Upload
niel-tobing
View
113
Download
8
Embed Size (px)
Citation preview
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Apabila suatu sistem terdiri dari dua komponen atau lebih, dimana
konsentrasi masing – masing berbeda, maka ada kecenderungan massa untuk
berpindah secara alami dalam sistem. Perpindahan satu unsur dari konsentrasi
yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah disebut perpindahan
massa. Perpindahan massa merupakan peristiwa penting dalam proses
industri, misalnya dalam penghilangan polutan dari suatu aliran keluaran
pabrik dengan absorpsi, pemisahan gas dari air limbah, difusi neutron dalam
reaktor nuklir dan lain-lain.
Absorpsi gas merupakan operasi dimana campuran gas dikontakkan
dengan liquid yang bertujuan untuk melewatkan suatu komposisi gas dan
menghasilkan larutan gas dalam liquid.
Mekanisme perpindahan massa terjadi seperti pada perpindahan panas,
tergantung pada gerakan yang terjadi dalam sistem. Mekanisme perpindahan
molekul di dapat dari studi teori kinetik gas dan cairan atau dari keadaan fisis
padatan.
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 kesetimbangan
sistem gas – liquid.
Absorpsi gas memiliki tujuan antara lain adalah untuk menghilangkan
komposisi tertentu campuran gas. Selain itu, dengan absorpsi dapat dihasilkan
larutan khusus, misalnya O2 murni.
1.2. Tujuan
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk menguji perbedaan tekanan udara
sepanjang kolom sebagai fungsi dari laju alir udara untuk beberapa laju alir
yang berbeda sepanjang kolom.
1.3. Permasalahan
Yang menjadi permasalahan adalah adanya perbedaan laju alir udara dan
laju alir air terhadap perbedaan tekanan.
1.4. Hipotesa
Semakin tinggi debit udara atau air, maka semakin tinggi pula perbedaan
tekanannya.
1.5. Manfaat
Dengan melakukan percobaan ini, diketahui proses absorpsi gas oleh
liquid pada tipe packed absorber (OTK II) dan tipe falling film (OTK II)
secara langsung sehingga kita dapat membedakan dan dapat mengetahui
kelebihan dan kekurangan dari kedua tipe ini.
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
Gas absorption atau absorpsi gas merupakan operasi di mana campuran gas
dikontakkan dengan liquid yang bertujuan untuk melarutkan satu atau lebih
komponen gas sehingga terbentuk larutan gas dalam liquid. Sebagai contoh gas
dari produk coke dicuci dengan water untuk melepaskan amonia kemudian dengan
oil untuk melepaskan benzene dan toluen. Pada operasi ini memerlukan
perpindahan massa substans dari aliran gas ke liquid. Ketika perpindahan massa
terjadi dengan arah berlawanan, misalnya dari liquid ke gas, operasi ini disebut
desorption atau stripping. Sebagai contoh, benzen dan toluen dilepaskan dari oil
absorpsi dengan mengontakkan larutan liquid dengan steam. Uap akan masuk ke
aliran gas dan dibawa keluar, kemudian oil absorpsi dapat digunakan lagi.
Alat yang digunakan dalam absorpsi gas yaitu PACKED COLUMN.
Alat ini terdiri dari suatu kolom silinder atau tower yang dilengkapi
dengan: gas inlet dan distributing space pada bagian bawah, liquid inlet dan
distributor pada bagian atas, gas dan liquid outlet pada bagian atas dan bawah,
supported mass of inert solid shapes yang disebut tower packing. Inlet liquid, yang
merupakan pelarut murni atau dilute solution terlarut dalam pelarut, disebut weak
liquor. Liquid yang mengandung gas mengalir ke bagian bawah tower, disebut
strong liquor.
Sistem Dua Komponen
Bila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan liquid yang tidak mudah
menguap, yang akan larut sampai tercapai keadaan setimbang, konsentrasi yang
dihasilkan dari gas terlarut dalam liquid disebut gas solubility pada temperatur dan
tekanan yang ditentukan. Pada temperatur tetap, konsentrasi kelarutan akan
bertambah dengan kenaikan tekanan. Pada umumnya kelarutan gas akan menurun
jika temperatur dinaikkan.
Sistem Multikomponen
Bila campuran gas dikontakkan dengan liquid pada kondisi tertentu,
kelarutan setimbang gas akan tidak saling mempengaruhi. Kelarutan gas tersebut
dinyatakan dalam tekanan parsiil dalam campuran gas. Bila campuran gas ada
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 karena sifat liquid, ini
hanya terjadi pada larutan ideal.
Karakteristik larutan ideal di antaranya adalah:
1. Gaya rata-rata tolak-menolak dan tarik-menarik dalam larutan tidak berubah
dalam campuran bahan.
2. Volume larutan berubah secara linear.
3. Pada pencampuran bahan tidak ada panas yang diserap maupun yang
dilepaskan.
4. Tekanan uap total larutan berubah secara linear dengan komposisi yang
dinyatakan sebagai fraksi mol.
Jika tujuan utama operasi absorpsi untuk menghasilkan larutan spesifik
maka zat terlarut dikhususkan dengan hasilnya. Jika tujuan utama untuk
melepaskan komponen dari gas, beberapa pilihan mungkin dilakukan. Water
merupakan pelarut paling murah, berikut ini sifat yang penting dalam menentukan
pelarut untuk absorpsi:
1. Kelarutan Gas
Kelarutan gas yang tinggi, menambah laju absorpsi dan mengurangi jumlah
solvent yang diperlukan. Secara umum, pelarut zat kimia di mana solute
diabsorp akan menghasilkan kelarutan yang baik. Reaksi kimia solvent dengan
solute akan menghasilkan kelarutan gas yang sangat besar, tetapi jika solvent
digunakan lagi setelah direcover maka reaksi harus reversible.
2. Volatility
Solvent seharusnya mempunyai tekanan uap yang rendah karena gas yang
meninggalkan operasi absorpsi saturated dengan solvent. Jika liquid sedikit
volatil dapat digunakan untuk merecover zat yang teruapkan.
3. Corrosiveness
Konstruksi material yang diperlukan pada peralatan jangan yang langka atau
mahal.
4. Cost
Solvent seharusnya murah sehingga biaya bukan pada solvent saja, dan
seharusnya mudah didapat.
5. Viscosity
Viskositas yang rendah dipersiapkan untuk laju absorpsi yang rendah,
penurunan tekanan yang rendah pada pemompaan serta karakteristik
perpindahan massa yang baik.
6. Miscellaneous
Solvent jika mungkin seharusnya nontoxic, tidak mudah terbakar dan stabil
serta mempunyai titik beku yang rendah.
Persyaratan kontak antara liquid dan gas merupakan persyaratan yang
paling sulit dicapai, terutama pada tower yang besar. Secara ideal, terdistribusi dari
top packing, mengalir dalam bentuk film tipis dari seluruh permukaan packing
turun ke bawah tower. Sebenarnya film tersebut, cenderung menebal pada
beberapa tempat dan menipis di tempat lain, sehingga liquid itu mengumpul
menjadi arus-arus kecil dan mengalir melalui lintas-lintas tertentu dalam packing.
Lebih-lebih pada laju aliran rendah, sebagian besar permukaan mungkin kering
atau sedikitnya diliputi oleh film stagnant liquid. Efek ini disebut sebagai
chanelling dan merupakan penyebab utama dari unjuk kerja yang kurang
memuaskan pada menara berukuran besar.
Pada packed colom yang berisi packing tertentu dan yang dialiri dengan
aliran liquid tertentu, terdapat suatu batas atas bagian aliran gas. Kecepatan gas
yang berhubungan dengan batas ini disebut flooding velocity. Besarnya dapat
ditentukan dengan memeriksa hubungan antara penurunan tekanan melalui
permukaaan packing, dengan laju aliran gas atau dengan mengamati hold up
liquid, serta dari penampilan visual packing tersebut.
Diameter pack absorbtion tower bergantung pada jumlah gas dan liquid
yang akan diproses, sifat-sifatnya serta ratio antara aliran satu dengan yang
lainnya. Ketinggian tower, dan karena itu total volume packing, bergantung pada
tingkat perubahan konsentrasi dan pada perpindahan massa per satuan volume
packed.
Pada saat gas yang kaya diumpan ke absorption tower, maka temperatur
dalam tower berubah secara menyolok dari bottom ke top. Panas absorpsi solutr
meningkat temperatur larutan, tetapi penguapan solvent cenderung menurunkan
temperatur. Biasanya, semua pengaruh merupakan kenaikkan temperatur liquid,
tetapi kadang-kadang temperatur bergerak menjadi maksimum pada bottom
colom. Laju absorpsi dapat dinyatakan dengan empat cara yang berbeda, yaitu
dengan menggunakan :
1. Koefisien individual
2. Koefisien menyeluruh atas dasar fase gas atau liquid
3. Koefisien Volumetrik
4. Koefisien per satuan luas
Pada kebanyakkan perhitungan yang digunakan koefisien volumetrik, karena
koefisien per satuan luas lebih sulit menentukannya dan juga karena tujuan
perhitungan rancang ialah menentukan volume total instalasi penyerap.
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.
BAB III
METODOLOGI
3.1. Alat dan Bahan
Satu unit peralatan gas liquid absorption column
Air
Udara
3.2. Prosedur Percobaan pada Sistem Kering
1. Isi tangki penampung dengan air hingga ¾ penuh.
2. Atur manometer air pada penunjukan skala seimbang,jika belum
seimbang maka atur dengan injector.
3. Hidupkan kompresor lalu atur debit alir udara yang dikehendaki sesuai
dengan petunjuk asisten.
4. Amati dan catat perubahan P yang tertera pada manometer
3.2. Prosedur Percobaan pada Sistem Basah
1. Isi tangki penampung dengan air hingga ¾ penuh.
2. Atur manometer air pada penunjukan skala seimbang,jika belum
seimbang maka atur dengan injector.
3. Hidupkan pompa air, atur debit alir air yang dikehendaki sesuai petunjuk
asisten dan tentukan berapa besar DO inlet
4. Hidupkan kompresor, alirkan udara dari bawah dengan laju alir yang
berbeda-beda (sesuai dengan petunjuk asisten), tunggu hingga keadaan
stabil.
5. Catat beda tekanan udara sepanjang kolom basah yang tertera pada
manometer sebagai fungsi laju alir udara.
6. Hitung DO outlet pada bagian saluran keluaran air.
7. Hitung selisih besarnya DO inlet dan DO outlet yang menunjukkan
seberapa besar gas yang diabsorbsi.
BAB IV
HASIL PENGAMATAN
A. Posisi Valve pada Middle-Bottom
Qudara (l/menit) Qair (l/menit) ∆P (mm)
303456
3,84,06,26,4
403456
5,85,85,46,2
60
3456
6,28,010
10,8
703456
11,812,412,416,6
B. Posisi Valve pada Top-Bottom
Qudara (l/menit) Qair (l/menit) ∆P (mm)
303456
3,84,04,24,6
403456
10,211,211,613,0
60
3456
9,810,615,642,0
70
3456
11,812,628,057,0
BAB V
PEMBAHASAN
Proses pemisahan sangat diperlukan dalam industri kimia disamping
reaktor. Dengan proses pemisahan, produk yang memiliki banyak komposisi zat
menjadi lebih murni atau sesuai yang diinginkan.
Proses pemisahan dapat dilakukan dengan berbagai cara, tergantung dari
jenis dan sifat-sifat zat yang dipisahkan tersebut. Misalnya untuk memisahkan
produk padat berbeda caranya dengan pemisahan produk liquid, pemisahannya
tidak serumit bila dibandingkan dengan pemisahan produk gas.
Proses pemisahan campuran larutan liquid-liquid atau liquid-gas yang
umum dan sering digunakan ada tiga metode, yaitu :
1. Absorbsi dan adsorbsi
Yaitu proses pemisahan berdasarkan daya serap dari zat penyerap
(absorben) terhadap zat yang dipisahkan dari campurannya. Solut akan
terserap pada permukaan dari absorben atau pada seluruh permukaannya.
2. Ekstraksi
Proses pemisahan ini berdasarkan pada kelarutan dari solut terhadap
solvennya, dimana kelarutan zat x terhadap solven harus lebih besar dari
diluennya.
3. Distilasi
Proses pemisahan ini berdasarkan pada perbedaan titik didih antara zat-zat
dalam campuran.
Pada percobaan ini, proses pemisahan yang dilakukan adalah proses
absorpsi. Absorbsi ini memiliki tujuan untuk menghilangkan komposisi tertentu
campuran suatu gas. Di dalam percobaan ini yang ingin diketahui bukan
pemisahan zat dari campurannya, tetapi untuk mempelajari besarnya daya serap
dari suatu penyerap atau absorben terhadap zat yang diserap dengan perbedaan
tekanan udara dan laju aliran udara sepanjang kolom. Sebagai absorben digunakan
air, sedangkan zat yang diserap adalah oksigen dari udara.
Cara kerja dari percobaan ini adalah dengan memompakan udara dari
bagian bawah kolom absorbsi, sedangkan air dipompakan dari bagian atas kolom.
Air dan udara akan berkontak pada packed kolom, sehingga oksigen yang ada di
udara akan terserap ke seluruh permukaan air. Packing Absorber berfungsi untuk
memperbesar luas permukaan kontak antara air dan udara. Packing yang
digunakan pada percobaan ini adalah jenis Packing Rasching Ring.
Debit atau aliran udara dan air divariasikan untuk menghitung beda
tekanan (pressure drop). Debit udara diatur pada skala tertentu yaitu : 30, 40, 60,
70 L/min sedangkan debit air diatur pada berbagai skala yaitu : 3, 4, 5, 6 L/min.
Kemudian dicatat pressure drop-nya dengan melihat perbedaan tinggi air pada alat
manometer.
Pada percobaan ini kami memvariasikan posisi valve juga, yaitu pada
posisi Middle-Bottom dan Top-Bottom. Dari hasil pengamatan nilai pressure drop
pada posisi valve Top-Bottom rata-rata lebih besar dari Middle-Bottom. Hal ini
menunjukkan bahwa pressure drop juga dipengaruhi jarak/tinggi kolom absorber.
Selain itu, didapatkan bahwa nilai pressure drop akan semakin besar bila debit air
dan debit udara semakin besar. Dari sini dapat dilihat juga bahwa dengan besarnya
laju alir air dan udara maka pressure drop-nya meningkat dengan cepat. Pressure
drop ini dipengaruhi oleh beberapa faktor :
Tinggi kolom absorbsi,
semakin tinggi posisi colom maka semakin besar pressure Drop
Banyak dan kerapatan packing,
Semakin banyak dan rapat packing yang digunakan maka semakin besar
tekanan yang dihasilkan.
Kecepatan (debit) udara dan air,
semakin banyak debit/laju aliran udara dan air maka ∆P makin besar.
Komposisi air dan udara yang masuk dan keluar.
Jenis solven yang digunakan.
Dalam suatu kolom absorbsi, besarnya pressure drop akan mempengaruhi
besarnya daya pompa yang digunakan. Oleh karena itu untuk mendesain alat selain
pertimbangan komposisi yang diinginkan dengan mengatur laju alir dan tinggi
kolom juga perlu dipertimbangkan pressure drop.
Sebagai contoh, suatu kolom absorbsi beroperasi menghasilkan hampir
seratus persen zat terserap tetapi memerlukan kolom yang sangat tinggi dan laju
alir yang besar sehingga pressure drop-nya sangat tinggi yang menyebabkan biaya
pompa sangat besar, hal ini tidak ekonomis untuk dipakai.
BAB VI
KESIMPULAN DAN SARAN
VI.1. Kesimpulan
1. Absorpsi bertujuan untuk memisahkan komposisi campuran gas,
sehingga dihasilkan komposisi gas tertentu.
2. Semakin besar laju alir air dengan laju alir udara, maka akan semakin
besar beda tekanan (pressure drop).
3. Besarnya pressure drop akan mempengaruhi besarnya daya pompa
yang digunakan
4. Packing absorber berfungsi untuk memperbesar luas permukaan
kontak antara air dan udara.
5. Pressure drop ini dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti tinggi
kolom absorbsi, banyak dan kerapatan packing, kecepatan (debit)
udara dan air, serta komposisi air dan udara yang masuk dan keluar.
6. Tinggi kolom absorber juga berpengaruh terhadap peristiwa
penyerapan gas oleh liquid.
VI.2. Saran
1. Diharapkan dapat difungsikan alat yang digunakan untuk mengambil
sampel berupa mmHg.
2. Sebaiknya menggunakan solven yang berbeda agar dapat dilihat
bagaimana beda tekanan (pressure drop-nya).
GRAFIK
A. Posisi Valve pada Middle-Bottom
Kurva untuk Qudara = 30 L/min
3; 3,8 4; 4
5; 6,2 6; 6,4
01234567
0 1 2 3 4 5 6 7
Qair (l/menit)
∆P (mm)
kurva untuk Qudara = 40 L/min
3; 10,2 4; 11,2 5; 11,66; 13
0
5
10
15
0 2 4 6 8
Qair (l/menit)
∆P (mm)
Kurva untuk Qudara = 60L/min
3; 6,2
4; 8
5; 106; 10,8
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3 4 5 6 7
Qair (l/menit)
∆P (mm)
kurva untuk Qudara = 70 L/min
3; 11,8 4; 12,4 5; 12,4
6; 16,6
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8
Qair (l/menit)
∆P (mm)
B. Posisi Valve pada Top-Bottom
Kurva untuk Qudara = 30 L/min
3; 3,8 4; 4 5; 4,26; 4,6
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5 6 7
Qair (l/menit)
∆P (mm)
kurva untuk Qudara = 40 L/min
3; 10,2 4; 11,2 5; 11,66; 13
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5 6 7
Qair (l/menit)
∆P (mm)
Kurva untuk Qudara = 60L/min
3; 9,8 4; 10,65; 15,6
6; 42
0
10
20
30
40
50
0 1 2 3 4 5 6 7
Qair (l/menit)
∆P (mm)
kurva untuk Qudara = 70 L/min
3; 11,8 4; 12,6
5; 28
6; 57
0
20
40
60
0 2 4 6 8
Qair (l/menit)
∆P (mm)
DAFTAR PUSTAKA
1. Robert E. Treyball, 1987, “ Mass Transfer Operation, “ 3 rd edition, Mc. Graw
Hill Book Company, New York.
2. Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson, 1984, “Fundamental of Momentum,
Heat, and Mass Transfer “, 3rd edition, John Wiley & Sons Inc., New
York
3. Perry, RH and Chiton, CH,1984, “ Chemical Engineering Hand Book, “ 7 th
edition, Mc. Graw Hill Kogakusha Ltd. Tokyo.
4. Warren L. Mc. Cabe, Julian c. Smith, dan Peter Harriot, 1993 “ Operasi
Teknik Kimia “, Penerbit Erlangga, Jakarta.