Top Banner
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
30
Welcome message from author
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
Page 1: Wetted Wall (1)

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

Page 2: Wetted Wall (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

Page 3: Wetted Wall (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

Page 4: Wetted Wall (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

Page 5: Wetted Wall (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

Page 6: Wetted Wall (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

Page 7: Wetted Wall (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

Page 8: Wetted Wall (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

Page 9: Wetted Wall (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

Page 10: Wetted Wall (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

Page 11: Wetted Wall (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

Page 12: Wetted Wall (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

Page 13: Wetted Wall (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

Page 14: Wetted Wall (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

Page 15: Wetted Wall (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

Page 16: Wetted Wall (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

Page 17: Wetted Wall (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

Page 18: Wetted Wall (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

Page 19: Wetted Wall (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.

1