BAB I

16
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tujuan Percobaan 1. Menentukan jumlah gas CO 2 yang terabsorbsi, baik pada masing-masing packing maupun secara keseluruhan, pada berbagai komposisi gas CO 2 dalam udara dan laju alir absorban (air). 2. Membandingkan hasil analisa gas CO 2 dalam udara yang diukur berdasarkan Hempl Analysis dengan yang berdasarkan pengukuran laju alir. 3. Membandingkan jumlah CO 2 yang terabsorbsi hasil percobaan dengan yang diperoleh dari neraca massa. 1.2 Landasan Teori 1.2.1 Absorbsi Absorbsi adalah operasi pemisahan solute dari fase gas ke fase cair, yaitu dengan mengontakkan gas yang berisi solute dengan pelarut cair (solvent/ absorben) yang tidak menguap. Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Pada absorbsi sendiri terdapat dua macam proses yaitu: a. Absorbsi fisik

description

as

Transcript of BAB I

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Tujuan Percobaan1. Menentukan jumlah gas CO2 yang terabsorbsi, baik pada masing-masing packing maupun secara keseluruhan, pada berbagai komposisi gas CO2 dalam udara dan laju alir absorban (air).2. Membandingkan hasil analisa gas CO2 dalam udara yang diukur berdasarkan Hempl Analysis dengan yang berdasarkan pengukuran laju alir.3. Membandingkan jumlah CO2 yang terabsorbsi hasil percobaan dengan yang diperoleh dari neraca massa.

1.2 Landasan Teori1.2.1 AbsorbsiAbsorbsi adalah operasi pemisahan solute dari fase gas ke fase cair, yaitu dengan mengontakkan gas yang berisi solute dengan pelarut cair (solvent/ absorben) yang tidak menguap. Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Pada absorbsi sendiri terdapat dua macam proses yaitu:a. Absorbsi fisikb. Absorbsi kimiaAbsorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi gas H2S dengan air, metanol, propilen, dan karbonat. Penyerapan terjadi karena adanya interaksi fisik, difusi gas ke dalam air, atau pelarutan gas ke fase cair. Absorbsi kimia melibatkan reaksi kimia antara pelarut cair dengan arus gasd an solute tetap di fase cair. Dalam absorbsi fisik, solute dalam gas mempunyai kelarutan lebih besar dalam pelarut cairan, sehingga solute berpindah ke fase cair. Absorbsi dengan reaksi kimia lebih menguntungkan untuk pemisahan. Meskipun demikian, absorbsi fisik menjadi penting jika pemisahan dengan reaksi kimia tidakdapat dilakukan.

1.2.2 Absorbsi GasAbsorbsi gas adalah proses pemisahan gas yang tidak diinginkan dari campurannya. Proses kontak antara campuran gas dan cairan bertujuan untuk menghilangkan salah satu komponen gas dengan cara melarutkannya menggunakan cairan yang sesuai. Proses absorbsi ini melibatkan difusi partikel-partikel gas ke dalam cairan. Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi absorbsi adalah kelarutan (solubility) gas dalam pelarut dalam kesetimbangan, tekanan operasi, serta temperatur. Pada umumnya, naiknya temperatur menyebabkan kelarutan gas menurun.Pada absorpsi gas, uap yang dapat larut diserap dari campuranya dengan gas tak aktif atau gas lembam (inert gas) dengan bantuan zat cair dimana gas terlarut (solute gas) dapat larut, banyak atau sedikit. Pada absorpsi gas CO2 menggunakan pelarut air, CO2 bereaksi dengan air melalui persamaan sebagai berikut:CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-Reaksi CO2 dengan air tersebut merupakan reaksi kesetimbangan, di mana konstanta kesetimbangannya sangat kecil sehingga pembentukan H+ dan HCO3- juga sangat kecil. Karena itu, proses absorbsi CO2 dengan air lebih dinyatakan sebagai absorbsi fisika, bukan absorbsi kimia.

1.2.3 AbsorbenAbsorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorbsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Adapun syarat-syarat dari suatu absorben adalah sebagai berikut:a. Memiliki daya melarutkan bahan yang besarKelarutan gas harus tinggi sehingga meningkatkan laju absorbsi dan menurunkan kuantitas solvent yang diperlukan. Umumnya solvent yang memiliki sifat yang sama dengan bahanterlarut akan lebih mudah dilarutkan. Jika gas larut dengan baik di dalam fraksi mol yang sama pada beberapa jenis solvent, maka dipilih solvent yang memiliki berat molekul paling kecil agar didapatkan fraksi mol gas terlarut yang lebih besar. Jika terjadi reaksi kimia dalam operasi absorbsi maka umumnya kelarutan akan sangat besar. Namun bila solvent akan di-recovery maka reaksi tersebut harus reversible. Sebagai contoh, etanol amina dapat digunakan untuk mengabsorbsi hidrogen sulfida dari campuran gas karena sulfida tersebut sangat mudah diserap pada suhu rendah dan dapat dengan mudah dilucuti pada suhu tinggi. Sebaliknya, soda kaustik tidak digunakan dalam kasus ini karena walaupun sangat mudah menyerap sulfida tapi tidak dapat dilucuti dengan operasi stripping.b. SelektifAbsorben harus memiliki sifat selektif dalam menyerap suatu komponen gas. Hal ini diperlukan mengingat terdapat beberapa absorben yang menyerap komponen gas berbahaya dan komponen gas yang tidak ingin dipisahkan dari campurannya.c. Memiliki tekanan uap yang rendahPelarut harus memiliki tekanan uap yang rendah, karena jika gas yang meninggalkan kolom absorbsi jenuh terhadap pelarut maka akan ada banyak solvent yang terbuang. Jika diperlukan dapat digunakan cairan pelarut kedua yang volatilitasnya lebih rendah untuk menangkap porsi gas yang teruapkan. Aplikasi ini umumnya digunakan pada kilang minyak dimana terdapat menara absorbsi hidrokarbon yang menggunakan pelarut hidrokarbon yang cukup volatil dan di bagian atas digunakan minyak nonvolatil untuk me-recovery pelarut utama. Demikian juga halnya dengan hidrogen sulfida yang diabsorbsi dengan natrium fenolat lalu pelarutnya di-recovery dengan air.d. Tidak korosifKorosif merupakan sifat senyawa yang berbahaya bagi alat-alat proses atau pemisahan. Absorben yang korosif dapat menyebabkan berkurangnya efisiensi alat dan operasi pemisahan.e. Mempunyai viskositas yang relatif rendahViskositas pelarut yang rendah amat disukai karena akan terjadi laju absorbsi yang tinggi, meningkatkan karakter flooding dalam kolom, jatuh-tekan yang kecil dan sifat perpindahan panas yang baik.f. Stabil secara termisAbsorben yang digunakan pada absorbsi hendaknya memiliki sifat yang stabil terhadap perubahan suhu. Hal ini diperlukan mengingat suhu lingkungan yang tidak dapat dikendalikan.g. HargaAbsorben yang efisien adalah absorben yang kuat, tidak korosif dan ekonomis. Pertimbangan harga senyawa menjadi acuan apabila proses absorbsi digunakan pada skala industri (Treybal, 1981).Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben adalah air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan), natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam) dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa).

1.2.4 Faktor-faktor yang Mempengaruhi AbsorbsiFaktor-faktor yang mempengaruhi proses absorbsi adalah sebagai berikut:a. Agitation (pengadukan)Tingkat absorbsi dikontrol baik oleh difusi film maupun difusi pori, tergantung pada tingkat pengadukan pada sistem.b. Karakteristik absorbanUkuran partikel dan luas permukaan merupakan karakteristik penting dari suatu absorban. Ukuran partikel absorban mempengaruhi tingkat absorbsi, dimana tingkat absorbsi naik dengan adanya penurunan ukuran partikel absorban.c. Kelarutan absorbanSenyawa terlarut memiliki gaya tarik-menarik yang kuat terhadap pelarutnya sehingga lebih sulit diabsorbsi dibandingkan dengan senyawa tidak larut.d. Ukuran molekul absorbanTingkat absorpsi tertinggi terjadi jika pori dari absorban cukup besar untuk dilewati oleh molekul.e. pHAsam organik lebih mudah terabsorbsi pada pH rendah, sedangkan absorbsi basa organik efektif pada pH tinggi.f. TemperaturTingkat absorbsi naik diikuti dengan kenaikan temperatur dan turun diikuti dengan penurunan temperatur.

1.2.5 Jenis-jenis Kolom AbsorbsiKolom absorbsi adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi (penyerapan/ penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/ tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut.Operasi transfer massa umumnya dilakukan dengan menggunakan menara atau kolom yang dirancang sedemikian sehingga diperoleh kontak yang baik antara kedua fase. Alat transfer massa yang berupa menara secara umum dapat dibagi ke dalam 4 golongan, yaitu : menara sembur, menara gelembung, menara pelat dan menara packing.a. Menara sembur Menara sembur terdiri dari sebuah menara, dimana dari puncak menara cairan disemburkan dengan menggunakan nosel semburan. Tetes-tetes cairan akan bergerak ke bawah karena gravitasi, dan akan berkontak dengan arus gas yang naik ke atas (Gambar 1.1). Nosel semburan dirancang untuk membagi cairan kecil-kecil. Makin kecil ukuran tetes cairan, makin besar kecepatan transfer massa. Tetapi apabila ukuran tetes cairan terlalu kecil, tetes cairan dapat terikut arus gas keluar. Menara sembur biasanya digunakan untuk transfer massa gas yang sangat mudah larut.. Gambar 1.1 Menara Semburb. Menara gelembungMenara gelembung terdiri dari sebuah menara, dimana di dalam menara tersebut gas didispersikan dalam fase cair dalam bentuk gelembung. Transfer massa terjadi pada waktu gelembung terbentuk dan pada waktu gelembung naik ke atas melalui cairan (Gambar 1.2). Menara gelembung digunakan untuk transfer massa gas yang relatif sukar larut. Gelembung dapat dibuat misalnya dengan pertolongan distributor pipa, yang ditempatkan mendatar pada dasar menara.

Gambar 1.2. Menara gelembungc. Menara packing Menara packing adalah menara yang diisi dengan bahan pengisi (Gambar 1.3). Adapun fungsi bahan pengisi ialah untuk memperluas bidang kontak antara kedua fase. Bahan pengisi yang banyak digunakan antara lain cincin rasching, cincin lessing, cincin partisi, sadel bell, sadel intalox dan cincin pall. Di dalam menara ini, cairan akan mengalir ke bawah melalui permukaan bawah pengisi, sedangkan gas akan mengalir ke atas secara arus berlawanan, melalui ruang kosong yang ada diantara bahan pengisi.

Gambar 1.3 Menara Packing

Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorsi gas dan operasi lain adalah menara isian. Peranti ini 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; sedangkan pengeluaran gas dan zat cair masing-masing di atas dan di bawah; serta suatu massa bentukan zat padat tak aktif (inert) di atas penyangganya, bentukan itu disebut isian menara (tower packing). Penyangga itu harus mempunyai fraksi ruang terbuka yang cukup besar, untuk mencegah terjadinya pembanjiran pada piring penyangga itu. Zat cair yang masuk, yang boleh berupa pelarut murni atau larutan encer zat-terlarut di dalam pelarut, disebut cairan lemah (weak liquor), didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada operasi yang ideal, membasahi permukaan isian itu secara seragam. Gas yang mengandung zat-terlarut, disebut gas kaya atau gas gemuk (rich 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 antara zat cair dan gas dan membantu terjadinya kontak yang akrab antara kedua fase. Zat terlarut yang ada di dalam gas gemuk itu diserap oleh zat cair segar yang masuk ke dalam menara, dan gas encer atau gas kurus (lean gas) lalu keluar dari atas. Sambil mengalir ke bawah di dalam menara, zat cair itu makin lama makin kaya akan zat terlarut, dan zat pekat atau cairan kuat (strong liquor) yang terjadi keluar dari bawah menara melalui lubang keluar zat cair (Mc Cabe et al, 1981).Jenis-jenis isian menara yang diciptakan orang banyak sekali macamnya, tetapi ada beberapa jenis yang lazim dipakai. Isian menara ini terbagi atas dua jenis, yaitu yang diisikan dengan mencurahkannya secara acak ke dalam menara, dan yang disusunkan ke dalam menara dengan tangan. Isian curah terdiri dari satuan-satuan dengan dimensi utama sampai 3 in; dimana isian yang ukurannya kurang dari 1 in. Terutama dipakai dalam kolom-kolom laboratorium atau instalasi percontohan (pilot plant). Satuan-satuan isian yang disusun dengan tangan biasanya mempunyai ukuran antara 2 sampai kira-kira 8 in. Contoh-contoh isian yang umum dipakai diperlihatkan pada Gambar 1.4.

Gambar 1.4 Menara Isian (Packing)

Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah: 1. Harus tidak bereaksi (kimia) dengan fluida di dalam menara.2. Harus kuat, tapi tidak terlarut berat. 3. Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak zat cair yang terperangkap (holdup) atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi.4. Harus memungkinkan terjadinya kontak tyang memuaskan antara zat cair dan gas. 5. Harus tidak terlalu mahal (Mc Cabe et al, 1981).

Gambar 1.5 Jenis-jenis menara isian: (a) Pelana berl; (b). Pelana intalox; (c). Cincin rasching; (d). Cincin pullJadi kebanyakan isian menara terbuat dari bahan-bahan yang murah, tidak bereaksi dan ringan, seperti lempung, porselen, dan berbagai jenis plastik. Kadang-kadang cincin logam berdinding tipis, yang terbuat dari baja atau aluminium ada juga dipergunakan. Ruang-ruang kosong dan laluan-laluan yang cukup besar untuk lewatnya fluida dibuat dengan membuat isian itu tak beraturan atau bolong, sehingga mereka tersusun dalam struktur terbuka dengan porositas 60 sampai 95 %. Karakteristik fisik berbagai isian itu didaftarkan pada Tabel 1.1 (Mc Cabe et al, 1981).

Tabel 1.1 Sifat-sifat Menara Isian (Packing)JenisBahanUkuranKecil, in.DensitasBulk, *lb/ft3LuasTotal, lb/ft3Rembesan

Faktor isian **

Fpfp

Pelana berlKeramik1154454014276460,620,680,71240110651,581,361,07

Pelana intaloxKeramik11234642393836190785936280,710,730,760,760,79200925240222,271,541,181,00,64

Cincin raschingKeramik112554243411125837280,640,740,730,7458015595651,521,3610,92

Cincin pallBaja

Polipro-pilen112113024225,54,863393163390,940,950,960,900,9148282052401,541,361,091,361,18

* Densitas bulk dan luas total memberikan volume per satuan kolom.** Faktor Fp adalan faktor penurunan tekanan dan fp adalah koefisien perpindahan massa relatif Berdasarkan data NH3-H2O; faktor lain berdasarkan data CO2-NaOHSumber: Mc Cabe, 1981.

d. Menara pelat Menara pelat adalah menara yang secara luas telah digunakan dalam industri. Menara ini mempunyai sejumlah pelat dan fasilitas yang ada pada setiap pelat, maka akan diperoleh kontak yang sebaik-baiknya antara fase cair dengan fase gas. Fasilitas ini dapat berupa topi gelembung (bubble caps) atau lubang ayak (sieve), Gambar 1.6. Pada pelat topi gelembung dan lubang ayak, gelembung-gelembung gas akan terbentuk. Transfer massa antar fase akan terjadi pada waktu gelembung gas terbentuk dan pada waktu gelembung gas naik ke atas pada setiap pelat. Cairan akan mengalir dari atas ke bawah melintasi pelat di dalam kolom.

Gambar 1.6 Menara pelat.

1.2.6 Analisa HemplDalam kolom absorbsi, penyerapan komponen gas oleh cairan mengalir melewati packed bed, biasanya arah aliran fluida diatur sedemikian rupa, dimana cairan mengalir dari atas dan gas mengalir dari bawah (countercurrent). Gas dan cairan yang masuk dan keluar dapat dianalisa untuk mengetahui jumlah gas yang diserap. Jumlah CO2 yang terserap sebanding dengan pertambahan volume larutan Dalam skala laboratorium, peralatan kolom absorpsi gas biasanya sudah dilengkapi dengan peralatan analisa sampel gas (Hampl Analysis) maupun analisa cairan (titrasi). Perangkat peralatan analisa gas Hempl berisi larutan NaOH yang reaksinya dengan CO2.CO2 + 2NaOH Na2CO3 + H2Odimana jumlah CO2 yang diserap sebanding dengan pertambahan volume larutan dalam peralatan tersebut.