ABSORPSI -1
A. Perbedaan Tekanan Udara Sepanjang Kolom Kering 1. Tujuan Percobaan
Menentukan perbedaan tekanan udara sepanjang kolom kering sebagai fungsi dan laju alir udara dan laju alir yang berbeda-beda.
2. Bahan dan Peralatan yang Digunakan
1 Unit Peralatan Aborpsi
Udara tekan
Air
3. Dasar Teori Absorpsi adalah suatu proses pemisahan suatu komponen fluida dari campurannya dengan menggunakan solven atau fluida lain dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya – gaya gaya fisik ( pada absorpsi fisik) Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi. 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. Absorpsi gas atau penyeapan gas merupakan proses perpindahan massa. Pada absorpsi gas, uap yang diserap dari campurannya dengan gas tidak aktif atau lembab (inert gas) dengan bantuan zat cair dimana gas terlarut (solute gas) dapat larut banyak atau sedikit. 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 umpan masuk 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 distilasi difusi yang terjadi adalah equimolar counter diffusion
Fungsi Absorpsi pada Industri
Meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya, contoh; Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Saat ini dunia dihadapkan pada permasalahan lingkungan yang cukup besar yang tingginya kandungan gas pencemar sebagai dampak dari kegiatan industri. gas pencemar tersebut antara lain SO2, CO2 dan H2S. Teknologi absorpsi dapat digunakan untuk mengurangi bahaya lingkungan yang ditimbulkan. Contohnya adalah absorpsi pengotor Co2 dari gas alam dengan menggunakan absorben metil dietanol amina (MDEA) yang telah ditambahkan aktivator (aMDEA).
Jenis Menara Absorpsi
1. Sieve Tray Bentuknya mirip dengan peralatan distilasi. Pada Sieve Tray, uap menggelembung ke atas melewati lubang-lubang sederhana berdiameter 3-12 mm melalui cairan yang mengalir. Luas penguapan atau lubang-lubang ini biasanya sekitar 5-15% luas tray. Dengan mengatur energi kinetik dari gas dan uap yang mengalir, maka dapat diupayakan agar cairan tidak mengalir melaui lubang-lubang tersebut. Kedalaman cairan pada tray dapat dipertahankan dengan limpasan (overflow) pada tanggul (outlet weir). 2. Valve Tray Valve Tray adalah modifikasi dari Sieve Tray dengan penambahan katup-katup untuk mencegah kebocoran atau mengalirnya cairan ke bawah pada saat tekanan uap rendah. Dengan demikian alat ini menjadi sedikit lebih mahal daripada Sieve Tray, yaitu sekitar 20%. Namun demikian alat ini memiliki kelebihan yaitu rentang operasi laju alir yang lebih lebar ketimbang Sieve Tray. 3. Spray Tower Jenis ini tidak banyak digunakan karena efisiensinya yang rendah. 4. Bubble Cap Tray Jenis ini telah digunakan sejak lebih dari seratus tahun lalu, namun penggunaannya mulai digantikan oleh jenis Valve Tray sejak tahun 1950. Alasan utama berkurangnya penggunaan Bubble Cap Tray adalah alasan ekonomis, dimana desain alatnya yang lebih rumit sehingga biayanya menjadi lebih mahal. Jenis ini digunakan jika diameter kolomnya sangat besar. 5. Packed Bed
Jenis ini adalah yang paling banyak diterapkan pada menara absorpsi. Packed Column lebih banyak digunakan mengingat luas kontaknya dengan gas. Packed Bed berfungsi mirip dengan media filter, dimana gas dan cairan akan tertahan dan berkontak lebih lama dalam kolom sehingga operasi absorpsi akan lebih optimal.Beragam jenis packing telah dikembangkan untuk memperluas daerah dan efisiensi kontak gas-cairan. Ukuran packing yang umum digunakan adalah 3-75 mm. Bahan yang digunakan dipilih berdasarkan sifat inert terhadap komponen gas maupun cairan solven dan pertimbangan ekonomis, antara lain tanah liat, porselin, grafit dan plastik. Packing yang baik biasanya memenuhi 60-90% dari volume kolom. Peranti ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk silinder, 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 di atas dan dibawah, serta suatu massa bentukan zat padat tak aktif (inert) di atas penyangganya, bentukan ini disebut isian menara (tower packing). Penyangga ini harus mempunyai fraksi ruang terbuka yang cukup besar, untuk menjaga terjadinya pembanjiran pada piring penyangga itu. Zat cair yang masuk, yang boleh pelarut murni atau larutan encer zat terlarut di dalam pelarut, disebut cairan lemah (weak liquor), didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada operasi yang ideal, membasahi permukaan isian itu secara seragam. Gas yang mengandung zat-zat terlarut disebut gas kaya, masuk ke ruang pendistribusi yang terdapat di bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah-celah antara isian, berlawanan arah dengan aliran zat cair isian itu memberikan ruang untuk kontak antara zat cair dan gas yang ada di dalam gas gemuk itu diserap oleh zat cair segar yang masuk ke dalam menara, dan gas encer atau kurus lalu keluar dari atas. Sambil mengalir ke bawah di dalam menara, cair itu makin lama makin kaya akan zat terlarut, dan zat pekat atau cairan kuat yang terjadi keluar dari bawah menara melalui lebang keluar zat cair. Jenis-jenis isian menara yang diciptakan oleh orang banyak sekali macamnya, tetapi ada beberapa jenis yang lazim dipakai. Isian menara ini terbagi atas dua jenis, yaitu yang diisikan dengan mencurahkannya secara acak ke dalam menara dan yang disusun ke dalam menara dengan tangan. Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara;
Harus tidak bereaksi (kimia) dengan fluida di dalam menara. Harus kuat, tetapi tidak terlalu kuat. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu bnyak zat cair yang terperangkap (hold up) atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi. Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dan gas. Harus tidak terlalu mahal.
6. Kolom Absorpsi Kolom absorpsi adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Pada kolom absorpsi terdapat beberapa jenis kolom, diantaranya kolom kering dan kolom basah. Kolom kering adalah kolom yang hanya dilalui udara. Kolom yang dikeringkan dengan cara melewatkan laju alir udara maksimum hingga tidak ada lagi kelembaban udara atau uap air pada kolom menara dan packing. Kolom basah adalah kolom yang dialiri air dan udara. Kontak air dan udar terjadi di kolom dimana air dialirkan dari kolo bagian atas, sedangkan gas dari kolom isisan bagian bawah, dimana terjadi kontak antara air dan udara di dalam kolom yang menimbulkan penurunan tekanan.
Struktur yang terdapat pada kolom absorber dibagi menjadi tiga bagian yaitu: Struktur dalam absorber Bagian atas : Spray untuk mengubah gas input menjadi fase cair. Bagian tengah : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi Bagian bawah : Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor.
Gambar Kolom Absorpsi Prinsip Kerja Kolom Absorpsi
Kolom absorbsi 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. 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 absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing dengan dua tingkat. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan dari gas yang dimasukkan tadi.
Gambar prinsip kerja kolom absorbsi Keterangan:(a) gas keluaran, (b) gas input, (c) pelarut, (d) gas output. Pemilihan Solven
Pemilihan solven umumnya dilakukan sesuai dengan tujuan absorpsi, antara lain:
Jika tujuan utama adalah untuk menghasilkan larutan yang spesifik, maka solven ditentukan berdasarkan sifat dari produk. Jika tujuan utama adalah untuk menghilangkan kandungan tertentu dari gas, maka ada banyak pilihan yang mungkin. Misalnya air, dimana merupakan solven yang paling murah dan sangat kuat untuk senyawa polar.
Terdapat beberapa hal lain yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan solven, yaitu: a. Kelarutan Gas Kelarutan gas harus tinggi sehingga meningkatkan laju absorpsi dan menurunka kuantitas solven yang diperlukan. Umumnya solven yang memiliki sifat yang sama dengan bahan terlarut akan lebih mudah dilarutkan. Jika gas larut dengan baik ddalam fraksi mol yang sama pada beberapa jenis solven, maka dipilih solven yang memiliki berat molekul paling kecil agar didapatkan fraksi mol gas terlarut yang lebih besar. Jika terjadi reaksi kimia dalam operasi absorpsi maka umumnya kelarutan akan sangat besar. Namun bila solven 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. b. 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 dimana terdapat menara absorpsi hidrokarbon yang menggunakan pelarut hidrokarbon yang cukup volatil dan di bagian atas digunakan minyak nonvolatil untuk me-recovery pelarut utama. Demikian juga halnya dengan hidrogen sulfida yang diabsorpsi dengan natrium fenolat lalu pelarutnya di-recovery dengan air. c. Korosivitas Solven yang korosif dapat merusak kolom. d. Harga Penggunaan solven yang mahal dan tidak mudah di-recovery akan meningkatkan biaya operasi kolom. e. Ketersediaan Ketersediaan pelarut di dalam negeri akan sangat mempengaruhi stabilitas harga pelarut dan biaya operasi secara keseluruhan. f. 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. g. Lain-lain Sebaiknya pelarut tidak memiliki sifat racun, mudah terbakar, stabil secara kimiawi dan memiliki titik beku yang rendah. Absorben Absorben adalah cairan yang dapat mlarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara kimia. Absorben juga disebut sebagai cairan pencuci. Syarat-syarat dari absorben
4.
Langkah Kerja
5.
Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebutuhan akan cairan akan lebih sedikit, volume alat lebih kecil). Selektif Memiliki tekanan uap yang rendah Tidak korosif Memiliki viscositas yang rendah Stabil secara termis Murah.
Mengeringkan kolom terlebih dahulu dengan menggunakan laju alir maksimum. Menggunakan bagian atas dan bawah dengan manometer air dengan menggunakan katub S1 dan S2. Membaca perbedaan tekanan sepanjang kolom untuk beberapa range laju alir udara. Tabel Data Peningkatan Laju alir (L/min) Laju alir (L/min) 25 50 75 100 125 150 165
h (cm) 23,4 23,3 22,8 22,4 22,2 21,9 21,8
Laju alir udara (L/min) Beda Tekan (mmH 2O)
25 4,698
50 5,873
Penurunan Laju alir (L/min) Laju alir (L/min) h (cm) 150 22 125 22,2 100 22,6 75 23 50 23,2 25 23,4
Laju alir udara, (L/min) Beda tekan (mm H 2O)
150 35,238
Δ h (m) 0,004 0,005 0,012 0,02 0,026 0,031 0,036
h (cm) 23,8 23,8 24 24,4 24,8 25 25,4
75 14,095
h (cm) 25 24,6 24,6 24,2 23,8 23,8
125 28,19
100 23,492
100 23,492
125 30,539
150 36,412
165 42,285
Δh (m) 0,03 0,024 0,02 0,012 0,006 0,004
75 14,095
50 7,047
25 4,689
6. Perhitungan Δ P pada peningkatan laju alir (L/min) 1. Untuk laju alir 25 L/min 3 ρ udara pada suhu ruang : 1.172 kg/m (sumber budi 02. Tripod.com aplikasi CFD site ) g : 9,81 m/s Δh : 0,004 m ΔP = …..kg/ms = …..mmH2O ΔP (konversi )
=
=
= 4,698 mmH2O 2. Untuk laju alir 50 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,005 m ΔP (konversi ) =
=
= 5,873 mmH2O 3. Untuk laju alir 75 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,0012 m ΔP (konversi ) =
=
= 14,095 mmH2O 4. Untuk laju alir 100 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,02 m ΔP (konversi ) =
=
= 4,698 mmH2O 5. Untuk laju alir 125 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,0026 m ΔP (konversi ) =
=
= 4,698 mmH2O 6. Untuk laju alir 150 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,031 m ΔP (konversi ) =
=
= 23,492 mmH2O 7. Untuk laju alir 165 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,036 m ΔP (konversi ) =
=
= 42,285 mmH2O
ΔP pada penurunan Laju alir (L/min) 1. Untuk laju alir 150 L/min
3
ρ udara pada suhu ruang : 1.172 kg/m (sumber budi 02. Tripod.com aplikasi CFD site ) g : 9,81 m/s Δh : 0,03 m ΔP = …..kg/ms = …..mmH2O ΔP (konversi ) =
=
= 35,238 mmH 2O 2. Untuk laju alir 125 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,024 m ΔP (konversi ) =
=
= 28,19 mmH2O 3. Untuk laju alir 100 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,02 m ΔP (konversi ) =
=
= 23,492 mmH2O 4. Untuk laju alir 75 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,012 m ΔP (konversi ) =
=
= 14,095 mmH2O
5. Untuk laju alir 50 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,006 m ΔP (konversi ) =
=
= 7,047 mmH2O 6. Untuk laju alir 25 L/min g : 9,81 m/s Δh : 0,004 m ΔP (konversi ) =
=
= 4,698 mmH2O
Data Pengamatan 1 Peningkatan
Laju alir
Beda tekan (mmH2O)
25
4,698
50
5,873
75
14,095
100
23,492
125
30,539
150
36,412
165
42,285
kurva laju alir Vs. beda tekan ) 50 O 2 40 H m m30 ( n 20 a k e t 10 a d e b 0
y = 0.2834x - 5.4526 R² = 0.9829 Beda tekan (mmh2o) Linear (Beda tekan (mmh2o)) 0
50
100
150
200
laju alir
Penurunan
Laju
Beda tekan (mmH2O) 25
4,689
50
7,047
75
14,095
100
23,492
125
28,19
150
35,238
kurva laju alir Vs. beda tekan ) 40 O 2 H30 m m ( n 20 a k e t a 10 d e b
y = 0.2578x - 3.7653 R² = 0.9826 Beda tekan (mmH2O) Linear (Beda tekan (mmH2O))
0
0
50
100 laju alir
Beda tekan (mmH2O) Laju alir
Peningkatan Penurunan
25
4,698
4,698
50
5,873
7,047
75
14,095
14,095
100
23,492
23,492
150
200
125
30,539
28,19
150
36,412
35,238
165
42,285
kurva peningkatan dan penurunan 50
) O 2 40 H m m30 ( n a k 20 e t a d 10 e b
peningkatan penurunan
0 0
50
100 laju alir
150
200
7.
Analisis Percobaan Absorpsi gas merupakan proses kontak antara campuran gas dan cairan yang bertujuan menghilangkan salah satu komponen gas dengan cara melarutkannya dengan menggunakan larutan yang sesaui. Proses absorpsi ini melibatkan difusi partikel-partikel gas ke dalam cairan. Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi absorbs adalah kelarutan gas dalam pelarut dalam kesetimbangan, tekanan operasi serta temperature. Percobaan ini menggunakan kolom yaitu kolom kering dan kolom basah. Kolom kering yaitu kolom yang hanya dilalui udara. Kolom yang dikeringkan dengan cara melewatkan laju alir udara maksimum hingga tidak ada lagi kelembaban uap atau uap air pada kolom menara. Sedangkan kolom basah adalah kolom yang dialiri air dan udara. Kontak air dan udara yang terjadi di kolom dimana air dialirkan dari kolom bagian atas, sedangakn gas dari kolom isian bagian bawah. Dimans, terjadi kontak antara air dan udara di dalam kolom yang menimbulkan penurunan tekanan. Pada praktikum kali ini, bertujuan untuk menentukan dan menguji perbedaan tekanan udara sepanjang kolom kering sebagai fungsi dan laju alir udar yang berbedabeda. Untuk percobaan pertama dilakukan sepanjang kolom kering dan dialiri dengan variasi laju 25, 50,75,100,125, 150 dan 165 L/min. Dari data, dapat dinyatakan bahwa harga pressure drop (Δp) berbanding lurus dengan laju alir udara yang diberikan. Artinya, jika laju alir yang diberikan semakin besar maka pressure drop yang diperoleh akan semakin besar pula, begitu juga sebaliknya. Dengan adanya fenomena seperti ini, maka hal tersebut sejalan dengan keadaan gas idealsuatu operasi absorpsi yang menyatakan bahwa peningkatan laju alir gas berbanding lurus dengan penurunan tekanan, dikarenakan pada laju alir udar maksimum terjadi tumbukan antar gas yang mengalir dari bawah dengan isisan dalam kolom kering.
8.
Kesimpulan
Beda tekan dalam kolom absorbs berbanding lurus dengan laju alir udara yang diberikan (pada kolom kering ), disebabkan karena pada saat udara mengalir dengan laju yang besar, tahanan yang harus dilalui air pada saat mengalir dari atas kolom menuju ke bawah kolom akan semakin besar. Penurunan tekanan pada kolo kering jauh lebih rendah dibandingkan dengan penurunan tekanan pada kolom basah.
Daftar Pustaka Effendy, Sahrul. 2012. Petunjuk Praktikum Satuan Operasi-2. 2012.Politaknik Negeri Sriwijaya Jurusan Teknik Kimia. Palembang http :// chem. – is-try.org/materi-kimia/kimia-industri/teknologi-proses-adsorpsi. http:// www.scribd.com/doc/52590306/Pengertian Adsorpsi. Warren L Mc Cabe, Julian C Smith, dan Peter Harriot. Operasi Teknik Kimia Jilid 2 Edisi keempat.
