Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki 1 BAB II ABSORPSI DAN STRIPPING II.1 ABSORPSI dan STRIPPING 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. Stripping adalah proses pemisahan yang cara kerjanya sama dengan proses absorbsi hanya solute yang akan dipisahkan berupa fase liquid sedangkan pelarutnya fase gas. II.2 Fungsi dari Proses Absorpsi dan Stripping dari Dilute Mixtures Absorpsi dan stripping merupakan metode umum untuk : a) Menghilangkan impuritis dari gas (absorpsi) atau b) Menghilangkan impuritis dari liquid (stripping). Hal ini dilakukan dengan mengalirkan absorben liquid (pelarut) secara countercurrent terhadap campuran uap/gas (absorpsi) atau suatu vapor countercurrent terhadap campuran liquid (stripping).
34
Embed
› courses › JTK3171 › ... BAB II abs2 - upnjatim.ac.idKolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
1
BAB II ABSORPSI DAN STRIPPING
II.1 ABSORPSI dan STRIPPING
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.
Stripping adalah proses pemisahan yang cara kerjanya sama
dengan proses absorbsi hanya solute yang akan dipisahkan
berupa fase liquid sedangkan pelarutnya fase gas.
II.2 Fungsi dari Proses Absorpsi dan Stripping dari Dilute
Mixtures
Absorpsi dan stripping merupakan metode umum untuk :
a) Menghilangkan impuritis dari gas (absorpsi) atau
b) Menghilangkan impuritis dari liquid (stripping).
Hal ini dilakukan dengan mengalirkan absorben liquid (pelarut)
secara countercurrent terhadap campuran uap/gas (absorpsi)
atau suatu vapor countercurrent terhadap campuran liquid
(stripping).
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
2
II.3 Fungsi Absorbsi dalam industri
Tujuan proses Absorpsi dalam dunia Industri adalah :
Meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah
fasenya
Contoh : 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.
Absorpsi dan Stripping 7
Absorber Stripper
Steam
Solven
Solven
Solvendan CO2
N2 dan CO2
CO2N2
HE
Scrubber untuk CO2
GAS
LIQUIDGASGAS
LIQUID
Solvendan CO2
Gambar 1. Contoh Penyerapan CO2
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
3
II.4 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.
II.4.1 Struktur dalam absorber (Kolom Absorpsi)
Gambar 2, Bagan kolom Absorpsi
Bagian a : Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair.
Bagian b : out put gas keluar
Bagian c : in put pelarut masuk
Bagian d : out put pelarut dan gas terserap keluar
Bagian e : tempat pencampuran pelarut dan umpan
Bagian f : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh
sehingga mudah untuk diabsorbsi
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
4
II. 4.2 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
Substituís ke pers.11, untuk membuat kesetimbangan C02 (A),
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛−
+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛− 1
1
1
1
180
1300
20,0120,080
010300
A
A
A
A
yy
xx
(13)
Pada 2930K, konstanta Hukum Henry’s A.3 , H = 0,142 x 104
atm/mol frak. H’ =H/P
H’ = 0,142 x 104 mol frak gas/mol frak liquid. Substitusi ke
pers.7,
yA1 = 0,142 x 104 xA1, substituís ke pers.. 13, diperoleh : xA1 =
1,41 x 10-4 dan yA1 = 0,20.
Untuk kecepatan aliran yang meninggalkan absorber ;
L1 = 11'
AxL−
= jkgmolx
/3001041,11
3004 =− −
V1 = 11'
AyV−
= 20,01
800−
= 100 kg mol/j
Dalam soal diatas bila, larutan liquid terlalu encer, L0 ≈ L1
II.14 Multiple Countercurrent-contact stages
1. Derivasi dari persamaan Umum :
V1 V2 V3 Vn Vn+1 VN VN+1
1 2 n N
L0 L1 L2 Ln-1 Ln LN-1 LN
Gambar 15.. Proses countercurrent stages
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
17
Kesetimbangan total untuk seluruh stage :
L0 + VN+1 = LN + V1 = M (14)
Dengan : VN+1, LN, = mol/j bahan masuk dan keluar. Untuk
kesetimbangan komponent A,B,C,
L0x0 + VN+1 YN+1 = LNxN + V1Y1 = MxM (15)
x dan y dalam mole fraksi Kesetimbangan Total setelah stage pertama n;
L0 + Vn+1 = Ln + V1 (16)
Untuk suatu kesetimbangan komponent ;
L0X0 + Vn+1 Yn+1 = LnXn + V1Y1 (17)
Penyelesaian untuk Yn+1 dari persamaan diatas:
(18)
Ini merupakan suatu persamaan garis operasi dengan slope =
Ln/Vn+1
2. Kontak countercurrent dengan aliran tidak saling larut
l Solute A berpindah terjadi bila aliran V mengandung
komponent A dan B tanpa C, dan aliran L mengandung A
dan C tanpa B. Kedua aliran L dan V tidak saling larut satu
sama lain hanya komponent A yang berpindah
l Bila L dan V adalah aliran yang encer dengan komponent A,
maka aliran cenderung mengalir konstan dan slope Ln/Vn+1
mendekati konstan, sehingga diperoleh garis operasi
merupakan garis lurus (gambar 16).
1
0011
11
+++
−+=
nn
nnn V
xLyVVxLy
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
18
3. Skema Kontak countercurrent dengan aliran tidak saling
larut
y1 x0 yN+1 garis operasi stage 1 y2 x1 2 y4 4 y3 x2 Mole Fraksi 3 y3 3 garis
y4 x3 y2 kesetimbangan
yN+1 xN y1 1
Gambar 16. Jumlah stages pada suatu proses kontak
Multipel Stage
Suatu persoalan penting dimana solute A akan terjadi perpindahan
bila aliran V mengandung komponen A dan B tanpa ada C, dan
aliran solven L mengandung A dan C tanpa ada B. Dua aliran L dan
V adalah tidak saling larut , hanya A yang akan berpindah.
Bila pers.18 di plot pada x,y, maka terlihat seperti pada gambar .16.
Pada gambar 16, y1 dan x0 berada pada garis operasi dan y1 dan x1
berada pada garis kesetimbangan. Setiap stage diwakili oleh sebuah
garis pada gambar 16, langkah dilanjutkan ingá titik yN+1, dicapai.
Jika aliran L dan V encer dalam componen A, aliran mendekati
keadaan constan dan slope Ln/Vn+1 mendekati constan.
Contoh Soal 3.
Diinginkan mengabsorb 90% acetone dalam udara yang
mengandung 1% aceton dlm suatu menara countercurrent. Aliran
gas masuk 30 kg.mol/j, dan total air murni masuk sebagai absorbent
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
19
adalah 90 kg.mol H20 /j. Proses di operasikan pada keadaan
isothermal 3000K dan tekanan total 101,3 kPa. Hubungan
kesetimbangan aceton dalam gas dan liquid : yA = 2,53 xA. Tentukan
jumlah stage yang dibutuhkan secara teori untuk proses operasi ini,
Penyelesaian :
Diagram proses seperti gambar 16. yAN+1 = 0,01, xA0 = 0, VN+1 = 30,0
kg mol/j dan L0= 90,0 kg mol/j. Kesetimbangan material Aceton,
Jumlah aceton masuk = yAN+1 VN+1 = 0,01(30,0)= 0,30 kg mol/j
Udara masuk = (1– yAN+1)VN+1 = (1– 0,01)(30,0) = 29,7 kg mol
udara/j
Aceton sisa di V1 = 0,10(0,30) = 0,030 kg mol/j
Aceton sisa di LN = 0,90(0,30) = 0,27 kg mol/j
V1 = 29,7 + 0,03 = 29,73 kg mol udara + aceton/j
yA1 = 73,29030,0
= 0,00101
LN = 90,0 + 0,27 = 90,27 kg mol air + aceton/j
xAN = 27,9027,0
= 0,00300
Aliran liquid pada aliran masuk L0 = 90,0 pada aliran keluar LN =
90,27 dan V dari 30,0 s/d 29,73, maka slope Ln/Vn+1 pada garis
operasi adalah konstan. Garis operasi bersama dengan garis
kesetimbangan yA = 2,53 xA digambar sperti gambar 17. dimulai
pada titik yA1, xA0, maka diperoleh sekitar 5,2 stage.
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
20
0,012 YAN+! 0,008 garis operasi 5 Mole fraksi, yA 4 0,004 3 Garis kesetimbangan yA1 2 1 0 0 0,00 1 0,002 0,003 0,004 xA0 xAN Mole fraksi acetone dalam air, xA
Gambar 17. Stage teoritikal untuk proses Absorpsi countercurrent
II.15 Metode Analitik untuk Trayed Towers
Metode grafik untuk menentukan jumlah stage memang lebih mudah
dan umum digunakan, namun kendalanya adalah :
1.) Jumlah stage N menjadi besar
2.) N is specified rather than the desired purity,
3.) Lebih dari satu solut yang diabsorpsi
4.) Kondisi operasi bisa dioptimasi
5.) Untuk konsentrasi yang tinggi atau yang rendah memerlukan
multiple diagrams
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
21
Persamaan Analitik untuk Countercurrent stage contact
Pers.kesetimbangan komponen;
L0x0 + VN+1yN+1 = LNxN + V1y1 atau, (19)
LNxN - VN+1yN+1 = L0x0 - V1y1 (20)
Pers.kesetimbangan untuk stage n pertama:
L0x0 + Vn+1yn+1 = Lnxn + V1y1 atau, (21)
Lnxn - V1y1 = Lnxn - Vn+1yn+1 (22)
Pers (22) ke pers (24) diperoleh :
Lnxn - Vn+1yn+1 = LNxN - VN+1yN+1 (23)
Selama aliran molar konstan, Ln=LN=konstan=L dan
Vn+1=VN+1=konstan=V, sehingga diperoleh:
L(xn – xN) = V(yn+1 – yN+1) (24)
Selama yn+1 dan xn+1 berada pada kesetimbangan dan dalam bentuk
garis lurus, yn+1 = mxn+1 dan yN+1 = mxN+1. Substitusi mxn+1 untuk yn+1
dan A=L/mV, pers. (24) diatas menjadi ;
NN
nn Axmy
Axx −=− ++
11 (25)
Dengan : A = faktor absorbsi
Dengan menggunakan kalkulus maka pers (25) diperoleh;
Untuk proses Absorbsi ;
Transfer solute A dari fase V ke L :
(26)
(27)
11
1
01
11
−
−=
−
−+
+
+
+N
N
N
N
AAA
mxyyy
AAAmxy
mxy
N
N
log
111log01
01⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛ −−−
=
+
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
22
Bila A =1, (28)
Untuk proses Striping :
(29)
(30)
(31)
A = L/mV Komponen A = L/mV m-value
Air 1,7 0,031
Aseton 1,38 2,0
Oksigen 0,00006 45.000
Nitrogen 0,00003 90.000
Argon 0,00008 35.000
Contoh soal 4. (sama seperti soal.3)
Penyelesaian :
Pada stage 1, V1 = 29,73 kg mol/j, yA1 = 0,00101, l0 = 90,0 dan
xA0 = 0.
Hubungan kesetimbangan yA = 2,53 xA, dimana m = 2,53
01
11
mxyyyN N
−
−= +
)1)/1()/1()/1(
)/( 1
1
10
0
−
−=
−
−+
+
+N
N
N
N
AAA
myxxx
)/1log(
)1()/()/(log
1
10
A
AAmyxmyx
N NN
N⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+−
−−
= +
+
)/(,1
1
0
myxxxNBilaANN
N
+−
−==
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
23
Kemudian : A2 = mVL
= 1
0
mVL
= 73,2953,2
0,90x
= 1,20
Pada Stage N, VN+1 = 30,0, yAN+1 = 0,01, LN = 90,27 dan xAN =
0,00300
AN = 1+N
N
mVL
= 0,3053,2
27,90x
= 1,19
Rata2 geometrik A = NAA1 = 19,120,1 x = 1,195
Solut Aceton transfer dari V ke L (absorpsi)
Substitusi ke pers. 30, :
)195,1ln(195,11
195,111
)0(53,200101,0)0(53,201,0ln ⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡+⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−
−
−
=N = 5,04 stage
II.16 Disain dari Menara Absorpsi Plate 1. Operasi –Garis Derivasi
Sebuah Menara Absorpsi Plate mempunyai diagram alir proses
yang sama seperti proses multipel stage countercurrent yaitu
seperti Menara Tray vertikal ((gambar 15) dan seperti gambar 18
dibawah ini.
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
24
V1,y1 L0, x0 1 1 2 n Vn+1, yn+1 Ln, xn n+1 N-1 N VN+1, yN+1 LN, xN
Gambar 18. Neraca Massa dalam Menara Absorpsi Tray
Dalam persoalan ini, solut A berdiffusi melalui sebuah gas yang
stagnant (B) dan kemudian masuk ke fluida yang stagnant.
Jika V’ = kg mol inert udara/dt dan L’=kg mol inert solvent air/dt
m2.units (lb mol inert/j.ft2), maka Neraca Massa Over all adalah
sbb:
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
− +
+
yyV
xx
Lyy
Vxx
LN
N
N
N
1'
1'
1'
1' 1
1
1
0
0 (32)
Sebuah Neraca Massa sekitar kotak yang diberi garis putus-
putus sbb :
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
25
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
− +
+
yyV
xx
Lyy
Vxx
Ln
n
n
n
1'
1'
1'
1' 1
1
1
0
0 (33)
Dengan : x=fraksi mole A dalam liquid, y=fraksi mole A dalam
gas, L0=total mole liquid/dt dan VN+1 total mole gas/dt.
Persamaan 33, adalah kesetimbangan material atau garis
operasi untuk proses absorpsi dengan menara Plate (Tray).
2. Penentuan secara grafik jumlah plate dari Menara Tray
(Menara Plate)
Pem-plot an persamaan 33 dalam koordinat x,y akan
memberikan suatu garis kurva. Jika x dan sangat encer, 1-y dan
1-x mendekati nilai 1, dan garis operasi mendekati garis lurus,
slopenya adalah : ≡L’/V’. Jumlah plate teoritis sama dengan
gambar 16.
Contoh Soal 5 ;
Sebuah menara Tray akan didisain untuk mengabsorb SO2 dari
aliran udara dengan menggunakan air murni sebagai pelarutnya
pada 2930K (680F). Gas masuk mengandung 20 mol% SO2 dan
keluar Tower 2 mol % pada tekanan total 101,3 kPa. Laju aliran
udara inert adalah 150 kg udara/j.m2 dan aliran air masuk 6000 kg
air/j.m2. Misalkan effisiensi Menara Tray 25%, berapa banyak tray
teoritikal dan dan sesungguhnya dibutuhkan pada proses tersebut
diatas. Asumís bahwa proses berjalan pada 2930K (200C).
Penyelesaian :
Dihitung dahulu aliran dalam molar :
V’ = 29150
= 5,18 kg mol inert udara/j.m2
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
26
L’ = 1806000
= 333 kg mol inert air/j.m2
Menggunakan gambar .18, yN+1 = 0,20, y1 = 0,02 dan x0 = 0.
yN+1 0,20 0,18 garis operasi 0,16 Mole fraksi, y 0,08 2 0,06 y1 0,02 1 0 0,002 0,004 0,006 0,008 Mole Fraksi, x
Gambar 19. Jumlah Plate teoritis proses absorpsi Contoh soal .
Substitusi ke pers.32, diperoleh :
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=⎟
⎠
⎞⎜⎝
⎛−
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
− 02,0102,018,5
1333
20,0120,018,5
010300
N
N
xx
xN = 0,00355
Substitusi ke pers. 33,
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
− +
+
02,0102,018,5
1333
118,5
010333
1
1
n
n
n
n
xx
yy
Untuk menggambarkan garis operasi dibutuhkan beberapa titik lagi.
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
27
Diambil yn+1 = 0,07 dan substitusi ke pers 33, diperoleh xn
=0,000855, yn=1 = 0,13, xn = 0,000201 dst. Data kesetimbangan
dapat diperoleh dari App.A.3 ((Geankopls).
Sehingga diperoleh Plate teoritis = 2,4 dan jumlah tray
sesungguhnya = 2,4/0,25 = 9,6 tray.
II.16 Disain dari Menara Packed untuk proses Absorpsi 1. Derivasi garis operasi :
Untuk solute A berdifusi melalui sebuah gas yang stagnan dan
kemudian menuju ke fluida yang stagnan, sebuah
kesetimbangan material over all komponen A pada gambar 20
untuk sebuah Menara Packing adalah :
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
− 2
2
1
1
1
1
2
2
1'
1'
1'
1'
yyV
xxL
yyV
xxL (34)
Dimana : y1 dan x2 = bahan masuk
L’ = kg mol inert liquid/dt atau kg mol inert liquid/dt.m2
V’ = kg mol inert gas/dt atau kg mol inert gas/dt.m2
y1 dan x1 = molle fraksi A dalam gas dan liquid
Aliran L’ dan V’ constan melalui Menara, tetapi aliran total L dan
V tidak constan.
Kesetimbangan sekitar daerah yang diberi garis titik-titik pada
gambar 20. memberikan garis operasi sbb ;
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
− yyV
xxL
yyV
xxL
1'
1'
1'
1'
1
1
1
1 (35)
Persamaan diatas bila digambarkan akan memberikan garis
lurus seperti pada gambar 20.
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
28
Gambar 20. Kesetimbangan Material untuk proses Absorpsi pada menara Packing
Bottom menara y1 Top y2
Mole garis kesetimbangan Fraksi,y
Garis operasi Y2 Top bottom y1 0 x2 x1 0 x1 x2 Mole Fraksi, x Mole Fraksi, x (a) (b)
Gambar 21. Garis Operasi untuk (a).proses absorpsi dari A dari aliran V ke L, (b).proses stripping dari A, dari aliran L ke V
Persamaan (35), bila di plot pada koordinat x y, akan memberikan
garis kurva seperti gambar 21.a. Persamaan (35) dapat dituliskan
z
V2, y2 L2, x2
V1, y1 L1, x1
L,x V, y
dz
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
29
juga dalam bentuk tekanan partial p1 dari A, dimana y1 /(1-y1) = p1 /(P
– p1) dan seterusnya. Jika x dan y sangat encer, (1-x) dan (1-y) = 1,
dan persamaan (35) menjadi :
L’x + V’y1 = L’x1 + V’y (36)
Dan ini mempunyai slope L’/V’ dan garis operasi biasanya garis
lurus.
2. Ratio Limiting dan L’/V/ optimum
Pada proses absorpsi, aliran gas masuk V1 (gambar 21) dan
komposisi y1 biasanya satu kesatuan. Konsentrasi y2 keluar
biasanya yang diatur, dan konsentrasi x2 dari aliran liquid masuk
yang ditetapkan. Oleh karenanya , jumlah aliran liquid masuk L2 atau
L’ terbuka untuk ditentukan.
Pada gambar 22., aliran V1 dan konsentrasi y2, x2, dan y1 adalah
suatu kesatuan. Bila garis operasi mempunyai slope minimum dan
menyinggung garis ekulibrium pada titik P, aliran liquid L’ adalah
minimum pada L’min. Nilai dari x1 maksimum pada x1max bila L’
minimum. Pada titik P driving force y-y*, y-yi, x*-x, dan xi-x semuanya
= 0. Penyelesaian untuk L’min, nilai y1 dan ximax disubstitusi ke
persamaan garis operasi. Pada beberapa persoalan, jira garis
kesetimbangan adalah kurva bersifat cekung menurun kebawah,
nilai minimum dari L diperoleh melalui garis operasi menjadi tangent
ke garis kesetimbangan menjadi memotongnya.
Pemilihan ratio L’/V’ minimum untuk digunakan pada disain
tergantung pada kesetimbangan ekonomi. Pada proses absorpsi,
semakin tinggi nilai semakin besar aliran liquid dan karenanya
diameter menara menjadi besar. Biaya untuk me-recover solute dari
liquid dengan distilasi akan menjadi tinggi. Suatu hasil aliran liquid
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
30
yang sederhana pada suatu menara yang tinggi, dimana juga sangat
mahal. Suatu pendekatan, untuk proses absorpsi kecepatan aliran
liquid yang optimum dapat diambil biasanya sekitar 1,2-1,5 kali L’min.
Untuk proses Stripping, seperti gambar 22.b, dimana garis operasi
mempunyai slope maksimum dan menyinggung garis operasi pada
titik P, selanjutnya aliran gas pada keadaan minimum V’min. Nilai y2
pada y2mak adalah keadaan maksimum. Sama seperti proses
absorpsi, V= 1,5 x V’min.
Garis operasi untuk aliran Liquid Sesungguhnya P P y1 y1 mak y2 gariskesetimbangan garis operasi untuk y2 aliran liquid minimum y1
0 x2 x1 x1mak x1 x2
(a) (b)
Gambar 22. Garis Operasi untuk kondisi terbatas
(a).absorpsi, (b).Stripping
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
31
3. Persamaan Analitik untuk menghitung jumlah plate teoritis
dari menara packing.
Persamaan Analitik untuk menghitung jumlah plate teoritis N dalam
suatu proses absorpsi dengan menggunakan menara packing sama
dengan persamaan yang digunakan pada menara plate.
Untuk perpindahan solote dari fase gas V ke fase liquid L (absorpsi),
( )
A
AAmxymxy
Nln
/1/11ln22
21⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−
−
= (37)
Untuk perpindahan solute dari fase liquid L ke fase gas V (stripping) ,
( )
)/1ln(
1//
ln11
12
A
AAmyxmyx
N⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡+−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
−
−
= (38)
Dimana A = L/mV
Bila garis kesetimbangan dan garis operasi merupakan garis lurus,
m dan A = L/mV akan bermacam macam.
-Untuk proses Absorpsi pada konsentrat bottom di tray terakhir,
slope m1 pada titik x1 yang digunakan.
-Untuk larutan encer pada top tray, m2 pada titik y2 pada garis
keaetimbangan yang digunakan.
Jadi, A1 = L1/m1V1, A2 = L2/m2V2, dan A = 21AA (39)
Juga, untuk larutan encer m2 digunakan dari persamaan
-Untuk proses Stripping , pada bagian atas (top) atau konsentret
stage, slope m2 pada titik y2 pada garis kesetimbangan yang
digunakan.
Buku Ajar Proses Absorpsi gas – liquid oleh : Sri Redjeki
32
- Pada daerah bottom atau larutan encer, slope m1 pada titik x1 pada
garis kesetimbangan yang digunakan.
Jadi A1 = L1/m1V1, A2 = L2/m2V2, dan A = 21AA .
Contoh Soal 6 ; Laju Alir minimum dan penentuan Jumlah Tray
dengan cara Analitik.
Sebuah Menara Tray mengabsorbsi ethyl alkohol dari aliran gas
inert menggunakan air murni pada 3030 K dan 101,3 kPa.. Laju
aliran gas masuk 100 kg mol/j dan mengandung 2,2 mol %
alkohol. Diinginkan untuk mengambil 90% alkohol. Hubungan garis
kesetimbangan adalah ;y = mx = 0,68x untuk aliran cukup encer.
Menggunakan 1,5 x laju alir minimum, tentukan jumlah Tray yang
dibutuhkan. Gunakan penyelesaian secara grafik dan pers analitik.
Penyelesaian :
Data yang diberikan : y1= 0,022, x2 = 0, V1 = 100 kg mol/j, m =