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 parsial 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 solut

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

Qudara (l/menit) Qair (l/menit) ∆P (mm)

40

23456

2,44,04,24,44,6

60

23456

6,48,611,224,641,0

120

23456

8,69,720,341,571,6

BAB V

PEMBAHASAN

Dalam suatu industri kimia alat-alat pemisahan merupakan salah satu inti

dari rangkaian proses keseluruhan selain reaktor. Produk yang dihasilkan oleh

reaktor tidak seragam tetapi terdiri dari berbagai macam zat serta komposisinya.

Untuk mendapatkan satu jenis produk yang diinginkan diperlukan proses

pemisahan.

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.

Untuk pemisahan produk padat dari campuran padat dapat dilakukan

dengan cara screening (penyaringan). Sedangkan untuk pemisahan produk padat

dari liquid dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain :

- Evaporasi (penguapan)

- Dekantasi

- Sentrifugasi

Tetapi untuk campuran yang terlarut secara homogen yaitu larutan liquid-

liquid atau liquid-gas, tidak dapat dipisahkan seperti cara diatas, perlu dilakukan

proses tertentu.

Proses pemisahan campuran diatas 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 proses pemisahan absorpsi dan ekstraksi memerlukan pemisahan

lebih lanjut antara solven dengan solutnya. Biasanya proses pemisahannya

digunakan metode distilasi, karena proses ini tidak menggunakan zat lain untuk

memisahkan campurannya.

Pada percobaan ini, proses pemisahan yang dilakukan adalah proses

absorpsi. 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. 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. Debit udara dan air divariasikan

untuk menghitung beda tekanan (pressure drop). Debit udara diatur pada skala

tertentu (konstan) dan debit air diatur pada berbagai skala. Kemudian dicatat

pressure drop-nya dengan melihat perbedaan tinggi air pada alat manometer.

Dari hasil pengamatan dapat diketahui 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

seperti tinggi kolom absorbsi, banyak dan kerapatan packing, kecepatan (debit)

udara dan air, serta komposisi air dan udara yang masuk dan keluar.

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. Semakin besar laju alir air dengan laju alir udara tetap, maka akan

semakin besar beda tekanan (pressure drop).

2. Beda tekanan (pressure drop) yang dipengaruhi oleh laju alir udara

dan laju alir air terjadi pada peristiwa absorbsi gas-liquid.

3. Packing absorber berfungsi untuk memperbesar luas permukaan

kontak antara air dan udara

4. 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).

Kurva Untuk Qudara = 25 l/min

1,75; 522,75; 74

3,75; 90

4,75; 160

5,75; 280

6,75; 370

7,75; 420

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Qair

∆P

Kurva Untuk Qudara = 35 l/min

1,75; 30

2,75; 90

3,75; 2004,75; 220

5,75; 290

6,75; 2507,75; 240

0

50

100

150

200

250

300

350

0 2 4 6 8 10

Qair

∆P

Kurva Untuk Qudara = 45 l/min

1,75; 30

2,75; 90

3,75; 140

4,75; 2305,75; 230

6,75; 2507,75; 260

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10

Qair

∆P

Kurva Untuk Qudara = 65 l/min

1,75; 1702,75; 1703,75; 190

4,75; 230

5,75; 270

6,75; 3407,75; 360

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 2 4 6 8 10

Qair

∆P

BAB VII

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.