LAPORAN PENDAHULUAN LABORATORIUM UNIT OPERASI WETTED WALL Oleh Kelompok III Mardanila Apriani (03111003006) Wulan Novi Astuti (03111003008) Nessa Selviany (03111003014) Ahmad Rumaiza (03111003024) Hamdani (03111003032) Akhmad Ade Sucitro (03111003087) Asisten : 1
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
LAPORAN PENDAHULUAN
LABORATORIUM UNIT OPERASI
WETTED WALL
Oleh
Kelompok III
Mardanila Apriani (03111003006)
Wulan Novi Astuti (03111003008)
Nessa Selviany (03111003014)
Ahmad Rumaiza (03111003024)
Hamdani (03111003032)
Akhmad Ade Sucitro (03111003087)
Asisten :
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2014
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Absorbsi adalah proses penyerapan fluida (gas dan likuid) dengan
menggunakan suatu bahan penyerap (absorbant) yang berlangsung di dalam suatu
absorber. Peralatan absorpsi gas terdiri dari sebuah kolom berbentuk silinder atau
menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas pada bagian bawah (bottom),
pemasukan zat cair pada bagian atas (top), dan pengeluaran gas dan zat cair
masing-masing di atas dan di bawah. Hal ini disebabkan karena gas lebih ringan
dan mudah menyebar daripada likuid sehingga kontak antara likuid dan gas akan
berlangsung dengan baik dan mempengaruhi banyaknya gas yang diserap oleh
pelarut atau likuid.
Proses absorbsi dibedakan menjadi 2 bagian, yaitu :
1. Proses absorbsi yang berlangsung secara fisika, terdiri dari absorbsi dan deskripsi.
2. Proses absorbsi yang berlangsung secara kimia.
Pada absorbsi fisika terjadi penyerapan oleh gaya Van der Waals pada
permukaan absorbent. Panas absorbsi fisika biasanya rendah dan lapisan yang
terjadi pada permukaan absorbent biasanya lebih dari satu molekul. Pada absorbsi
kimia terjadi reaksi antara zat yang diserap dan absorbent. Lapisan molekul pada
permukaan absorbent hanya satu lapis dan panas absorbsinya tinggi. Dalam hal-hal
tertentu, gas diserap dalam keadaan utuh pada permukaan absorbent. Dalam
keadaan ini, contohnya molekul hidrogen pada permukaan Pt hitam dapat terpecah
menjadi atom-atom.
Proses absorpsi yang terjadi di dalam wetted wall absorption column
menggambarkan adanya perpindahan massa yang terjadi akibat adanya penyerapan
(dalam hal ini berupa absorpsi) di dalam kolom tersebut. Dengan adanya
perpindahan massa yang terjadi, maka akan ditemui pula suatu bilangan atau
besaran empiris untuk memudahkan persoalan-persoalan perpindahan massa antar
fase yang merupakan koefisien perpindahan massa. Perpindahan massa merupakan
proses penting dalam proses industri, misalnya dalam penghilangan polutan dari
1
suatu aliran keluaran pabrik dengan absorpsi, pemisahan gas dari air limbah, difusi
neutron dalam reaktor nuklir. Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa
dari fase gas ke fase liquid. Kecepatan larut gas dalam absorben liquid tergantung
pada kesetimbangan yang ada, karena itu diperlukan karakteristik sistem gas liquid.
1.2. Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah :
1. Mengetahui prinsip, cara kerja, dan aplikasi Wetted Wall Absorption Column.
2. Mengetahui perhitungan koefisien perpindahan massa (Kl), Reynold Number
(Re), dan Sherwood Number (Sh).
1.3. Permasalahan
Masalah yang akan dibahas dalam percobaan ini adalah :
1. Bagaimanakah pengaruh laju aliran udara pada Wetted Wall Absorption Column
terhadap Koefisien Perpindahan Massa (Kl), Reynold Number (Re) dan
Sherwood Number (Sh)?
2. Bagaimanakah pengaruh laju aliran air pada Wetted Wall Absorption Column
terhadap Koefisien Perpindahan Massa (Kl), Reynold Number (Re) dan
Sherwood Number (Sh)?
1.4. Hipotesa
Semakin besar laju aliran udara pada Wetted Wall Absorbtion Column maka
semakin besar pula Koefisien Perpindahan Massa (Kl), Reynold Number (Re) dan
Sherwood Number (Sh). Semakin besar laju aliran air pada Wetted Wall Absorption
Column maka semakin besar pula Koefisien Perpindahan Massa (Kl), Reynold
Number (Re) dan Sherwood Number (Sh).
I.5. Manfaat
1. Dapat mengetahui prinsip, cara kerja, dan aplikasi Wetted Wall Absorption
Column.
2. Dapat menganalisa perhitungan koefisien perpindahan massa (Kl), Reynold
Number (Re), dan Sherwood Number (Sh) serta perbandingan antara laju aliran
air dan udara yang terdapat pada Wetted Wall Absorption Column.
1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Pada suatu industri yang di dalam prosesnya melibatkan senyawa-senyawa
berfase gas, penanganan yang dilakukan sedikit memililiki perbedaan dengan
industri yang hanya menggunakan senyawa berfase cair atau padat. Salah satu
contohnya adalah pada proses pemisahan suatu gas dari campurannya. Proses
pemisahan campuran dua atau lebih senyawa berfase gas yang melibatkan kontak
secara langsung dengan pelarut cair untuk menghasilkan sistem campuran gas-cair
disebut dengan proses absorpsi. Salah satu industri yang menggunakan proses
absorpsi dalam rangkaian prosesnya adalah industri asam sulfat.
Proses absorpsi sendiri dapat dilakukan tidak hanya dengan satu jenis absorpsi.
Proses absorpsi sendiri berdasarkan prinsipnya dapat dibedakan menjadi dua jenis
yaitu:
1. Absorpsi fisik
Absorpsi fisik adalah absorpsi gas terlarut di dalam larutannya terjadi tanpa
melibatkan reaksi kimia. Contohnya adalah proses absorpsi gas hidrogen sulfida
dengan media penyerap berupa air. Proses penyerapan dapat terjadi karena
adanya kontak antara keduanya. Model mekanisme yang mendukung terjadinya
absorpsi fisik adalah:
a. Teori model film.
b. Teori penetrasi.
c. Teori permukaan yang diperbaharui.
2. Absorpsi kimia
Proses absorpsi kimia adalah proses absorpsi gas terlarut oleh pelarut yang
disertai dengan reaksi kimia. Contohnya adalah proses absorpsi gas CO2 oleh
larutan MEA, NaOH, K2CO3.
Media penyerap gas yang digunakan pada proses absorpsi disebut dengan
absorben. Absorben memiliki persyaratan khusus yaitu memiliki kemampuan untuk
melarutkan bahan yang akan diabsorpsi atau absorbat yang maksimal, tingkat
selektivitas untuk melarutkan salah satu senyawa, memiliki tekanan uap yang
1
rendah, tidak korosif, ekonomis, mempunyai viskositas yang rendah, dan stabil
secara termis.
Kita dapat menentukan laju absorpsi dengan menggunakan beberapa
persamaan. Laju absorpsi dapat ditentukan 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.
Perpindahan massa pada proses absorpsi dapat terjadi karena adanya pelarutan
senyawa gas ke dalam fase cair yang terjadi di dalam kolom absorpsi. Kolom
absorpsi atau absorber adalah sebuah kolom atau tabung yang memungkinkan
campuran gas dan pelarut dapat bertemu dengan arah yang berlawanan. Dalam
beberapa operasi perpindahan massa, massa berubah antara dua fase. Contohnya
dalam peristiwa absorpsi. Salah satu alat yang digunakan untuk mempelajari
mekanisme yang terjadi dalam operasi perpindahan massa adalah wetted wall
column. Desain suatu kolom absorpsi yang digunakan oleh berbagai jenis industri
akan berbeda-beda mengikuti kebutuhan kondisi proses yang diinginkan. Berikut
ini adalah beberapa jenis kolom absorpsi.
2.1. Jenis-Jenis Kolom Absorpsi
Masing-masing jenis kolom absorpsi memiliki kondisi operasi, bentuk,
performa, dan nilai ekonomis yang berbeda-beda. Kolom absorpsi yang
memungkinkan terjadinya kontak antar fase ini dapat diklasifikasikan kembali ke
dalam lima kelompok utama, yaitu:
2.1.1. Bubble Tower
Bubble tower adalah salah satu jenis absorber yang memiliki pengaduk,
sehingga akan terbentuk aliran gas berupa gelembung-gelembung kecil dan
bertindak sebagai agitator. Gas masuk di bagian bawah melalui distributor gas
atau sparger dan akan tersebar dalam bentuk gelembung melalui aliran cairan.
Kecepatan gelembung-gelembung untuk bergerak dipengaruhi oleh ukurannya.
Semakin besar gelembung, semakin besar kecepatannya, begitu juga sebaliknya.
Jadi kecepatan gerak gelembung berbanding lurus dengan ukuran
1
gelembungnya. Spargers dirancang untuk menghasilkan ukuran gelembung yang
konsisten, sehingga semua gelembung naik pada kecepatan yang sama. Bubble
tower digunakan dengan sistem pengontrol laju dari perpindahan masa dengan
absorben dalam fase cair dan absorbatnya dalam fase gas. Keuntungan dari
bubble tower adalah stabilitas termal yang tinggi, sirkulasi adsorben baik,
membutuhkan energi yang rendah, ekonomis, perpindahan massa yang terjadi
besar. Sedangkan kekurangannya adalah dapat terjadi back mixing, waktu
kontak antara absorben dan absorbat yang sebentar, penurunan tekanan cukup
tinggi. Bubble tower dapat digunakan untuk memurnikan nitrogliserin dengan
air, untuk keperluan hidrogenasi, oksidasi, klorinasi, alkilasi, pengolahan
limbah, produksi protein sel tunggal, kultur sel hewan, dan fermentasi antibiotik
di bidang bioteknologi. Mekanisme dasar perpindahan massa terjadi didalam
bubble tower dan juga alirannya counter didalam tank bubble batch dimana gas
ini terdispensi didalam bottom tank.
2.1.2. Spray Tower
Spray tower adalah absorber yang memungkinkan terjadinya kontak secara
terus-menerus antara dua fase dengan menggunakan nozel. Nozel dapat
ditempatkan pada ketinggian yang berbeda-beda di dalam kolom. Tetesan yang
terbentuk dengan ukurang yang lebih besar akan memberikan area permukaan
besar untuk melakukan kontak ke aliran gas, tetesan dengan ukuran yang lebih
kecil menghasilkan area pertukaran yang lebih besar. Spray tower terdiri dari
ruangan-ruangan berukuran besar yang memungkinkan gas mengalir dan
melakukan kontak dengan cairan di dalam spray nozzles. Aliran di dalam spray
nozzle terjadi dengan cara mekanisme absorben masuk dalam spray dan jatuh
karena gaya gravitasi, yang menyebabkan terjadinya kontak secara counter-current
dengan aliran gas yang masuk melalui bagian bawah. Kecepatan tetesan yang kecil
dapat menyebabkan kontak yang rendah atau turbulensi dan kecepatan tetesan yang
tinggi dapat menyebabkan kebanjiran. Oleh karena itu, kecepatan tetesan yang
optimal sangat penting. Keuntungan menggunakan spray tower adalah penurunan
tekanannya rendah. Sedangkan kekurangannya adalah membutuhkan energi pompa
1
yang besar, perpindahan massanya sedikit, waktu kontak yang rendah,
memungkinkan terjadinya backmixing.
1.1.3. Packed Tower
Packing merupakan suatu bahan yang memiliki berbagai bentuk dan digunakan
pada packed tower dengan tujuan memperbesar luas permukaan kontak antara gas
dan cairan. Beberapa kriteria pemilihan packing adalah:
1. Memiliki luas permukaan yang besar.
2. Memiliki ruang kosong yang besar untuk memperkecil penurunan tekanan.
3. Memiliki berat jenis yang kecil.
4. Tahan terhadap korosi.
5. Ekonomis.
Penggunaan Packed Tower tidak terlepas dari beberapa kondisi yang
diinginkan terkai untuk mengurasi ongkos produksi atau keuntungan. Beberapa
keuntungan penggunaan Packed Tower adalah:
1. Penurunan tekanan aliran gas rendah.
2. Lebih ekonomis di dalam operasi cairan korosif karena ditahan untuk packing
keramik.
3. Biaya kolom menjadi lebih murah bila dibandingkan dengan plate column pada
ukuran diameter yang sama.
2.1.4. Plate Column
Mekanisme penggunaan plate column adalah campuran awal yang akan
dipisahkan dimasukan ke dalam kolom dan turun ke bagian bawah kolom. Di
dalam kolom, downcomers akan menyalurkan caira dari satu piringan ke piringan
yang berikunya. Contoh penggunaan plate column di industri meliputi
penghapusan partikel berukuran mikron dan senyawa organik yang mudah
menguap.
Keuntungan dari plate column adalah :
1. Menyiapkan kontak lebih besar antara dua fase cairan.
2. Dapat menangani laju aliran cairan yang besar dengan biaya yang rendah.
3. Mudah dibersihkan.
4. Dapat menangani material padatan.
1
5. Mudah disesuaikan untuk kebutuhan yang spesifik.
Penggunaan plate column juga membutuhkan beberapa kondisi yang sesuai.
Ketidaksesuaian kondisi operasi yang diinginkan akan membuat beberapa kerugian
dalam menggunakan plate column. Kekurangan dari plate column adalah:
1. Laju reaksi berjalan lambat.
2. Fouling rentan terjadi.
2.1.5. Wetted Wall Column
Wetted wall dapat digunakan untuk menentukan koefisien perpindahan massa
gas atau cairan dan perhitungan desain menara penyerapan, menentukan kondisi
kontak cairan ke fase gas, dan perilaku cairan dan gas pada kondisi yang berbeda.
Data yang diperoleh akan digunakan oleh simulasi perangkat lunak untuk
mengetahui kondisi operasi dari peralatan perpindahan massa seperti distilasi dan
penyerapan. Contohnya, proses penyerapan amonia di udara dengan air yang
diperoleh dari laboratorium. Dalam skala pabrik, operasi harus menangani jumlah
yang lebih besar sesuai dengan waktu dan tingkat produksi industri. Oleh karena
itu, data kimia saja tidak dapat membantu perancangan peralatan. Perilaku fisik
juga merupakan faktor penting mempengaruhi operasi yang diinginkan.
Berdasarkan konsep ini kolom dalam bentuk silinder digunakan untuk mendukung
pembentukan film cair dan daerah itu sendiri memberikan area cairan yang akan
dikontakan dengan udara atau uap yang dibiarkan mengalir dari dalam silinder.
2.2. Kriteria Pemilihan Pelarut
Tujuan utama dalam proses absorpsi ialah untuk mendapatkan kemurnian
tertinggi dari suatu zat, hal serupa dapat kita lihat dari proses pembuatan asam
klorida (HCl), solvent dispesifikasikan sebagai produk alamiah. Ada beberapa
tujuan dalam proses absorpsi apabila tujuan utama dari proses absorpsi ialah untuk
mengembalikan unsur utama gas atau senyawa, ada beberapa pelarut yang dapat
dipilih. Air merupakan salah satu pelarut yang paling mudah ditemui. Selain itu, air
memiliki harga yang murah sehingga penggunaan air sebagai pelarut sangat
ekonomis. Akan tetapi, selain harga dan jumlahnya terdapat beberapa karakteristik
1
yang harus diperhatikan dalam pemilihan pelarut. Beberapa karakteristik yang
harus diperhatikan diantaranya adalah :
1. Volatilitas pelarut. Pelarut yang baik haruslah memiliki tekanan uap yang
rendah. Tekanan uap yang rendah akan menyebabkan pelarut menjadi pelarut
jenuh ketika proses absorpsi telah selesai. Semakin kecil volatilitas sebuah
pelarut, maka make up pelarut akan semakin kecil.
2. Kelarutan gas. Dalam pemilihan pelarut diharapkan gas memiliki kelarutan yang
tinggi. Kelarutan gas yang tinggi dapat meningkatkan laju proses absorpsi.
Selain itu, dengan kelarutan gas yang tinggi dapat menurunkan jumlah pelarut
yang digunakan sehingga proses absorpsi lebih ekonomis karena tidak
menggunakan banyak pelarut.
3. Tidak korosif. 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. Pelarut dengan viskositas rendah lebih disukai dalam absorpsi.
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. Pelarut yang digunakan haruslah tidak beracun, tidak mudah terbakar, memiliki
ikatan yang stabil, dan memiliki titik beku yang rendah.
6. Harga. Pelarut yang digunakan diharapkan pelarut yang murah dan mudah
ditemui. Sehingga biaya yang dikeluarkan lebih sedikit dan selalu tersedia di
pasaran.
1
2.3. Perpindahan Massa di dalam Wetted Wall Column
Perpindahan massa yang paling baik terjadi apabila menggunakan wetted wall.
Hal ini dikarenakan weted wall memiliki kontak antara luas permukaan pipa dan
aliran fluida. Wetted wall digunakan dikarenakan dengan kolom ini perpindahan
massa antara dua fase dapat lebih baik. Wetted wall memiliki dua buah persamaan
untuk perhitungannya. Dua persamaan tersebut ialah sebagai berikut ini :
2.3.1. Koefisien perpindahan massa pada lapisan film
Koefisien perpindahan massa untuk lapisan film ditunjukkan oleh persamaan
Vivian dan Peaceman sebagai berikut :
K I . Z
DAB
= 0 , 433 . Sc0,5 .( 2 gz 3
μ2)
1 6. Re0,4
.................... (1)
Keterangan :
g = gravitasi
z = panjang kotak
DAB = massa difusivitas komponen A yang menjadi likuid
Re = Reynold Number
Sc = bilangan number Schmidt
Μ = viskositas likuid B
4r/μ ialah sebuah persamaan dengan r merupakan berat flowrate likuid per
unit dari parameter wetted wall. Film likuid memiliki koefisien yang berada
diantara 10% hingga 20% dibandingkan dengan persamaan hasil percobaan atau
teoritis pada absorpsi pada absorpsi dalam film aliran laminer.
2.3.2. Koefisien perpindahan massa pada aliran gas
Dalam praktiknya, kita dapat menentukan banyaknya perpindahan massa
dalam aliran gas dengan persamaan koefisien perpindahan massa. Koefisien
perpindahan massa pada aliran gas ditunjukan oleh persamaan berikut ini :
KC . D . ρB . I M
DAB . ρ=0 ,23 . R
e0 , 83 . Sc0 , 44
.................... (2)
1
Keterangan :
Sc = bilangan number Schmidt.
DAB = massa difusivitas komponen A yang menjadi likuid
B = densitas likuid B
Re = Reynold Number
2.4. Aliran pada saluran tertutup (pipa)
Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang
digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh (Triatmojo,
1996: 25). Fluida yang di alirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan
tekanan bisa lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair di
dalam pipa tidak penuh maka aliran termasuk dalam aliran saluran terbuka atau
karena tekanan di dalam pipa sama dengan tekanan atmosfer (zat cair di dalam pipa
tidak penuh), aliran temasuk dalam pengaliran terbuka. Karena mempunyai
permukaan bebas, maka fluida yang dialirkan dalah zat cair. Tekanan dipermukaan
zat cair disepanjang saluran terbuka adalah tekanan atmosfer.
Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan aliran pada pipa
adalah adanya permukaan yang bebas yang (hampir selalu) berupa udara pada
saluran terbuka. Jadi seandainya pada pipa alirannya tidak penuh sehingga masih
ada rongga yang berisi udara maka sifat dan karakteristik alirannya sama dengan
aliran pada saluran terbuka (Kodoatie, 2002: 215). Misalnya aliran air pada gorong-
gorong. Pada kondisi saluran penuh air, desainnya harus mengikuti kaidah aliran
pada pipa, namun bila mana aliran air pada gorong- gorong didesain tidak penuh
maka sifat alirannya adalah sama dengan aliran pada saluran terbuka. Perbedaan
yang lainnya adalah saluran terbuka mempunyai kedalaman air (y), sedangkan pada
pipa kedalam air tersebut ditransformasikan berupa (P/y). Oleh karena itu konsep
analisis aliran pada pipa harus dalam kondisi pipa terisi penuh dengan air. Zat cair
riil didefinisikan sebagi zat yang mempunyai kekentalan, berbeda dengan zat air
ideal yang tidak mempunyai kekentalan. Kekentalan disebabkan karena adanya
sifat kohesi antara partikel zat cair. Karena adanya kekentalan zat cair maka terjadi
perbedaan kecepatan partikel dalam medan aliran. Partikel zat cair yang
berdampingan dengan dinding batas akan diam (kecepatan nol) sedang yang
terletak pada suatu jarak tertentu dari dinding akan bergerak. Perubahan kecepatan
1
tersebut merupakan fungsi jarak dari dinding batas. Aliran zat cair riil disebut juga
aliran viskos. Aliran viskos adalah aliran zat cair yang mempunyai kekentalan
(viskositas).
Viskositas terjadi pada temperature tertentu. Tabel 2.1. memberikaan sifat air
(viskositas kinematik) pada tekanan atmosfer dan beberapa temperature.
Kekentalan adalah sifat zat cair yang dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser
pada waktu bergerak. Tegangan geser ini akan mengubah sebagian energi aliran
dalam bentuk energi lain seperti panas, suara, dan sebagainya. Perubahan bentuk
energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan energi.
Aliran viskos dapat dibedakan menjadi 2 (dua) macam. Apabila pengaruh
kekentalan (viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair
bergerak secara teratur menurut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran
laminar terjadi apabila kekentalan besar dan kecepatan aliran kecil. Dengan
berkurangnya pengaruh kekentalan atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan
berubah dari laminar menjadi turbulen. Pada aliran turbulen partikel-partikel zat
cair bergerak secara tidak teratur.
2.5. Teori Dasar Peristiwa Absorpsi
Ada tiga teori dasar yang menjelaskan tentang peristiwa absorpsi, yaitu sebagai
berikut:
2.5.1. Teori Dua Film (Double Film Theory)
Pada berbagai proses pemisahan, materi berdifusi dari satu fase ke fase lainnya
dan laju difusi di dalam kedua fase itu akan mempengaruhi laju perpindahan massa
keseluruhan. Dalam teori Whitman menyatakan bahwa kesetimbangan diasumsikan
terjadi pada permukaan batas (interface) antara fase gas dan cairan sehingga
tahanan perpindahan massa pada kedua fase ditambahkan untuk memperoleh
tahanan keseluruhan. Model ini menggambarkan tentang adanya lapisan difusi.
Perpindahan massa yang terjadi ditentukan oleh konsentrasi dan jarak perpindahan
massa, yaitu ketebalan film tersebut.
Hal yang membuat perpindahan massa antara fase menjadi lebih rumit ialah
perpindahan kalor dan diskontinuitas (ketaksinambungan) yang terdapat pada antar
muka. Yang terjadi karena konsentrasi atau fraksi mol zat terlarut yang terdifusi
hampir tidak pernah sama kedua sisi antarmuka itu. Sebagai contoh, dalam destilasi
1
campuran biner, Y*A lebih besar dari XA dan gradian didekat permukaan
gelembung. Untuk absorpsi gas yang sangat mudah larut, fraksi mol di dalam zat
cair pada antarmuka akan lebih besar dari fraksi mol didalam gas.
Suku 1/Ky dapat dianggap sebagai tahanan menyeluruh terhadap perpindahan
massa, sedang suku m/Kx dan 1/Ky adalah tahanan di dalam film zat cair dan film
gas. “Film” ini tidak selalu merupakan lapisan stagnan yang mempunyai ketebalan
tertentu agar teori dua Film berlaku. Perpindahan massa di dalam salah satu Film
dapat berlangsung melalui difusi melalui lapisan batas laminar atau melalui difusi
keadaan taksteadi, seperti umpamanya dalam teori penetrasi dan koefisien
menyeluruh masih bisa didapatkan. Dalam beberapa masalah tertentu, misalnya
perpindahan melalui film stagnan ke fase dimana teori penetrasi diperkirakan
berlaku, koefisien teori penetrasi mengalami perubahan kecil karena adanya
perubahan konsentrasi pada antar muka, namun efek ini hanya mempunyai nilai
akademis semata-mata.
Jika cairan mempunyai komposisi tetap, konsentrasi pada bagian film akan
menurun dari A* pada permukaan sampai Ao pada cairan bagian ruah. Di sini tidak
terjadi konveksi pada film dan gas terlarut melewati film tersebut hanya oleh difusi
molekuler.
Proses difusi berlangsung efektif bila lapisan film tipis. Lapisan film yang
tipis tidak menyebabkan tahanan dari lapisan itu makin kecil, sehingga proses
perpindahan massa tidak terganggu. Untuk mendapatkan lapisan yang tipis, kondisi
dari kedua aliran fase harus diatur yaitu diusahakan membuat aliran yang turbulen,
karena pada lapisan film yang tipis akan diperoleh gradien konsentrasi yang kecil,
sehingga proses absorpsi berjalan sangat cepat dengan keadaan menjadi steady
state.
Ketika suatu zat berpindah dari satu fase ke fase yang lain melalui
suatu interface diantara keduanya maka resistance di kedua fase tersebut
menyebabkan gradien konsentrasi. Untuk sistem dimana konsentrasi solute dalam
gas dan liquid adalah kecil, maka laju perpindahan massa dapat dinyatakan oleh
persamaan yang memperkirakan laju perpindahan massa yang sebanding dengan
perbedaan diantara konsentrasi bulk dan konsentrasi dalam interface gas-liquid.
2.5.2. Teori Higbie (Higbie Theory)
1
Teori penetrasi ini dikemukakan oleh Higbie yang menyatakan bahwa
mekanisme perpindahan massa melalui kontak antara dua fasa, yaitu fasa gas dan
fasa liquid. Dalam pernyataannya, Higbie menekankan agar waktu kontak lebih
lama. Higbie, untuk pertama kalinya menerapkan teori ini untuk absorpsi gas dalam
liquid yang menunjukkan bahwa molekul-molekul yang berdifusi tidak akan
mencapai sisi lapisan tipis yang lain jika waktu kontaknya pendek.
Teori Higbie ini menyebutkan bahwa turbulensi akan menaikkan difusivitas
pusaran, hal ini akan menentukan waktu kontak perpindahan massa yang terjadi
untuk setiap keadaan massa. Difuivitas pusaran ini terjadi dalam keadaan
setimbang antara fase gas dan liquid.
2.5.3. Teori Danckwerts (Danckwerts Theory)
Teori penetrasi juga dikembangkan oleh Danckwerts yang menyatakan bahwa
unsur-unsur fluida pada permukaan secara acak akan diganti oleh fluida lain yang
lebih segar dari aliran tindak. Teori ini digunakan dalam keadaan khusus di mana
dianggap massa difusivitas pusaran berlangsung dalam waktu yang bervariasi dan
dianggap laju perpindahan massa tidak tergantung dari waktu perpindahan unsur
dalam fase cairan tindak pada keadaan stagnan. Sehingga perpindahan massa yang
terjadi di interface merupakan harga dari jumlah zat yang terabsorpsi. Jadi
dianggap bahwa perpindahan unsur secara tindak fase cairan
menuju interface tidak akan mempengaruhi kecepatan perpindahan massanya.
2.6. Penggunaan Absorpsi
Absorpsi gas oleh zat padat digunakan pada gas masker. Alat berikut ini berisi
arang halus yang, yang berfungsi menyerap gas-gas yang tidak diinginkan,
misalnya gas yang beracun. Arang halus yang juga dipergunakan untuk membuat
vakum, dengan temperatur yang rendah dapat dibuat vakum sampai 10-4 mm. Grafit
yang juga dipergunakan sebagai pelumas karena molekulnya yang pipih sehingga
mudah bergeser terhadap satu sama lain.
Grafit memang sangat menguntungkan, akan tetapi ternyata bahwa pada
temperatur yang tinggi sifat pelumas grafit sangat berkurang dan kembali lagi
apabila temperatus direndahkan (dikurangi). Dengan analisis kimia kadang-kadang
1
diperoleh kesulitan, hal ini disebabkan oleh karena adanya daya serap dari
beberapa endapan terhadap ion-ion dalam larutan.
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).
Absorber dibedakan berdasarkan kegunaannya. Ada banyak sekali kegunaan
absorber. 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.
1
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 Multikomponen
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.
Ada beberapa kriteria untuk menentukan sebuah larutan dapat dinyatakan ideal
atau tidak. Persyaratan tersebut dimasukkan dalam kriteria dan karakteristik 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
1
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.
1
BAB III
METODOLOGI
3.1. Bahan yang Digunakan
1. Air
2. Udara
3.2. Alat-alat yang Digunakan
Wetted Wall Absorption Column terdiri dari :
1. Tabung 1 berupa kolom Deoksigenator merupakan tabung bebas O2.
2. Pompa 1 berfungsi untuk mengalirkan ke kolom deoksigenator.
3. Pompa 2 berfungsi untuk menyedot air dan dialirkan ke flowmetter air.
4. Kompressor berfungsi untuk menyedot udara.
5. Tabung 2 berupa wetted wall yang merupakan tempat terjadinya absorpsi dan
adanya aliran film.
6. Sensor probe inlet dan outlet berfungsi untuk mendeteksi O2 yang terserap.
3.3. Prosedur Percobaan
1. Tekan tombol power lalu tekan tombol supply
2. Tekan tombol pump 1 untuk mengalirkan air dari bak penampung ke kolom
deoksigenator
3. Atur flowmetter untuk air sesuai dengan laju alir yang ditetapkan
4. Bila kolom deoksigenator penuh dengan air, hidupkan pump 2 yang berfungsi
untuk menyedot air dan dialirkan ke flowmetter dan sensor probe dimana alat ini
digunakan untuk menghitung laju alir air dan O2 yang terserap dari inlet.
5. Kemudian air akan mengalir ke puncak Wetted Wall Absorption Colomn dan
selanjutnya akan turun dari puncak ke dasar kolom secara laminer yang berupa
lapisan tipis (film)
6. Bersamaan dengan itu, O2 mengalir dari dasar kolom setelah terlebih dahulu
dipompakan udara oleh kompresor melalui cakram yang mendistribusi udara ke
kolom sehingga O2 naik ke atas dan sebaliknya film turun ke bawah secara
1
counter current. Udara yang dialirkan oleh kompresor sebelumnya masuk dalam
flowmetter udara untuk menghitung laju alir udara.
7. Kemudian air yang sudah bebas O2 masuk ke sensor probe untuk menghitung O2
outlet. Dimana kedua alat ini dihubungkan dengan DO meter.