Sistem Multi komponen Bila campuran gas dikontakkan dengan liquid pada kondisi tertentu, kelarutan setimbang, gas tidak akan saling mempengaruhi kelarutan gas, yang dinyatakan dalam tekanan parsiil dalam campuran gas. Bila dalam campuran gas ada gas yang sukar larut maka kelarutan gas ini tidak mempengaruhi kelarutan gas yang mudah larut. Pada beberapa komponen dalam campuran gas mudah larut dalam liquid, kelarutan masing-masing gas tidak saling mempengaruhi bila gas tidak dipengaruhi oleh sifat liquid. Ini hanya terjadi pada larutan ideal. Karakteristik larutan ideal yaitu: 1.



Gaya rata-rata tolak menolak dan tarik menarik dalam larutan tidak berubah, dalam campuran bahan, volume larutan berubah secara linear.



2.



Pada pencampuran bahan tidak ada panas yang diserap maupun yang dilepaskan.



3.



Tekanan uap total larutan berubah secara linear dengan komposisi. Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorpsi gas dan beberapa



operasi lain ialah menara isian. Alat ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk sekunder



atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang



distribusi pada bagian bawah, pemasukan zat cair dan distributornya pada bagian atas, sedang pengeluaran gas dan zat cair masing-masing pada bagian atas dan bagian bawah serta tower packing. Penyangga itu harus mempunyai fraksi ruang terbuka yang cukup besar untuk mencegah terjadinya pembanjiran pada piring penyangga itu. Zat cair yang masuk disebut weak liquor berupa pelarut murni atau larutan encer zat terlarut di dalam pelarut, didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada operasi yang ideal membebaskan permukaan isian secara seragam. Gas yang mengandung zat terlarut disebut fat gas, masuk ke ruang pendistribusian yang terdapat di bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah-celah antara isian berlawanan arah dengan aliran zat cair. Isian itu memberikan permukaan yang luas untuk kontak zatcair dan gas serta membantu terjadinya kontak antara kedua fase. Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah:



1. Harus tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara 2. Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat. 3. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi. 4. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dengan gas. 5. Harus tidak terlalu mahal. Prinsip-prinsip absorpsi tergantung pada banyaknya gas atau zat cair yang akan diolah sifat-sifatnya, rasio antara kedua arus itu, tingkat perubahan konsentrasi dan pada laju perpindahan massa persatuan volume isian. Laju optimum zat cair untuk absorpsi didapatkan dengan menyeimbangkan biaya operasi untuk kedua unit dan baiaya tetap untuk peralatan. Bila gas hanya diumpankan ke dalam menara absorpsi, suhu di dalam menara itu berubah secara menyolok dari dasar menara ke puncaknya. Kalor absorpsi zat terlarut menyebabkan naiknya suhu larutan, penguapan pelarut cenderung menyebabkan suhu turun. Efeknya secara menyeluruh ialah peningkatan suhu larutan, tetapi di dekat dasar kolom suhu itu bisa sampai melewati maksimum. Bentuk profil suhu bergantung pada laju penyerapan zat terlarut, penguapan dan kondensasi pelarut, serta perpindahan kalor antara kedua fase. Laju absorpsi dapat dinyatakan dengan 4 cara yang berbeda yaitu: 1.



Menggunakan koefisien individual



2.



Menggunakan koefisien menyeluruh atas dasar fase gas atau zat cair.



3.



Menggunakan koefisien volumetrik.



4.



Menggunakan koefisien persatuan luas.



2.7



Kesetimbangan Gas – Cairan Bila suatu gas dikontakkan dengan absorbent, maka akan terjadi transfer



massa : 



Gas terlarut ke dalam cairan (absorbent)







Sebagian absorbent teruapkan.



Transfer massa ini akan terhenti bila telah tercapai keadaan setimbang, dimana cairan telah jenuh dengan impurities. Pada kesetimbangan larutan ideal, maka kesetimbangan tersebut akan mengikuti hukum Raoult. PA* = PAo . XA* PA* = Tekanan partial



Dimana:



PAo = Tekanan Uap murni Mol Gas Mol Cairan



XA* = Mole fraksi zat A =



Gas dalam ruang akan mengikuti hukum Dalton: PA = YA : PT ------ YA = PA = P



o A



PA Ptot



Pao . X A . XA ------ YA = Ptot



===> Pada kesetimbangan, maka : YA* =



PAo PT



. XA mole A



YA = mole fraksi A dalam gas = mol gas total *



= tanda dalam keadaan setimbang.



Pt = P total. 2.8



Larutan Non Ideal Hukum Roult mempunyai penyimpanan yang cukup besar untuk larutan non



ideal. Hukum Roult bisa digunakan dalam proses absorpsi gas hydrocarbon di bawah tekanan (60 psia). Penyimpangan makin besar dengan kenaikan tekanan. Untuk larutan non ideal, hubungan antara consentrasi zat dalam gas dan cairan dinyatakan dalam : Hukum Hendry: Y* = m . X m = H = K = Konstante Hendry yang didapat secara experimental.



Pada perhitungan kesetimbangan uap cairan pada minyak, harga-harga K ini dihitung secara experiment dan kemudian digrafikkan. Harga K ini merupakan:



Y* X*



K =



= Konst. Kesetimbangan. Harga K dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur serta oleh adanya komponent lain di dalam system. Untuk kesetimbangan butane cair dan uap saja, harga K berbeda dengan harga K dari n-butane yang berkesitambangan dengan cairan campuran n-butane dan etane. 2.9



Kurva Kesetimbangan Konsentrasi zat dapat dinyatakan : Mole fraksi : YA = YA =



YnA



nA  solvent murni



XA =



XA



nA  X solvent murni



nA n A  dry gas



Dimana : n



= jumlah mol



XA = mole fraksi A dalam cairan YA = mole fraksi A dalam gas Untuk memudahkan, dipakai konsentrasi dalam mole ratio mole A mole solvent murni



XA =



xA 1 - xA



mole A mole dry gas



YA =



yA 1 - yA



Dimana : xA = mole ratio A dalam liquid yA = mole ratio A dalam gas mole ratio dipakai dalam perhitungan secara grafis.



Grafik - 3 Hubungan kesetimbangan dapat dinyatakan dalam secara grafis. y



y yx = Kx y = kx x mole fraksi



x mole ratio



Grafik – 1 Mis: grafik untuk C4 . 75oF 2 atm (vap-press = 2,33 atm)



2.10 Absorben Absorben 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. Persyaratan absorben: 1.



Kelarutan Bahan Kelarutan bahan harus tinggi sehingga meningkatkan laju absorpsi dan menurunkna kuantitas absorben yang diperlukan. Umumnya absorben yang memiliki sifat yang sama dengan bahan terlarutakan lebih mudah dilarutkan. Jika bahan larut dengan baik di dalam fraksi mol yang sama pada beberapa jenis absorben, maka dipilih absorben yang memiliki berat molekul paling kecil agar didapatkan fraksi mol bahan terlarut yang lebih besar. Jika terjadi reaksi kimia dalam operasi absorpsi maka umumnya kelarutan akan sangat



besar. Namun bila absorben akan di-recovery maka reaksi tersebut harus reversible.



Sebagai



contoh,



etanol



amina



dapat



digunakan



untuk



mengabsorpsi hidrogen sulfida dari campuran gas karena sulfida tersebut sangat mudah diserap pada suhu rendah dan dapat dengan mudah dilucut pada suhu tinggi. Sebaliknya, soda kostik tidak digunakan dalam kasus ini karena walaupun sangat mudah menyerap sulfida tapi tidak dapat dilucuti dengan operasi stripping. 2.



Volatilitas Pelarut harus memiliki tekanan uap yang rendah, karena jika gas yang meninggalkan kolom absorpsi jenuh terhadap pelarut maka akan ada banyak solven yang terbuang. Jika diperlukan dapat digunakan cairan pelarut kedua yang volatilitasnya lebih rendah untuk menangkap porsi gas yang teruapkan. Aplikasi ini umumnya digunakan pada kilang minyak di mana terdapat



menara



absorpsi



hidrokarbon



yang



menggunakan



pelarut



hidrokarbon yang cukup volatil dan dibagian atas digunakan minyak nonvolatil untuk me-recovery pelarut utama. Demikian juga halnya dengan hidrogen sulfida yang diabsorpsi dengan natrium fenolat lalu pelarutnya direcovery dengan air. 3.



Korosivitas Pelarut dan gas yang bersifat korosif dapat menyebabkan korosi pada material dan peralatan, sehingga baik pelarut maupun gas yang diabsorpsi diusahakan bukan senyawa yang korosif. Pelarut dan gas yang bersifat korosif dapat merusak peralatan sehingga biaya material menjadi tinggi.



4.



Viskositas Viskositas pelarut yang rendah amat disukai karena akan terjadi laju absorpsi yang tinggi, meningkatkan karakter flooding dalam kolom, jatuh-tekan yang kecil dan sifat perpindahan panas yang baik. Pelarut dengan viskositas rendah disukai karena lebih menguntungkan. Pelarut dengan viskositas rendah lebih menguntungkan karena : a) Pelarut viskositas rendah dapat mempercepat laju absorpsi



b) Perpindahan massa akan lebih baik dan akan mencegah flooding pada kolom absorpsi c) Perbedaan tekanan yang rendah (less pressure drop) d) Perpindahan panas akan lebih baik karena molekul-molekul yang dapat bergerak aktif 5.



Stabil Secara Termis Solven yang dibutuhkan adalah solven yang dapat digunakan pada temperature rendah maupun temperature tinggi tanpa mengubah sifat solven itu sensiri.



6.



Harga Penggunaan solven yang mahal dan tidak mudah di-recovery akan meningkatkan biaya operasi kolom.



7.



Ketersediaan Ketersediaan pelarut di dalam negeri akan sangat mempengaruhi stabilitas harga pelarut dan biaya operasi secara keseluruhan.



8.



Lain-lain Sebaiknya pelarut tidak memiliki sifat racun, mudah terbakar, stabil secara kimiawi danmemiliki titik beku yang rendah.



1.



Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben antara lain: Air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan



2. 3.



tetesan cairan) Natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam) Asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa).



2.11 Kolom Absorpsi 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. 2.11.1 Struktur Kolom Absorpsi



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



= = = = = =



Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair. Output gas keluar Input pelarut masuk Output pelarut dan gas terserap keluar Tempat pencampuran pelarut dan umpan Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga



mudah untuk diabsorbsi 2.11.2 Prinsip Kerja Kolom Absorpsi 1.



Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, di mana 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.



2.



Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan ke bawah menara absorber. Di dalam 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 atau plate dengan tingkat sesuai kebutuhan.



2.12 Tipe-tipe Kolom Absorpsi Type kolom absorber



digolongkan ke dalam beberapa bagian yang



masing-masing memiliki klasifikasi dan pemakaian yang berbeda pada operasinya. Di mana pemakaian harus disesuaikan dengan kondisi yang diinginkan. Operasi perpindahan massa dilaksanakan di dalam tower yang di



desain untuk kotak dua phase peralatan ini diklasifikasi ke dalam 4 type utama yang metodenya digunakan untuk menghasilkan kontak interphase.



Gambar: Tipe-tipe kolom absorpsi 2.12.1 Tray Tower Pengunan dari tray tower lebih luas bila dibandingkan dengan packed column secara spesial untuk destilasi. Tray tower terbagi atas dua macam tower, diantaranya yaitu:  Plate Tray Tower Plate tray tower menggunakan sejenis piringan untuk mengalirkan air ke bawah.  Baffle Tray Tower. Baffle tray tower disusun oleh unit yang menyerupai baffle atau sekat untuk mengalirkan air ke bagian bawah unit. Keuntungan dari Tray Tower column adalah : 1.



Menyiapkan kontak lebih positif antara dua phase likuid.



2.



Dapat menghandle cairan lebih besar tanpa terjadi floading.



3.



Lebih mudah dibersihkan.



2.12.2 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



dikendalikan oleh kedua tahanan baik gas maupun liquid.



Gambar: Packed tower



perpindahan



massa



Packing yang digunakan pada packed tower adalah untuk memperbesar luas permukaan kontak antara gas dan liquid. Keuntungan dari penggunaan Packed Tower sebenarnya ada banyak, diantaranya sebagai berikut : 1.



Presure drop aliran gas rendah.



2.



Dapat lebih ekonomis di dalam operasi cairan korosif karena ditahan untuk packing keramik.



3.



Biaya column dapat lebih murah dari plate column pada ukuran diameter yang sama.



4.



Cairan hold up kecil.



Kekurangan 1. Menimbulkan masalah pencemaran air. 2. Menghasilkan produk basah. 3. Debu yang mengendap dapat menyumbat kolom atau plate. 4. Biaya perawatan relative tinggi. Syarat packing yang bagus adalah : 1. Bulk density kecil (tdk terlalu membebani kolom). 2. Luas yg terbasahi besar. 3. Volume rongga besar (mengurangi pressure drop). 4. Sifat pembasahan baik. 5. Tahan korosi. 6. Memiliki struktur yg kuat utk menahan beban tumpukan. 7. Murah. Ada beberapa bentuk packing yaitu: a)



Rasching Ring



\



Rasching ring adalah potongan-potongan tabung sama panjang dan diameternya yang digunakan dalam jumlah besar sebagai packed bed dalam kolom distilasi dan rekayasa proses kimia lainnya. Rasching ring biasanya terbuat dari keramik atau logam dan memberikan area permukaan besar dalam volume kolom untuk interaksi antara cair dan gas atau uap. Rasching ring diberi sesuai dengan penemu rasching ring, kimiawan Jerman Friedrich rasching Rasching ring juga digunakan untuk perangkat di mana gas dan cairan yang dimasukkan ke dalam kontak untuk tujuan penyerapan gas, reaksi stripping atau kimia, dan sebagai bahan pendukung untuk biofilm dalam reaktor biologis. Rasching ring yang terbuat dari kaca borosilikat kadang-kadang digunakan dalam penanganan bahan nuklir, di mana rasching ring digunakan di dalam kapal dan tangki yang berisi solut dari bahan fisil, untuk solut contoh uranil nitrat yang banyak, bertindak sebagai peredam neutron dan mencegah kecelakaan yang berpotensi tinggi. Kelebihan : 1. Harganya lebih murah. 2. Luas permukaan Efektif dengan drop tekanan tinggi dan voidage. 3. Tidak terlalu berat. 4. Sensitivitas lebihrendah terhadapkualitas distribusi cairdan uap. 5. dapat digunakan untukbahan yang tidak tahansuhu tinggi. Kelemahan : 1. Efisiensiensinya lebih rendah 2. Kontaknya berlangsung secara cepat b) Berl saddle



Berl Saddle merupakan bentuk packing terbuka seperti sebuahsaddle tanpa bagian dalam dan bagian luar, bentuk dari berl saddle lebih baik bila dibandingkan dengan raschig ring. didalam aspek distribusi fluida dan tahanannya rendah. Dan berl saddle membuat tekanan menjadi lebih rendah pada bagian dalam tower. Keuntungan : 1. Distribusi uap-cair didistribusikan secara merata sama pada kedua sisi. 2. Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik. 3. Sensitivitas lebih rendah terhadap kualitas distribusi cair dan uap. Kelemahan : 1. Lebih mudah untuk jatuh ketika menumpuk dalam kolom. 2. Kontaknya berlangsung secara cepat. 3. Harganya mahal. c)



Pall ring



Pall ring merupakan tipe baru dari random packing. Pall ring mempunyai efisiensi yang tinggi dan merupakan pengembangan dari raschig ring.Dohntec pall ring menunjukkan bahwa pall ring mempunyai kapasitas yang lebih besar dan pressure drop yang lebih kecil daripada random packing yang lain. Pada pall ring mempunyai dinding silindris yang terbuka dan bagian dalam yang cenderung menonjol keluar, sehingga pall ring dapat menerima kapasitas yang lebih besar dan pressure drop yang lebih kecil dari pada cylindrical rings. Desain cincin terbuka pada pall ring dapat menjaga distribusi dan menahan tendensi saluran dinding. Kontak pada permukaan bagian dalam dan bagian luar dari pall ring, efektif untuk distribusi liquid dan gas, serta tahan terhadap penyumbatan. Keuntungan :



1.



Kapasitas lebih tinggi dan penurunan tekanan rendah dari nampan sehingga memungkinkan gas yang lebih tinggi dan kecepatan transfer cair.



2.



Sensitivitas lebih rendah terhadap kualitas distribusi cair dan uap.



3.



Penyerapan yang baik dengan reaksi kimia yang lambat.



4.



Batas flooding tinggi.



5.



Distribusi liquid baik.



Kelemahan : 1.



pembersihannya sulit dilakukan



2.



harganya lebih mahal dibandingkan raschig ring, lessing ring, berl saddle dan intalox saddle. d) Metal Intalox Saddle Ring



Metal intalox saddle merupakan pengembangan dari saddle yang berbentuk lengkung. Perubahan itu terdapat pada kedua permukaan lengkungan menjadi permukaan persegi dan membuat jari-jari bagian dalam dan luar dari lengkungan



berbeda. Konstruksi ini menjadi dasar mengatasi masalah



penyumbatan, ini membuat porositas distribusi rata dan memperbaiki distribusi fluida, kapasitas lebih besar dan pressure drop lebih rendah daripada rasching ring. Keuntungan : 1.



Penurunan tekanan rendah dengan luas permukaan yang lebih tinggi.



2.



Distribusi uap-cair didistribusikan secara merata sama pada kedua sisi.



3.



Stabilitas kimia tinggi, dan daya tahan panas yang sangat baik.



4.



Salah satu packing yang paling efisien.



5.



Higher flooding lebih tinggi dan pressure drop yang rendah daripada raschig cincin atau Berl Saddles.



Kelemahan : 1.



Kontaknya berlangsung secara cepat.



2.



Lebih mudah untuk jatuh ketika menumpuk dalam kolom.



3.



Lebih mahal.



4.



Sangat sedikit kecenderungan atau kemampuan untuk berada wilayah sarang dan area blok. e)



Jaeger metal Tri-pack (lihat Geankoplis)



Keuntungan : 1.



Permukaan yang lebih luas dengan permukaan cairan yang lebih tinggi.



2.



Lebih banyak memiliki laluan sehingga memungkinkan untuk kontak dengan baik.



3.



Efisiensi tinggi.



4.



Tekanan drop rendah.



5.



Baik untuk distilasi.



Kelemahan : 1. harganya lebih mahal dibandingkan raschig ring, lessing ring, berl saddle dan intalox saddle. 2. pembersihannya sulit dilakukan.



Berikut adalah bentuk packing yang dibuat dari keramik:



(a) Ceramic Support Grid



(b) Ceramic Ball



(c)



(d)



Ceramic Cascade Ring



Ceramic Berls-Saddles



(e)



(f)



Ceramic Dome



Ceramic Conjugate Ring



(g)



(h)



Ceramic Saddle



Ceramic Rashing Ring



2.12.3 Spray Tower Spray tower terdiri dari chamber-chamber besar di mana phase gas mengalir dan masuk serta kontak dengan likuid di dalam spray nozzles. Berikut ini menunjukan aliran phase di dalam spray tower, likuid masuk dalam spray dan jatuh karena gaya gravitasi, serta kontak secara counter curent dengan aliran gas yang masuk.



Untuk ketinggian yang rendah, efisiensi ruang spray kira-kira



mendekati packed powder, tetapi untuk ketinggian yang melebihi 4 ft efisiensi spray turun dengan cepat. Sedangkan kemungkinan berlakunya interfase aktif yang sangat besar dengan terjadinya sedikit penurunan, panda prakteknya ditemukan ketidakmungkinan untuk mencegah hubungan ini, dan selama permukaan interfase efektif berkurang dengan ketinggian, dan spray tower tidak digunakan secara luas. Spray nozzles didesain untuk aliran likuid yang mempunyai bilangan presure drop besar maupun kecil, untuk aliran likuid yang mempunyai flow rate yang kecil, maka cross area kontaknya harus besar. Laju aliran yang mempunyai drop fals menentukan waktu kontak dan sirkulasinya. Disertai dengan influensasi mass transfer antara dua phase dan harus kontak terus-menerus. Hambatan pada transfer yaitu pada phase gas dikurangi dengan gerakan swirling dari falling likuid droplets. Spray tower digunakan untuk transfer massa larutan gas yang tinggi dimana dikontrol laju perpindahan masa secara normal pada phase gas.



Type dari



kolom absorber memiliki klasifikasi dan pemakaian yang



berbeda-beda pada operasinya. Hal ini harus dipahami secara seksama agar kita dapat lebih memahami lagi sistem absober jeni ini 1.



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



2.



Spray Tower digunakan untuk perpindahan massa gas-gas yang sangat mudah larut dimana tahanan fasa gas yang menjadi kendali dalam fenomena ini.



Keuntungan 1.



Bentuknya yang benar-benar terbuka, tidak memiliki internal kecuali pada spray nozzles.



2.



Penurunan tekanan relative rendah sekitar 1,25 sampai 4 cm.



3.



Bisa menangani debu yang mudah terbakar dan meledak denganresiko yang kecil.



4.



Biaya untuk modal relative rendah.



5.



Relative kosong dari pengisisan.



6.



Ruang relative kecil.



7.



Ketangkasan dalam mengumpulkan gas.



Kekurangan 1.



Terbatasnya pemakaian untuk gas yang sangat.



2.



Dapat menyebabkan masalah air pembuangan.



3.



Mudah terlarut atau bila tidak dibutuhkan efisiensi penyisihan yang tinggi.



4.



Efisiensi transfermassa relative rendah.



5.



Relative tidak efisien pada pengilangan pengotor.



6.



Biaya operasi relative tinggi.



Gambar: Spray Tower 2.12.4 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: Bubble Tower



Di Bubble tower ini, gas terdispersi menjadi phase likuid di dalam fine bubble. Small gas bubble menentukan luas area. Kontak perpindahan massa terjadi di dalam bubble formation dan buble rise up melalui likuid. Arah aliran counter current dimana gas terdispersi di bottom tower. mengurangi hambatan likuid-phase. Bubble tower



Gerakan bubble



digunakan dengan sistem



dimana pengontrol laju dari perpindahan masa pada phase likuid absorbsinya adalah



relatif phase gas.



yang



Mekanisme dasar perpindahan massa



terjadi di dalam bubble tower dan demikian juga dengan aliran counter di dalam tank bubble batch dimana gas itu terdispersi di dalam botom tank. 2.15.5 Wetted Wall Column Dalam laboratorium, wetted wall telah digunakan oleh sejumlah pekerja dan mereka telah membuktikan pentingnya menentukan berbagai faktor, dan mengadakan basis dari hubungan yang telah dikembangkan untuk packed tower.



Gambar: Wetted Wall column 2.13 Fase Kontak pada Contacting Tray



Gambar 10. Phase Kontak pada Contacting Tray Aliran Vapor (warna merah) bubble naik melalui froth. Aliran Liquid melalui froth dan diatas weir. Kondisi froth bervariasi tergantung pada regim aliran vapor-liquid melibatkan : spray, froth, emulsion bubble, dan cellular foam.



2.14 Aplikasi Absorpsi dalam Industri Tujuan proses Absorpsi dalam dunia Industri adalah meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya. 2.14.1 Pemurnian Logam Misalnya dalam proses pemurnian logam emas sederhana, kita bisa menggunakan metode elektoforesis dan menggunakan katoda sebagai zat absorbennya bisa dari karbon aktif dan logam emas pada anoda, sehingga emasnya nanti akan teroksidasi dengan sendirinya, akan tetapi dalam larutan ini harus mengandung ion-ion emas (Au3+). Dengan demikian karbon aktif ini akan menyerap zat-zat yang tidak diinginkan dari logam emas tersebut. Pemurnian logam emas ini bisa juga dengan menggunakan metode amalgamasi seperti pada pertambangan tradisional, yaitu dengan penambahan merkuri yang nantinya akan memurnikan logam emas tersebut. merkuri Hg ini sebagai media untuk mengikat emas dan menghasilkan limbah Hg dan Cu2+ dan logam berat lainnya. Akan tetapi sifat merkuri berbeda dengan karbon aktif, merkuri tidak bersifat inert. Merkuri



(Hg) adalah salah satu faktor penentu dalam proses amalgamasi. merkuri yang digunakan harus berkadar tinggi atau bersih dan dalam keadaan masih baru (fresh), sehingga merkuri tersebut mempunyai daya tangkap emas dan perak dengan baik. Jumlah merkuri tidak perlu banyak, tetapi disesuaikan dengan kadar emasnya. 2.14.2 Pembuatan Formalin 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. 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. 2.14.3 Proses Pembuatan Asam Nitrat Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2). Proses pembuatan asam nitrat pada tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2dan 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. 2.15



Proses Absorbsi



Proses dapat berjalan dengan satu atau beberapa kali kontak antara gas dengan proses juga dapat berubah batch atau continue, sedang gas yang diabsorbsi dapat berupa satu atau multi component. Pada industri-industri, proses dilakukan dalam suatu menara dengan alatalat contact yang bertujuan memberikan kesetimbangan antara gas liquid. Alat contact dapat berupa bubble cap atau packed tower. Pada packed column, kontak antara cairan dan gas terjadi terus menerus sehingga kolom ini disebut juga continous contact column. Aliran gas dan cairan dapat berupa counter current atau co-current. Pada kenyataan, solvent yang digunakan tak selalu murni sehingga ada solute dalam cairannya. Solvent yang mengandung sedikit solute ini disebut Lean Oil sedang solvent keluar absorber setelah menyerap solute disebut Rich Oil. Proses absorbsi biasanya selalu diikuti dengan proses stripping atau fraksionasi, atau kedua-duanya. Liquid



Single stage counter current



Gas Macam proses : Stage



: single atau multi stage



Component



: single atau multi component



Aliran



: counter atau co-current



2.15.1 Single Stage Counter Current Absorption Gas masuk



Gas keluar



G2



L2



mole



= G1



G2



Gs



Ls



dry gas



= G3



G4



mole fraksi



= y1



y2



mole ratio



= Y1



Y2



y2



x2



Y2



X2



Liquid masuk



Liquid keluar



G1



L1



mole



= L2



L1



Gs



Ls



dry gas



= L3



L4



Mole fraksi



= x1



x2



y1



x1



Solute : - Mole solute dalam gas : masuk = Y1 . G1 keluar = Y2 .G2



–



yang terserap = Y1 . G1 – Y2 . G2 - Mole solute dalam liquid : Keluar = ( x1 . L1 ) Masuk = ( x2 . L2 ) Material balance (dalam mole fraksi) Y1 . G1 . Y2 . G2 = x1 . L1 – x2 . L2 ….. (6) Dalam mole ratio : Y =



n solute n dry gas



-----------> mole solute = Y mole dry gas



Jadi untuk solute : Gas masuk = Gs . Y1



Liquid masuk = Ls . X2



Gas keluar = Gs . Y2



Liquid keluar = Ls . X1



----- > Gs . Y1 – Gs . Y2 = Ls . x1 – Ls . x1 Y1 - Y2 =



Ls ( X1 – X2 )  ---- Pers Garis operasi Gs



Jadi pada absorbsi ini ada 2 keadaan yang harus dipenuhi yaitu : 1. X2 dan y1 mengikuti material balance (garis operasi) 2. X1 dan y2 mengikuti kesetimbangan



Dengan demikian harga y2 dan y1 dapat dihitung dari kedua persamaan tersebut dengan trial and error. Untuk menghindari trial and error digunakan pemecahan secara garis grafis (dengan dasar mole ratio). Yy1



X2Y1



Y2



y2



x2



Garis operasional Curve kesetimbangan y1 x1 Mole ratio Masuk (x2,y1)



Grafik – 4 Garis operasi adalah garis yang melalui ( x , y ) masuk dan ( X , Y ) keluar.



1. Minimum Liquid – Gas Ratio Dalam suatu absorber harga-harga G1, Gs, Y1 dan Y2 biasanya ditentukan tetap untuk suatu proses tertentu, sedang konsentrasi X, pada solvent tetap. Gs = dry gas G1 = jumlah gas Y1 = mole ratio X



= mole ratio liquid



Yang dapat diubah adalah jumlah liquid (Ls) 



Max. dicatat oleh flooding di dalam menara absorber







Min. oleh garis operasi dan curve keseimbangan



Secara grafis maka Ls minimum dapat dicari dari garis operasi yang menyinggung pada curva keseimbangan. Dapat juga merupakan garis potong antara garis operasi dan curva keseimbangan pada harga Y2 dan Y1. Hal ini menunjukkan



bahwa minimum liquid terjadi bilamana pada antara harga Y2 dan Y1 harga garis operasi ada yang sama dengan curva kesetimbangan.



Contoh soal 1. Gas (95%-mol udara dan 5%-mol benzen) ingin dibersihkan dari benzen dengan cara absorpsi oleh minyak (99,75%-berat minyak dan 0,25%-berat benzen) di dalam suatu kolom packing. Operasi absorpsi dilaksanakan secara isotermal pada 35ºC dan tekanan 1 atm. Laju udara gas adalah 0,75 m3/s (STP) dan kolom absorpsi dirancang dengan laju superfisial gas sebesar 1 kg/m2.s. Minyak yang digunakan sebagai penyerap memiliki berat molekul(Mr) 250 g/mol dan laju aliran minyak tersebut adalah 1,25 kali laju minimumnya. Dalam operasi ini, 90%-mol benzen dalam gas ingin diserap oleh minyak. Nb: Komposisi kesetimbangan benzen dalam udara dan minyak dianggap mengikuti hukum Henry dengan menggunakan konstanta Henry(H) sebesar 90 mmHg/fraksi mol. Pi (tekanan parsialzat) = Hi . xi (fraksi mol zat)



Pertanyaan : 1. Tentukan luas penampang kolom 2. Tentukan tinggi kolom packing bila harga konstanta perpindahan massa keseluruhan atas dasar fasa uap (Kya = 2,68 . 10-3 kmol/m3.s) 3. Tentukan harga HETP (Height Equivalent to Theoritical Plate) kolom absorpsi tersebut 



Luas Penampang Kolom



Laju udara yang dibersihkan adalah 0,75 m3/s pada keadaan STP (1atm, 0ºC), sedangkan operasi absorpsi dilaksanakan pada tekanan 1 atm dan temperatur 35ºC. Karena itu perlu penyesuaian volume dengan menggunakan Hukum GuyLussac:



Sehingga didapat laju udara yang dibersihkan pada keadaan absorpsi = 0,8461 m3/s. Kemudian laju molar gas total (G) dicari dengan Hukum Gas Ideal:



Laju molar gas total (G) = 0,0335 kmol/s. Laju molar gas inert (G’) dapat dicari dengan mengalikan fraksi gas inert (udara) dengan laju molar gas total:



Kolom dirancang untuk menahan laju superfisial gas sebesar 1 kg/m2.s maka laju molar superfisial (Gs) dan laju molar gas inert superfisial (G’s) dapat dicari:



Luas penampang kolom absorpsi:







Tinggi Kolom Packing



Di dalam perhitungan absorpsi digunakan perbandingan mol, bukan fraksi mol. Misalkan di dalam suatu wadah terdapat zat cair A dan B, perbandingan mol A (XA) adalah A/B, sedangkan fraksi mol A (xA) adalah A/(A+B). Karena di dalam gas terdapat 5%-mol benzen maka perbandingan mol benzen pada gas masukan kolom adalah:



Benzen izin diserap 90% sehingga sisa benzen dalam gas menjadi 0,5%-mol sehingga perbandingan mol benzen pada gas keluaran kolom adalah:



Perbandingan mol benzen pada aliran minyak masukan kolom adalah:



Perbandingan mol benzen pada aliran minyak keluaran kolom diperoleh dari kurva kesetimbangan benzen-udara dengan bantuan Hukum Henry. Dalam kasus ini, diambil beberapa nilai Y secara acak, dari nilai Y ini dihitung nilai y, x, dan X sehingga kurva X terhadap Y dapat dibuat.



Sehingga didapat data sebagai berikut: Y 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,0001



y 0,0566 0,0476 0,0385 0,0291 0,0196 0,0099 0,0001



x 0,4780 0,4021 0,3248 0,2460 0,1656 0,0836 0,0008



X 0,9157 0,6726 0,4810 0,3262 0,1984 0,0912 0,0008



Untuk mendapatkan nilai X1, ditarik sebuah garis dari titik (X2,Y2) sehingga garis tersebut menyinggung kurva kesetimbangan benzen-udara sampai garis tersebut memotong garis Y = Y1 maka titik potong itu adalah koordinat (X1,Y1). Dari pembacaan kurva, diketahui bahwa nilai X1 = 0,61



Kemudian nilai slope minimum dicari untuk menentukan slope baru dari garis operasi absorpsi. Dari data soal diketahui bahwa laju minyak adalah 1,25 kali laju minimumnya sehingga:



Buat garis operasi baru dengan menghubungkan titik X1 baru,Y1 dengan titik X2,Y2.



Dengan garis operasi baru ini, nilai NTU (Number of Transfer Unit) dapat ditentukan yaitu dengan rumus:



Nilai Yi* didapat dengan cara menarik garis vertikal dari titik Yi (pada garis operasi baru) ke bawah sampai menyentuh kurva kesetimbangan benzen-udara, jadi nilai Y pada titik perpotongan pada kurva kesetimbangan tersebut adalah Yi*



Dalam kasus ini nilai Yi yang diambil meliputi Y1(0,0526) dan Y2(0,00526) serta beberapa nilai Y yang diambil secara sembarang yaitu 0,5 ; 0,4 ; 0,3 ; 0,2 ; 0,1. Selanjutnya NTU dicari dengan mencari luas area di bawah kurva 1/(Y-Y*) dengan menggunakan pendekatan luas trapesium:



Sehingga diperoleh: Y 0,0526 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0,00526



X 0,495918 0,469388 0,367347 0,265306 0,163265 0,061224 0,012857



Y* 1/(Y-Y*) 0,040593 83,28372 0,039085 91,62113 0,032737 137,6774 0,025369 215,9206 0,01679 311,5568 0,00681 313,512 0,001535 268,4621



L 0,227376 1,146493 1,76799 2,637387 3,125344 1,379279 10,28387



Maka didapat nilai NTU = 10,2839 Nilai HTU (Height of a Transfer Unit) ditentukan dengan rumus:



Tinggi kolom (Z) diperoleh dengan cara:







Nilai HETP



HETP (Height Equivalent to Theoritical Plate) dapat dicari dengan cara membagi tinggi kolom (Z) dengan jumlah tahap yang diperlukan (N). Nilai N didapat dengan cara menarik garis secara kontinu antara kurva kesetimbangan benzenudara dengan garis operasi baru dari titik Y = 0.0526 sampai titik Y = 0,00526 yang menyerupai anak tangga



Dari gambar didapat bahwa nilai N = 9 (jumlah daerah bewarna hijau) sehingga: