Absorpsi

Makalah Alat Industri Kimia

ABSORPSI

DI SUSUN OLEH : KELOMPOK 11

HERLINA TAHIR

(09220100020)

UPIK RAHMANIAH ESR

(09220100043)

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MUSLIM INDONESIA MAKASSAR 2013

BAB I PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang

Secara umum materi dapat dibagi atas zat murni (tunggal) dan campuran (majemuk). Zat murni ada dua, yaitu unsur dan senyawa, senyawa terbentuk dari dua unsur atau lebih dengan komposisi tertentu sedangkan campuran adalah gabungan dua zat murni dengan komposisi sembarangan dan masih memiliki sifat-sifat asalnya. Sebagai contoh, air laut tersusun dari air, garam, dan zat padat terlarut lainnya. Susu tersusun dari, lemak dan zat padat lain yang terlarut. Campuran dibagi menjadi 2 macam, yaitu : 1. Campuran Heterogen

Campuran heterogen adalah campuran yang tidak serba sama, membentuk dua fasa atau lebih dan terdapat batas yang jelas diantara fasa-fasa. Contohnya : Campuran tepung beras dengan air, campuran kapur dengan  pasir,dll Adapun tiga proses pemisahan campuran campu ran heterogen, yaitu : a. Sedimentasi  b. Sentrifugasi c. Filtrasi 2. Campuran Homogen

Campuran homogen adalah campuran homogen antara zat terlarut (solute) dan zat pelarut (solvent) dan dapat berwujud cair, padat, dan gas. Adapun  beberapa metode yang digunakan untuk terjadinya suatu fasa baru sehingga sehin gga dapat dipisahkan adalah : a. Absorpsi  b. Adsorpsi c. Destilasi d. Kromatografi e. Evaporasi f. Kristalisasi

g. Sublimasi h. Ekstraksi i. Pengeringan (Drying) Metode pemisahan merupakan aspek penting dalam bidang kimia, karena kebanyakan materi yang terdapat di alam berupa campuran. Contohnya, tanah yang terdiri dari berbagai senyawa dan unsur baik dalam wujud padat, cair maupun gas. Udara yang kita hirup, mengandung oksigen, nitrogen, dan sebagainya. Melalui teknik pemisahan, ternyata menghasilkan materi yang lebih penting dan lebih mahal harganya (BBM). Metode pemisahan merupakan suatu cara yang digunakan untuk memisahkan atau memurnikan suatu senyawa atau sekelompok senyawa yang mempunyai susunan kimia yang berkaitan dari suatu bahan, baik dalam skala laboratorium maupun skala industri. Metode pemisahan bertujuan untuk mendapatkan zat murni atau beberapa zat murni dari suatu campuran, sering disebut sebagai pemurnian dan juga untuk mengetahui keberadaan suatu zat dalam suatu sampel (analisis laboratorium). Berdasarkan tahap proses pemisahan, metode pemisahan dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu metode pemisahan sederhana dan metode  pemisahan kompleks. 1. Metode Pemisahan Sederhana Metode pemisahan sederhana adalah metode yang menggunakan cara satu tahap. Proses ini terbatas untuk memisahkan campuran atau larutan yang relatif sederhana. 2. Metode Pemisahan Kompleks Metode

pemisahan

kompleks

memerlukan

beberapa

tahapan

kerja,

diantaranya penambahan bahan tertentu,pengaturan proses mekanik alat, dan

reaksi-reaksi

kimia

yang

diperlukan.

Metode

ini

biasanya

menggabungkan dua atau lebih metode sederhana. Contohnya, pengolahan  bijih dari pertambangan memerlukan proses pemisahan k ompleks.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Absorbsi

Penyerapan gas-cair (a) Penyerapan cair-padat (b) mekanisme. Lingkaran biru adalah molekul terlarut.

Absorbsi ialah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan sorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorbsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorbsi kimia,juga disebut sorpsi kimia). Kecepatan absorbsi merupakan ukuran perpindahan massa antara fasa gas dan fasa cair, disamping pada perbedaan konsentrasi dan luas permukaan absorben. Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Pada absorbsi sendiri ada dua macam proses yaitu :

a. Absorbsi 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

 b. Absorbsi 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, K 2CO3, 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. 2.2

Fungsi Absorbsi

Adapun fungsi absorbsi dalam industri yaitu untuk meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya. Contoh : 1. Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari 0

reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 182 C didinginkan pada

0

kondensor hingga suhu 55 C,dimasukkan ke dalam absorber. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37  –   40%. Bagian terbesar 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. Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2). Proses pembuatan asam nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan 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.

2.3

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 : a. Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebutuhan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil).  b. Selektif c. Memiliki tekanan uap yang rendah d. Tidak korosif. e. Mempunyai viskositas yang rendah f. Stabil secara termis. g. Murah Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben adalah air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan

tetesan cairan), natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam) dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa). Alat absorpsi disebut juga absorber, adalah tempat campuran gas dan absorben dikontakkan satu sama lain secara intensif, biasanya dalam arah yang  berlawanan. Besarnya absorber (juga kuantitas absorben yang diperlukan) tidak hanya ditentukan oleh jumlah tahap yang lebih sedikit dari pada absorpsi fisik (alat menjadi lebih kecil) alat ini dapat dijadikan satu dengan absorber, atau dipasang dalam sistem sirkulasi absorber. Kadang-kadang satu kali absorpsi tidak cukup untuk memisahkan campuran multi komponen dalam hal ini dua atau lebih absorber harus dipasang secara seri. Selain itu absorber sring kali digunakan untuk melakukan presipitasi bahan-bahan padat atau debu dalam kuantitas kecil yang ikut terbawa dalam campuran gas.

Alat-alat absorpsi yang terpenting adalah alat pencuci, seperti : 1. Menara Pencuci Dan Menara Linang

Menara pencuci ini terdiri dari sebuah bejana kosong yang berbentuk silinder. Air disemprotkan ke dalamnya dengan alat penyembur. Dalam  bentuknya yang disempurnakan, menara diisi dengan benda-benda jejal atau  packing. Benda-benda ini diperciki air dari atas. Sedangkan gas yang membawa debu mengalir dari bawah.

2. Pencuci Pusaran

Pada pencuci pusaran gas yang mengandung debu mula-mula menumbuk  permukaan air sehingga terjadi pemisahan awal. Kemudian oleh pelat-pelat  penyalur, gas dibelokkan masuk kedalam air pencuci. Di dalam air pencuci terdapat perkakas pemusar air. Pencuci pusaran terutama sesuai untuk memisahkan debu-debu berukuran menengah dan kasar seperti debu, yang terdapat pada instalasi penggilingan, pencampuran dan pengeringan.

3. Pencuci Pancaran

Pencuci pancar pada prinsipnya adalah pompa pancar yang besar. Cairan  pencuci disemburkan dalam gas melalui suatu alat yang disemprotkan dengan tekanan. Udara kotor dihisap dari samping dan bercampur secara intensif dengan cairan pencuci di dalam pipa pancar. Pencuci pancar sesuai untuk memisahkan debu-debu yang berukuran cukup halus.

4. Pencuci Rotasi

Cairan pencuci didistribusikan ke dalam suatu ruangan oleh sebuah cakran atau sikat yang berputar (pencuci sikat). Dengan cara ini terbentuk lapisan tetesan air, dan gas mengandung debu harus melewati lapisan tersebut, sehingga terjadi pemisahan debu yang intensif. Pencuci rotasi sesuai untuk memisahkan debu-debu yang cukup halus dan yang kasar.

5. Pencuci Venturi

Udara yang mengandung debu yang masuk ke dalam pencuci dipertinggi kecepatannya oleh penyempitan pipa venturi. Cairan pencuci dipisahkan kembali dari aliran gas oleh belokan yang tajam dan oleh tumbukan.

6. Alat Pemisah Loncatan Tekanan

Pada alat pemisah loncatan tekanan,tekanan gas yang akan dibersihkan dilwatkan pada sejumlah besar cincin yangberbentuk khusus.Diantara cincin yang satu dengan yang lain terdapat lubang yang menyerupai celah.Pada saat gas menerobos celah,gas dibelokkan mengikuti lntasan yang berbentuk.

2.4

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.

Struktur dalam absorber

1. Bagian atas : Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair. 2. Bagian tengah : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi 3. Bagian bawah: Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor.

Keterangan : (a) input gas (b) gas keluaran (c) pelarut (d) hasil absorbsi (e) disperser (f) packed column

Prinsip Kerja Kolom Absorbsi

1. 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. 2. 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.

Keterangan: (a) gas keluaran (b) gas input (c) pelarut (d) gas output

Proses Pengolahan Kembali Pelarut Dalam Proses Kolom Absorber a. Konfigurasi reaktor akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami dari  pelarut yang digunakan.  b. 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. c. Ketika volalitas pelarut sangat rendah, contohnya pelarut tidak muncul  pada aliran gas, proses untuk meregenerasinya cukup sederhana yakni dengan memanaskannya.

Contoh Pertama

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.

Contoh Kedua

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

Contoh ketiga

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

Jenis Menara Absorpsi

a. Sieve Tray Bentuknya mirip dengan peralatan distilasi. Pada Sieve Tray, uap menggelembung ke atas melewati lubang-lubang sederhana berdiameter 312 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).  b. 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. c. Spray Tower  Jenis ini tidak banyak digunakan karena efisiensinya yang rendah. d. 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. e. 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.

Pemilihan Solven

Pemilihan solven umumnya dilakukan sesuai dengan tujuan absorpsi, antara lain: a. Jika tujuan utama adalah untuk menghasilkan larutan yang spesifik, maka solven ditentukan berdasarkan sifat dari produk.  b. 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: 1. Kelarutan Gas Kelarutan gas harus tinggi sehingga meningkatkan laju absorpsi dan menurunkan 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.

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 dimana terdapat menara absorpsi hidrokarbon yang menggunakan pelarut hidrokarbon yang cukup volatil dan di bagian atas digunakan minyak non volatil untuk me-recovery pelarut utama. Demikian juga halnya dengan hidrogen sulfida yang diabsorpsi dengan natrium fenolat lalu pelarutnya di-recovery dengan air.

3. Korosivitas Solven yang korosif dapat merusak kolom. 4. Harga Penggunaan solven yang mahal dan tidak mudah di-recovery akan meningkatkan biaya operasi kolom. 5. Ketersediaan Ketersediaan pelarut di dalam negeri akan sangat mempengaruhi stabilitas harga pelarut dan biaya operasi secara keseluruhan. 6. Viskositas Viskositas pelarut yang rendah amat disukai karena akan terjadi laju absorpsi yang tinggi, meningkatkan karakter flooding dalam kolom, jatuhtekan yang kecil dan sifat perpindahan panas yang baik. 7. Pelarut Sebaiknya pelarut tidak memiliki sifat racun, mudah terbakar, stabil secara kimiawi dan memiliki titik beku yang rendah.

BAB III PENUTUP

3.1

Kesimpulan

Metode pemisahan merupakan suatu cara yang digunakan untuk memisahkan atau memurnikan suatu senyawa atau sekelompok senyawa yang mempunyai susunan kimia yang berkaitan dari suatu bahan, baik dalam skala laboratorium maupun skala industri. Metode pemisahan bertujuan untuk mendapatkan zat murni atau beberapa zat murni dari suatu campuran, sering disebut sebagai pemurnian dan juga untuk mengetahui keberadaan suatu zat dalam suatu sampel (analisis laboratorium). Berdasarkan tahap proses pemisahan, metode pemisahan dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu metode pemisahan sederhana dan metode  pemisahan kompleks. Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. 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.

DAFTAR PUSTAKA Perry, R.H abd Green, D., “Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 6th ed.”,1984, McGraw-Hill Book Co., Singapore. http://angghajuner.blogspot.com/2011/10/absorbsi.html diakses 22 Mei 2013 http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/teknologi-proses/absorbsi/ Diakses 22 Mei 2013 http://fatysahinknowledge.wordpress.com/2011/11/15/absorber/ diakses 22 Mei 2013 http://id.wikipedia.org/wiki/Absorpsi diakses 22 Mei 2013 http://kimiabisa.blogspot.com/2012/12/pemisahan-campuran.html diakses 22 Mei 2013 http://lab.tekim.undip.ac.id/proses/2010/03/04/absorbsi-co2-dengan-menggunakanlarutan-naoh/ diakses 22 Mei 2013 http://muhammadyusuffirdaus.wordpress.com/2011/10/23/dasar-dasar-absorpsi/ diakses 22 Mei 2013 http://mvf-processengineer.blogspot.com/2011/02/absorpsi.html diakses 22 Mei 2013