*MENARA ABSORBER

Pengertian absorpsi*Absorpsi merupakan salah satu operasi pemisahan dalam industri kimia dimana suatu campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap yang sesuai, sehingga satu atau lebih komponen dalam campuran gas larut dalam cairan penyerap.Tujuan dari operasi ini umumnya adalah untuk memisahkan gas tertentu dari campurannya.Biasanya campuran gas tersebut terdiri dari gas inert dan gas yang terlarut dalam cairan.Cairan yang digunakan umumnya tidak mudah menguap dan larut dalam gas.Prinsip operasi ini adalah memanfaatkan besarnya difusivitas molekul-molekul gas pada larutan tertentu.

Macam-macam absorpsi*Absorpsi dapat berlangsung dalam dua macam proses, yaitu proses absorpsi fisik dan proses absorpsi kimiaAbsorpsi fisik merupakan absorpsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap tanpa disertai dengan reaksi kimia. Contoh: absorpsi H2S dengan air, metanol, atau propilen karbonatAbsorpsi kimia merupakan absorpsi dimana gas terlarut dalam larutan penyerap disertai dengan reaksi kimiaPeristiwa absorpsi kimia seperti absorspsi gas CO2 dengan larutan MEA, NaOH, K2CO3 dan sebagainya. Aplikasi absorpsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan CO2 pada pabrik Amoniak (NH3).

UNIT PERLENGKAPAN absorpsi*Keuntungan dalam proses absorpsi kimia adalah dengan adanya reaksi kimia, maka nilai koefisien perpindahan massa (Kga) menjadi lebih besar dibandingkan proses absorpsi tanpa reaksi kimiaPeristiwa absorpsi biasanya diikuti dengan peristiwa stripping untuk melepas kembali gas yang terserap.

KOLOM/MENARA absorpsi*Kolom absorpsi adalah suatu kolom atau vessel tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut.Peralatan absorpsi gas terdiri dari sebuah kolom berbentuk silinder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi pada bagian bawah, pemasukan zat cair dan distributornya pada bagian atas, pengeluaran gas dan zat cair masing-masing diatas dan dibawah. Diisi dengan massa zat tak aktif (inert) diatas penyangganya yang disebut isian menara (towerpacking).

FENOMENA absorpsi*Zat cair yang masuk berupa pelarut murni atau larutan encer zat terlarut dalam pelarut disebut cairan lemah (weak liquor), didistribusikan diatas isian dengan distributor secara seragam. Gas yang mengandung zat terlarut, disebut gas kaya (rich gas), masuk ke ruang pendistribusian melalui celah isian, berlawanan arah dengan zat cair. Isian memberikan permukaan yang luas untuk kontak antara zat cair dan gas sehingga membantu terjadinya kontak yang maksimal antara kedua fase, dan terjadi penyerapan zat terlarut yang ada di dalam (rich gas) oleh zat cair yang masuk ke dalam menara dan gas encer (lean gas) keluar dari atas.

JENIS MENARA absorpsi*Menara sembur, menara gelembung, menara pelat dan menara paking. Sebagian industri banyak menggunkan menara packing dengan alasan desain yang relatif lebih murah, mudah dibuat, relatif lebih tahan korosi, mudah dikotori (sulaiman, 2008).Pemilihan packing dengan mempertimbangkan: - memiliki luas permukaan terbasahi tiap unit volume yang besar. - memiliki ruang kosong yang cukup besar sehingga kehilangan tekanan kecil. - karakteristik pembahasan baik. - densitas kecil agar berat kolom keseluruhan kecil. - tahan korosi dan ekonomis.

PEMILIHAN ABSORBEN*Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebutuhan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil).SelektifMemiliki tekanan uap yang rendahTidak korosifMempunyai viskositas yang rendahStabil secara termisMurah (economical reason).

Packed Bed Absorber*Packed tower: berupa tube atau pipa yang diisi dengan beberapa packing.Cairan masuk dari bagian atas, sedangkan gas masuk dari bagian bawah.Hitung:Laju alir larutan pengabsorbDiamater towerTinggi packing

Packing*Ada 3 jenis1. Raschig ring: potongan pipaL D 0,5-1 in2. Berl saddle3. Pall ring

Packing memberikan kontak yg bagus antar kedua fasaSehingga luas permukaan menjadi maksimum

Distributor*Tujuan: menghindari terjadinya channeling

Redistributor ditempatkan setiap 10-15 ft

Problem Umum*Packed bed tower berisikan 1 in raschig ring.Laju alir umpan 1,1 kali nilai minimum.

Tekanan parsial acetone di larutan:, tekanan uap acetone pada 80FHitung:1. Laju alir air2. Diamater tower3. Tinggi packing

Overview Jawaban*Pemilihan laju alir larutan :L = 1,1 -1,5 kali Lmin2. Diameter tower: berdasarkan pada basis pressure drop. 3. Ketinggian tower ditentukan oleh laju transfer massa. Konsep transfer unitKonsep HETP

(A) Laju alir minimum -1*SCFM = standard cubic feet per minuteGas ideal: PV = nRTBerapa laju alir minimum cairan yang dibutuhkan?Untuk menghitungnya perlu memplot garis operasi dan kurva kesetimbangan

(A) Laju alir minimum -2*Kurva Kesetimbangan, tekanan uap acetone pada 80F

(A) Laju alir minimum -3*Garis Operasix2 = 0.0002 X2 = 0.0002y1 = 0.14 Y1 = 0.1628Y2 = 0.05 Y1 = 0.00814Kurva kesetimbangan (EC) berada di bawah garis operasi (OL). Selanjutnya, minimum slope tercapai ketika OL menyinggung EC. Akhirnya, X2 bisa dibaca pada OL.Lmin = 1.91 V = 1.91 x 1.39 lbmol/min = 2.66 lbmol/minAtau 2.66 lbmol/min x 18 lb/lbmol x 8.33 lb/gal = 5.75 gal/min

(B) NOG -1*Dalam soal ini misalkan x1 = 0.07Maka L dihitungMaka akan didapat L/V = 2.06(1)(2)

(B) NOG -2*= 21.0

(C) HOG -1*Bila Kga = 0.04 lbmol/s m3DT = 1 m

Maka S = r2 = 0.7854 m2G = V/S = 1.39 lbmol/min/60/0.7854G = 0.0295 lbmol/s m2

HOG = 0.7374 m

ZT = HOG x NOG = 0.7374 x 21 = 15.5 m

*2Menghitung Tinggi

Ketentuan Penurunan*Ketentuan:Transfer mass dari fase L ke V diberi tanda positifIntegrasi persamaan dihitung dari bagian bawah (posisi 1) ke atas (posisi 2)Aliran ke atas adalah fase V sedang ke bawah adalah fase L

Notasi:V, L = laju alir molar (lbmol/hr) (atau mol/s)y, x = fraksi mol fase V, LZ = tingi tower, ft (atau m)

Catatan:Komposisi bisa berupa: Tekanan parsial untuk gasKonsentrasi mol/volumeRasio mol

Penurunan Persamaan Desain*Neraca totalNeraca komponenLaju perubahan kompenen di fasa a: luasan interface per unit volume packingS: luasan penampang melintang tower kosong

Karena a sering tidak diketahui, maka dikenalkan konstanta komposit kya

Penurunan Persamaan Desain*Asumsi V, L konstan : tidak valid

Penurunan Persamaan Desain*Untuk memudahkan intergrasi, maka diharapkan nilai HOG konstanDari penurunan Chapter 13 Buku Foust: dasar mekanisme perpindahan massa

Definisi HOG & NOG*NTU Ukuran tingkat kesulitan proses separasiSemakin tinggi tingkat kemurnian produk yang diinginkan, semakin besar NTU yang diperlukanHTU Ukuran efektifitas separasi dari packing tertentu untuk spesies kimia yang diprosesSemakin tinggi laju perpindahan massa dan luas permukaan perpindahan, maka HTU akan semakin kecil

ZT = HOG x NOG*NG

NOG

NL

NOLNumber of transfer unitHeight of transfer unitDriving ForceHG

HOG

HL

HOL

Cara menghitung NOG*Secara grafis y versus

2. Metoda Wiegand Bahwa nilai (1-y)lm sama dengan nilai rata-rata aritmatik dari (1-y) dan (1-y*)Biasanya, suku terakhir bisa diabaikan3. Metoda Log-Mean Driving Force Jika larutannya encer, dimana mol fraksi hampir sama dengan rasio mol, dan garis operasi dan kurva keseimbangan adalah lurusSecara grafis y versus

2. Metoda Wiegand Bahwa nilai (1-y)lm sama dengan nilai rata-rata aritmatik dari (1-y) dan (1-y*)

Hubungan HOG,HG,HOL,HL*Lihat di Geankoplis (under construction)

*3Menghitung Diameter

Pressure Drop di Packed Bed* Aliran di packed bed absorber: lawan arah Cairan jatuh ke bawah karena gravitasi Gas mengalir ke atas dengan sedikit pressure drop Laju alir massa (lb/hr m2)

Hubungan Gx, Gy dan p*

Terjadinya fenomena Flooding*Aliran gas ke atas gas yang memiliki gaya dorong terhadap cairan akan memperlambat laju alir cairan.

Semakin besar laju alir gas semakin besar gaya dorong.

Ketika gaya dorong mendekati gravitasi, maka cairan akan mengalir lebih lambat, dan cairan mulai terakumulasi di tower

Terjadinya fenomena Flooding*Liquid holdup: fraksi intersticial volume yang terisi cairan

Intersticial volume: ruang kosong antara packing

Loading: kenaikan holdup cairan karena naiknya laju alir gas

Flooding: aliran ke bawah cairan berhenti karena tingginya aliran ke atas gas

Flooding : pf/L 2 3 in H2O/ft packingLoading : pf/L 0.5 in H2O/ft packingNormal : pf/L 0.25 0.5 in H2O/ft packing

Pengaruh ukuran packing*Semakin besar ukuran packing, semakin toleran terhadap laju alir gas yang lebih tinggi.

Korelasi umum p* Untuk berbagai jenis packing Setiap packing memiliki nilai Fp = faktor packing

Gx, Gy : lb/ft2-sx : cPx, y : lb/ft3gc : 32.2 lbf-ft/lb-s2

Faktor Packing*

Menghitung Diameter TowerDiketahui L, VHitung DT sehingga p/ZT 0.25-0.5 in H2O/ft packingp/ZT = f(Gy,Gx)

*Hitung absis (L/V)Plot ke dalam kurva, dan tentukan p yang diinginkanBaca ordinatHitung GyHitung DT

*1. Pemilihan laju alir hanya diatas laju alir minimum2. Semakin kecil DT, semakin besar laju alir massa, semakin besar pressure drop. Umumnya laju alir massa yang besar diharapkan, karena akan memberikan semakin besar koefisien mass transfer. Namun bila laju alir massa terlalu besar akan menyebabkan terjadinya flooding.3. Pada dasarnya, fasa gas dan cairan membutuhkan waktu kontak tertentu untuk difusi acetone dari fase gas ke cairan.

*Hal ini dikarenakan aceton di gas lebih kaya dibandingkan kondisi kesetimbangan, sehingga absorpsi bisa terjadi secara sepontan.

*Sewaktu cairan jatuh ke bawah karena gas mengalir ke atas, beberapa ruang kosong antara packing akan diisi cairan, meninggalkan ruang kosong yang lebih sedikit. Sehingga faktor friksi pressure drop meningkat. Kurva pressure drop ini akan lebih besar dan paralel di atas kurva packing kondisi kering