MODEL SIMULASI ABSORBSI GAS CO DALAM LARUTAN … · 2019-08-13 · Model Matematika untuk absorbsi CO 2 dengan larutan potassium karbonat dengan katalis asam borat. C. Gomez, Borio,

MODEL SIMULASI ABSORBSI GAS CO2 DALAMLARUTAN METHYLDIETHANOLAMINE (MDEA)

BERPROMOTOR PIPERAZINE (PZ) DALAM PACKED COLUMN

Gede Sutrisna Adi W. (2310100066)

Nizar Nazaruddin (2310100088)

Pembimbing:Dr. Ir. Susianto, DEAProf. Dr. Ir. Ali Altway, M.S

Laboratorium Perpindahan Massa dan PanasJurusan Teknik KimiaFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember

1

LATAR BELAKANG

PerkembanganEkonomi Dunia

Peningkatankonsumsi bahanbakar Industri &

Transportasi

Emisi gas CO2Absorbsi gas

CO2

2

Kelebihan• Stabil Pada Suhu tinggi

Kelamahan• Korosif• Panas Regenerasi Tinggi• Reaksi Penyerapan CO2 Lambat

Kelebihan• Reaksi Penyerapan CO2 Cepat• Panas Regenerasi Rendah• Korosi Rendah

Kelemahan• Kurang Stabil Pada Suhu Tinggi

K2CO3 AMINE

Ditambahkan Promotor : MDEA, DEA, MDEA

Digunakan MDEA (Amine Tersier) Karena lebih tahan suhu tinggi

PERBANDINGAN BAHANABSORBAN

3

PENELITIAN TERDAHULUKINETIKA

Peneliti Judul Hasil yang didapat

Hendy, Kathryn,

Gabriel, 2011

Carbondioxide absorbtion into unpromoted and promoted

borate-catalyst in potassium carbonate solution

Perbandingan antara absorbsi CO2

dengan dan tanpa promot0r asam borat

J. Tim Cullinane,

Gary T. Rochelle

Carbondioxide absorbtion with aqueous potasium carbonate

with promotor piperazine

Piperazine meningkatkan rate absorbsi

dan kapasitas absorbsi

Jean, Amann,

2009

A new aqueous solven based on blenden N-

MethylDiethanolamine and TerAmine for CO2 recovery in

post combustion : Kinetic study

Kinetika absorbsi CO2 dengan solven

MDEA dan TETA dengan enggunakan

film theory.

Espen, Geert,

2012

Absorbtion and desorbtion mass transfer rate in chemically

enhanced reactive system Part I: Chemical enhancement

factor

Pengukuran Chemical Enhancement

Factor untuk proses absorbsi dan

desorbsi dalam larutan MDEA

Astarita, GCarbondioxide absorbtion in aqueous monoethanolamine

solutution

Kinetika, dan mekanisme reaksi sesuai

dengan teori penetrasi

Zhang Xu, Yang

Yanhua, 2003

Absorbtion Rate of CO2 into MDEA Aqueous Solution

Blended with Piperazine and DEA

Model kinetil absorbsi CO2 dalam larutan

MDEA dengan promotor PZ, DEA, dan

PZ+MDEA

4

PENELITIAN TERDAHULUSIMULASI

Lanjutan

Ahmadi,2008Advance modeling in performance optimization for

reactive separation in industrial CO2 removal

Model Matematika untuk absorbsi CO2

dengan larutan potassium karbonat

dengan katalis asam borat.

C. Gomez, Borio,

2003

Simulation of Industrial Packed Column for Reactive

Absorbtion of CO2

Simulasi steady state untuk proses

absorbsi CO2 pada ammonia plant

dengan variasi dari berbagai variable

proses

Nisa, et al, 2013Simulasi Absorpsi Reaktif CO2 Skala Industri Dengan

Pelarut K2CO3 Berkatalis

Model matematika untuk absorpsi gas

CO2 dalam larutan K2CO3 dengan

promotor ACT-1

Ningsih et al,

2012

Simulasi Absorpsi Gas Multikomponen Dalam Larutan

K2CO3 berpromotor MDEA

Model simulasi absorpsi gas CO2 dalam

dengan pelarut K2CO3 disertai

promotor MDEA

Altway, et al,

2008

Kajian ulang transfer massa disertai reaksi kimia pada

absorpsi reaktif gas CO2 dalam packed column

Perbandingan transfer massa dalam

proses absorpsi untuk berbagai model

5

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana pembuatan model matematik untuk proses absorbsigas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packedcolumn?

Bagaimana validasi model matematik untuk proses absorbsi gasCO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packedcolumn?

Bagaimana pengaruh variable seperti suhu, tekanan, dankonsentrasi promotor terhadap laju absorbsi dan percent recoveryuntuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEAberpromotor PZ didalam packed column?

6

• Membuat model matematik proses absorbsi gasCO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZdidalam packed column,

• Melakukan validasi model matematik denganmembandingkan hasil prediksi dengan datalapangan dan

• Mengkaji secara teoritis pengaruh berbagai variableproses seperti suhu, tekanan, konsentrasi promotorterhadap laju absorbsi dan percent recovery.

TujuanPercobaan

• Dengan model matematik yang dibuat dapatdimanfaatkan untuk membantu memprediksiperforma dan perancangan dari packed columnsekala industri

ManfaatPercobaan

7

METODOLOGI

Mulai

Studi Literatur

Pembuatan Model Matematis

Penyelesaian Numerik

Validasi Model Matematik

Simulasi

Pengambilan Data

Selesai

8

SISTEMYANG DITINJAU

Tinggi

Kolom

Diameter

Kolom

Ukuran

Packing

Atas 15,85 m 1,83 m 0,05 m

Bawah 18,29 m 3,05 m 0,07 m

Laju alir gas masuk : 204020 kg/jamFraksi mol komponen gas masuk-CO2 : 0,1847- N2 : 0,2082-CO : 0,0025- CH4 : 0,0032-H2 : 0,5988- Argon : 0,0025

9

VARIABEL

Variabel Input

• Suhu operasi

• Laju Alir

• Tekanan operasi

• KonsentrasiPromotor PZ

Variabel Output

• Konsentrasi gas keluar

• Persen recovery gas CO2

• Distribusikonsentrasi padapacking

10

MODEL MATEMATIKA10

Model Matematika

KinetikaReaksi

Transfer Massa

Data Kelarutan

Gas

KesetimbanganReaksi

MODEL MATEMATIK

SISTIM I

CO2

MDEA

k (gas terlarut)

11

dVCCraAdzR LBA },{ 00

0},{. 000 dVCCrLdC LBABB

L

aAR

dZ

dC KK 0

L

aAR

dz

dC BB

0

MODEL MATEMATIK

SISTIM II

CO2

k (gas terlarut)

Konsentrasi CO2 pada

interface

12

0B

in

B

B

outAAinCC

LYYG

0Kin

KoutKKin CCLYYG

HekEk

CEkPykC

GL

AeLAGAi

PENYELESAIAN NUMERIK

Penyelesaian numeric yang digunakan pada penelitian ini adalahdengan menggunaka metode kolokasi orthogonal. Proses inimenghasilkan serangkaian persamaan aljabar yang simultan.Persamaan-persamaan tersebut kemudian diselesaikan denganmetode Newton Raphson,

13

)( 0*1

0

AAi

NC

i

ji

T

TBBinBj CCEH

H

ZCC

)( 0*1

0

KK

NC

i

ji

T

TKinKj CCH

H

ZCC

Ain

outA

Y

Y1Removal%

PENGARUH TEMPERATURLEAN

peningkatan %Removalterjadi karenapeningkatan lajureaksiyang meningkatseiring meningkatnyatemperature. Hasil iniberkorelasi positif denganhasil kajian literature yangdilakukan oleh Wen Xu,dkk (1992)

14

PENGARUH TEMPERATURSEMI LEAN

Kenaikan temperaturepada semilean menaikan%Removal lebih besardibanding temperaturelean karena RateSemilean lebih besardibanding Rate Lean

15

PENGARUH RATE LEAN16

Hal ini dikarenakan peningkatan laju aliran larutan dapat meningkatkan turbulensidalam aliran yang membuat turunnya tahanan pada sisi liquid. Karena tahananpada sisi liquid berkurang maka absorbsi gas menuju liquida dapat berlangsunglebih cepat.

PENGARUH TEKANANKOLOM

18

Hasil ini berkorelasipositif dengan literature,dimana disebutkantekanan berpengaruhpada kelarutan dari gasdidalam solven.

PENGARUH KONSENTRASIPROMOTOR

19

Hal ini disebabkan karenapiperazine dapatmembantu meningkatkanabsorbsi yang disertaireaksi pada system larutanMDEA.

DISTRIBUSI KONSENTRASILIQUID PADA PACKING

20

semakin kebawah maka reaksi antara MDEA dengan CO2 akan menjadi semakincepat dibuktikan dengan profil konsentrasi produk R-HCO3 yang turun secarasignifikan pada packing bagian bawah.

Bawah Atas

DISTRIBUSI GAS TERLARUTPADA PACKING

21

Semakin tinggi kolom maka konsentrasi gas terlarut cenderungmenurun.

Bawah Atas

VALIDASI MODEL22

Error 0.1767%

KESIMPULAN

%removal terbesar diberikan oleh perubahan temperature lean solution yangmampu memberikan nilai maksimum 99.3%.

Pada konsentrasi katalis 1%, kenaikan temperature lean sebesar 1 C dapatmeningkatkan %removal sebesar 0.05%. Sedangkan kenaikan temperaturesemilean sebesar 1 C dapat menaikan %removal sebesar 0.09%.

Peningkatan tekanan kolom dapat meningkatkan kelarutan gas sehinggameningkatkan laju absorpsi. Pada konsentrasi katalis 1%, setiap kenaikantekanan 1 atm dapat meningkatkan %removal sebesar 0.233%.

Peningkatan laju alir lean dan semilean dapat meningkatkan laju absorpsi.Sedangkan setiap kenaikan laju alir semilean 1000 kg/jam dapat manaikan%removal sebesar 0.001%.

Peningkatan konsentrasi promoter dapat meningkatan %removal secarasignifikan, namun apabila konsentrasi promoter ditingkatkan terus %removalcenderung menjadi menurun. nilai yang maksimum yang diacapai padakonsentrasi promoter 10% adalah sebesar 99.63%.

23

SARAN

Simulasi divalidasi dengan data pabrik lain untukmeningkatkan akurasi dari model matematis yang dibuat.

Simulasi ditambah dengan unit stripper untukmengevaluasi kinerja dari unit CO2 removal secarakeseluruhan.

24

TERIMA KASIH

Atas Perhatiannya