ABSORPSI II

ABSORPSI CO2 DALAM AIR

MENGGUNAKAN PERALATAN ANALISA GAS

        I.            TUJUAN PERCOBAAN

Mengukur absorpsi CO2 dalam air yang mengalir sepanjang kolom menggunakan peralatan

analisa gas yang disediakan.

     II.            ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

           Peralatan absorpsi                         1 unit

           NaOH                                           1 M

           HCl                                               0,1 M

           Indikator PP                                  Secukupnya

           Spatula                                          1 buah

           Neraca analitik                              1 buah

           Gelas kimia 250 ml                                   3 buah

           Labu ukur 250 ml                         1 buah

           Pipet ukur 25 ml                           1 buah

           Pipet tetes                                     1 buah

           Bola karet                                     1 buah

           Gas CO2                                        secukupnya

   III.            GAMBAR ALAT : (TERLAMPIR)

  IV.            DASAR TEORI

Absorpsi gas atau penyerapan gas merupakan proses perpindahan massa. Pada absorpsi gas,

uap yang diserap dan campurannya dengan gas tidak aktif atau lembab (inert gas) dengan

bantuan zat cair dimana gas yang larut atau terlarut (solute gas) dapat larut banyak atau sedikit.

Alat yang digunakan dalam absoprsi gas beberapa menara isian. Piranti ini terdiri dari

sebuah kolom berbentuk silinder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang

distribusi pada bagian bawah. Pemasukan zat cair dan distribusinya di atas, sedangkan

pengeluaran gas dan zat cair masing-masing di atas dan dibawah, serta suatu proses massa

bentuknya zat padat (tak aktif/innert) diatas penyannganya. Bentuk ini disebut isisan menara atau

packing tower. Jenis-jenis menara isian adalah :

       Rashing Ring

       Lessing Ring

       Intalox Saddle

       Ben Saddle

Persyaratan pokok yang diperlukan menara isisan :

       Harus bereaksi tidak dengan fluida dalam menara

       Tidak terlalau berat

       Hanya banyak mengandung cukup banyak larutan untuk arus banyak zat cair yang

terperangkap atau meyebabkan penurunan tekanan.

       Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dan gas.

       Tidak terlalu mahal.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses absorber yaitu :

       Perbedaan konsentrasi

       Luas permukaan absorber

       Suhu

       Tekanan

       Viskositas

Absorbsi merupakan salah satu proses separasi dalam industri kimia dimana suatu campuran

gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap tertentu sehingga satu atau lebih komponen gas

tersebut larut dalam cairannya. Pada awal absorbsi sendiri ada 2 proses, yaitu :

1.    Absorbsi fisik

Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam larutan penyerap tidak disertai

dengan reaksi kimia. Contoh reaksi ini adalah absorbsi gas H2S dengan air, methanol, propilen

karbonase. Penyerapan terjadi karena adanya interaksi fisik.

Dari absorbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya yaitu :

a.     Teori model film                                                                                                                           

b.    Teori penetrasi

c.     Teori permukaan yang diperbaharui

2.    Absorbsi Kimia

Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam larutan penyerap disertai

dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi gas CO2 dengan larutan MEA,

NaOH, K2CO3 dan sebagainya.Aplikasi dari absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses

penyerapan gas CO2 pada pabrik Amonia.

 

                                                                           Absorber                                                                           stipper

             

              feed gas                                                                            stripping gas

                                                                               

              (Gambar 2.2 konfigurasi absorber-stipper)

Penggunaan absorbsi kimia dalam fase cair sering digunakan untuk mengeluarkan zat

pelarut secara lebih sempurna dalam campuran gasnya.

Suatu keuntungan dalam absorbsi kimia adalah meningkatkan harga koefisien perpindahan

massa(kga). Sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif antar muka

karena absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah hamper stagnan di samping perangkapan

dinamik. Untuk memperluas permukaan kontak digunakan kolom berisi packing (packed

coloum) dengan criteria pemilihan packing sebagai berikut :

       Memiliki luas permukaan terbasahi tiap unit volume yang besar

       Memiliki ruang kosong yang cukup besar sehingga kehilangan tekanan kecil

       Karakteristik pembasahan baik

       Densitas kecil agar berat kolom keseluruhan kecil

       Tahan korosi dan ekonomis

Beberapa jenis packing yang sering digunakan antara lain raching ring, intolox sadle, poll

ring.

Di dalam merancang suatu menara absorbsi harga koefisien perpindahan massa merupakan

besaran yang sangat penting. Penurunan korelasi harga Kga didasarkan pada absorbsi fisik.

Dengan tersedianya harga Kga dapat ditentukan besaran-besaran lain, seperti :

a.    Kecepatan perpindahan massa

Kecepatan perpindahan massa dapat dihitung setelah konsentrasi gas yang berkeseimbangan

dengan fase cairnya diketahui. Dalam hal ini gas harus mendifusi ke aliran cairan tiap satuan

waktu.

b.    Waktu operasi

Jika harga Kga diketahui maka kecepatan perpindahan massanya juga dapat diketahui

sehingga waktu operasi absorbsi dapat diketahui juga.

c.     Ukuran alat dan biaya

Untuk mengetahui dimensi alat dan besarnya biayapembuatan alat tersebut dapat diturunkan

dari persamaan berikut :

                                                                                             …(1)

Rumus untuk menghitung Kga dapat didasarkan pada absorbsi fisik dengan menganggap

bahwa kurva kesetimbangan larutan pada selang waktu tertentu dimana perpindahan massa

berlangsung.

 

  

                                                                                           A

(Gambar 2.3 elemen belakang kontak)

Dari skema tersebut dapat didapatkan persamaan :

dGy=Kga . P (y-y’)dz                                                                              …(2)

Kecepatan perpindahan massa dapat ditentukan persamaan yang diturunkan oleh Max Well

dan Stefan.

                                                                                  …(3)

Persamaan tersebut merupakan persamaan untuk difusi gas dalam keadaan tetap dari

komponen A melalui B yang tidak bergerak dan gas berdifusi dari tubuh gas ke permukaan batas

gas cair. Dari persamaan tersebut dapat digunakan untuk mencari korelasi Kga yaitu :

                                                                                     …(4)

Apabila volume cair diabaikan, maka :

Neraca massa A pada fase cair di sepanjang elemen volume kolom AGZ, menghasikan

persamaan:

                                                            …(5)

Neraca massa A pada fase gas pada elemen volume yang sama menghasilkan persamaan :

                                                                         …(6)

Pada absorbsi CO2 dengan larutan NaOH terjadi reaksi :

Alat-alat absorbsi

       Packing Tower

     Salah satu contoh packing tower adalah Packed Bed Absorber. Packed Bed Absorber

berupa tube atau pipa yang diisi dengan beberapa packing. Cairan masuk dari bagian atas,

sedangkan gas masuk dari bagian bawah.

                                           (Gambar 2.4 Packed Bed Absorber)

Di dalam packed bed absorber terdapat Packing yang memberikan kontak yang bagus antar

kedua fasa sehingga luas permukaan menjadi maksimum.

Ada 3 jenis packing :

1. Raschig ring: potongan pipa

  L » D » 0,5-1 in

2. Berl saddle

3. Pall ring

Macam-macam packing

Kolom Absorpsi                 Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya prosespengabsorbsi

penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut.Proses ini

dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zattersebut

dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. Diantara jenis-jenis

absorben ini antara lain, arang aktif, bentonit, dan zeolit.

1.          Arang aktif 

     Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95%karbon, dihasilkan

dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasanpada suhu tinggi. Ketika

pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadikebocoranudara didalam ruangan pemanasan

sehingga bahan yang mengandung karbon tersebuthanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang

selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya

serap ditentukan oleh luaspermukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika

terhadap arangtersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun

denganpemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami

perubahansifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Arang

aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa.

            Kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atauvolume

pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap

berat arang aktif. Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai

penyerap uap. Arang aktif sebgai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat halus, diameter

pori mencapai 1000 A0, digunakan dalam fasecair,berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang

menyebabkan warna dan bauyang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat penganggu

dan kegunaan lainyaitu pada industri kimia dan industri baru. Diperoleh dari serbukserbuk

gergaji, ampaspembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan

mempunyaistruktur yang lemah.

            Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pelletyang

sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 A0, tipe pori lebihhalus, digunakan dalam rase

gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut,katalis,pemisahan dan pemurnian gas.

Diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bataatau bahan baku yang mempunyaibahan baku yang

mempunyai struktur keras.

2.    Zeolit Mineral

           zeolit bukan merupakan mineral tunggal, melainkan sekelompok mineralyang terdiri

dari beberapa jenis unsur. Secara umum mineral zeolit adalah senyawa alumino silikat hidrat

dengan logam alkali tanah. serta mempunyai rumus kimia sebagai berikut :

M2x/nSi1-xAlxO2.yH2O

Dengan M = e.g Na, K, Li, Ag, NH, H, Ca, Ba

Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal, sedangkan logam alkaliadalah kation

yang mudah tertukar. Jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-poriatau volume ruang

hampa yang akan terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebutdipanaskan. Penggunaan zeolit

cukup banyak, misalnya untuk industri kertas, karet,plastik, agregat ringan, semen puzolan,

pupuk, pencegah polusi, pembuatan gas asam,tapal gigi, mineral penunjuk eksplorasi, pembuatan

batubara, pemurnian gas alam,industri oksigen, industri petrokimia.

            Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekulair

bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal tersebut dipanaskanselama

beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-900oC, maka kristal zeolit yangbersnagkutan

berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya serap (absorbansi) zeolittergantung dari jumlah ruang

hampa dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolitmempunyai luas permukaan beberapa ratus

meter persegi untuk setiap gram berat.Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas

sebanyak 30% dari beratnya dalam keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam

ruang hampa denganmenggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan maksud

mengurangitekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri.

3.    Bentonit

            Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit dalamdunia

perdagangan dan termasuk kelompok dioktohedral. Penamaan jenis lempungtergantung dari

penemu atau peneliti, misal ahli geologi, mineralogi, mineral industri danlain-lain. Bentonit

dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alu-muniumsilikat hydrous, yaitu

activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempungyang kurang memiliki daya

pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melaluipengolahan tertentu. Sementara itu,

fuller's earth digunakan di dalam fulling ataupembersih bahan wool dari lemak. Sifat bentonit

sebagai adsorben adalah :

       mempunyai surface area yang besar (fisika)

       bersifat asam yang padat (kimia)

       bersifat penukar-ion (kimia)

       bersifat katalis (kimia)

Aplikasi Absorbsi

      Absorbsi dalam dunia industri digunakan untuk meningkatkan nilai guna dari suatuzat

dengan cara merubah fasenya.

1.    Proses Pembuatan Formalin

     Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat

dihasilkanmelalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai

gasinput dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang

mempunyaisuhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 550C,dimasukkan ke

dalamabsorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan

kadarformaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar dari metanol, air,dan

formaldehiddikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal

darisisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan countercurrent

contact dengan air proses

2.  Proses Pembuatan Asam Nitrat

               Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2). Proses pembuatan asam nitrat

Tahap akhirdari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap

tingkatkolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air

menjadiasam nitrat. Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat

fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Duafluks

keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan

asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buangtidak lebih dari 200

ppm.

              Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses pembuatan urea,produksi ethanol,

minumanberkarbonasi, fire extinguisher,dry ice,supercritical carbon dioxide dan masih banyak

lagi aplikasi absorbsi dalam industri.

            Selain itu absorbsi ini juga digunakan untuk memurnikan gas yang dihasilkan dari

fermentasi kotoran sapi. Gas CO2 langsung bereaksi dengan larutan NaOH sedangkan CH4

 tidak. Dengan berkurangmya konsentrasi CO2sebagai akibat reaksi dengan NaOH,

makaperbandingan konsentrasi CH4 dengan CO2 menjadi lebih besar untuk konsentrasi CH4.

Absorbsi CO2 dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH dapat dilukiskan sebagaiberikut:

CO2(g)+ NaOH(aq)→ NaHCO3(aq)

NaOH(aq)+ NaHCO3→Na2CO3(s)+ HO(l)+

CO2(g)+ 2NaOH(aq)→Na2CO3(s)+ H2O(l)

Dalam kondisi alkali atau basa, pembentukan bikarbonat dapat diabaikan karena  bikarbonat

bereaksi dengan OH-membentuk CO32-

    V.            PROSEDUR KERJA

1.         Mengisi kedua bola kaca pada alat absorpsi dengan NaOH 1 M atur ketingian bola tersebut

hingga tanda nol, gunakan katup Cv untuk mengurangi ketinggian.

2.         Mengisi tangki penampung dengan air hingga ¾ penuh.

3.         Tutup katup control gas C2 dan C3 dengan menghidupkan pompa ataur flow air sepanjang

kolom harga 1 L/min pada flowmeter f dengan mengatup control C1.

4.         Menghidupkan kompresor dan atur katup control C2 untuk mendapatkan flow udara 30 L/min

pada F2.

5.         Membuka katup regulator tekanan pada tabung CO2 secara hati-hati dan mengatur katup C3

sehingga angka pada flowmeter F3 sebesar 0,5 kali dan laju udara F2. Memastikan seal liquid

pada bagian dasar kolom terjaga baik, kalau perlu mengatur dengan katup C4.

6.         Setelah 15 menit, mengambil sanpel gas berturut – turut dan katup S1 dan S2. Menganalisa

kedua sampel seperti pada gambar.

7.         Dengan pengulangan hisap dan dorong menggunakan piston, bilas silinder tempat sample.

Perhatikan volume dari pada tabung kea lat dan kemudian baru temukan beberapa banyak hisap

dan dorong yang diperlukan.

8.         Mengisolasi gelembung absorpsi dan menutup vent yang ke atmosfer. Kemudian isi silinder

dengan menarik piston perlahan – lahan. Catat volume pada silinder 1, Jikakonsentrasi dan CO2

yang digunakan pada sampel gas liquid kemungkinan masuk ke silinder sehingga mengangu

percobaan dan memerlukan beberapa waktu untuk memperbaikinya. Pada keadaan seperti itu,

jangan menaraik piston keluar dan ujung tarikan berhenti pada tanda tertentu seperti V1 = 20

pada skala besar kemudian baca sekala kecilnya.

9.         Mengisolasi silinder dan kolom dan gelembung absorpsi dan buka vent ke tekanan atmosfir.

Tutup setelah 10 detik (step D)

10.     Menghubungkan silinder ke gelembung absorpsi. Level liquid harus tetap apabila berubah buka

atmosfir lagi.

11.     Menunggu hingga level pada tabung indicator berada pada posisi nol, menurunkan tekanan pada

posisi silinder tekanan atmosfir.

12.     Menutup perlahan – lahan piston untuk mengosongkan silinder ke gelembung absorpsi perlahan

– lahan tarik piston kembali. Perhatikan level pada katup indicator. Ulangi langkah E dan F

hingga tak terdapat perbedaan level. Baca tabung indicator Bermuda V2 yang menyatakan

volume sampel.

 VI.            DATA PENGAMATAN

Tabel1. Hasil Percobaan

Kondisi Inlet Outlet Jumlah CO2

yang diserapLaju alir gas , L/s Sampel gas Sampel gas

F2 gas F3 gas Total = F2 + F3 Fα

L/s

30 15 45 0,67 0,2

30 15 45 2 0,597

30 15 45 3,33 0,988

Tabel2. Pengamatan

Laju Alir (L/s) Volume (ml)

F2 gas F3 CO2 Total V2 V1 Inlet V1 Outlet

30 15 45 10 15 50

30 15 45 30 15 50,2

30 15 45 50 15 50,6

VII.            PERHITUNGAN

         Menentukan nilai

Saat Y1 = 0,67 dan Y0 = 0,2

CO2 yang diserap = CO2 masuk – CO2 keluar

 

 

 

Tabulasi perhitungan CO2 yang diserap

Y1 Y0 CO2 yang diserap

0,67 0,2 26,4375

2 0,597 157,0522

3,3 0,988 8782,5

         dapat dikonversi ke grmol/s sebagai berikut

Saat Y1 = 0,67 dan Y0 = 0,2

 

 

N = 0,1059

Tabulasi perhitungan N (grmol/s)

Fα (L/s) N (grmol/s)

26,437 0,1059

157,0522 0,6291

8782,5 35,178

VIII.            ANALISA PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan “Absorbsi II” dapat dianalisa bahwa dalam percobaan kali

ini digunakan NaOH sebagai media penyerap dan gas CO2 sebagai media yang diserap. Pada

percobaan kali ini hanya menggunakan satu variabel sebagai acuan.  Pada percobaan ini

menggunakan menara isian (packing tower) yang berbentuk silinder, yang diisi dengan packing

(rashing ring). Packing berfungsi untuk memperbesar luas permukaan kontak fasa gas dan cair.

Pendistribusian gas dilakukan dari bawah karena densitas gas lebih rendah dibandingkan zat cair.

Hasil dari praktikum akan dititrasi dengan menggunakan HCl 0,1 N dengan indikator

fenolftalen. Setelah dilakukan titrasi volume titran yang digunakan adalah 50ml untuk 15 menit

pertama (sampel 1) , 50,2ml untuk 15 menit ke 2 (sampel 2) dan 50,6 ml untuk 5 menit ke 3

(sampel 3). Perubahan warna yang terjadi adalah dari ungu menjadi tak berwarna (bening). Jika

warna bening telah muncul itu menendakan titrasi telah sampai pada titik akhir.

 IX.            KESIMPULAN

Dari praktikum absorpsi-2 yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa semakin besar

konsentrasi NaOH, maka %CO2 yang terserap akan semakin besar pula. Dan waktu tidak

berpengaruh terhadap %CO2 yang terserap.