BAB IPENDAHULUAN

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 I

TINJAUAN PUSTAKA

Absorbsi gas atau penyerapan gas (gas absorbtion) merupakan suatu operasi

dimana campuran gas dikontakkan dengan liquid yang bertujuan untuk melarutkan

satu atau lebih komponene gas sehingga terbentuk larutan gas dalam liquid. Sebagai

contoh gas dari produk coke dicuci dengan air untuk melepaskan ammonia, kemudian

dengan oil untuk melepaskan benzene dan toluene. Pada operasi, ini memerlukan

perpindahan massa substans dari aliran gas ke liquid. Ketika perpindahan massa

terjadi dengan arah yang berlawanan, misalnya dari liquid ke gas, maka operasi ini

disebut sebagai desorption atau stripping. Sebagai contoh, benzene dan toluene

dilepaskan dari oil absorbsi dengan mengontakkan larutan liquid dengan steam. Uap

akan masuk ke aliran gas dan dibawa keluar, kemudian oil absorbsi digunakan

kembali.

Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorbsi gas dan beberapa operasi

lain adalah menara isian. Peralatan ini terdiri dari sebuah kolom yang berbentuk

silinder, atau menara, yang diperlengkapi dengan pemasukkan gas dan ruang

distribusi pada bagian bawah, dimana pemasukkan 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 tidak aktif (inert) di atas penyangganya

yang disebut sebagai isian menara (tower packing). Penyangga ini 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 dengan seragam. Gas yang mengandung zat terlarut,

disebut gas kaya (strong liquor), masuk ke ruang pendistribusi yang terdapat di

bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah-celah antar isian, yang berlawanan

arah dengan aliran zat cair. Isian itu memberikan permukaan yang luas antara zat cair

dan gas dan membantu terjadinya kontak yang akrab antara kedua fase. Zat terlarut

yang ada di dalam gas kaya itu diserap oleh zat cair segar yang masuk ke dalam

menara.

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 ¼

sampai 3 inci, dimana isian yang ukurannya kurang dari 1 inci 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 m.

Berikut ini merupakan persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara

ialah :

Harus tidak bereaksi (kimia) dengan fluida di dalam menara.

Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat.

Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu

banyak zat cair yang terperangkap (hold up) atau menyebabkan penurunan

tekanan terlalu tinggi.

Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dan

gas.

Harus tidak terlalu mahal harganya.

Jadi kebanyakan isian menara terbuat dari bahan-bahan yang murah, tidak

bereaksi, dan ringan, seperti lempung, porselen dan berbagai jenis plastik. Kadang-

kadang ada juga yang mempergunakan cincin-cincin logam berdinding tipis, yang

terbuat dari baja atau aluminium. Ruang-ruang kosong dan laluan-laluan yang cukup

besar untuk lewatnya fluida dibuat dengan membuat isian itu berbentuk tak beraturan

atau bolong, sehingga mereka tersusun dalam suatu struktur terbuka dengan porositas

60 sampai 95 persen.

KONTAK ANTARA ZAT CAIR DAN GAS

Persyaratan kontak yang baik antara zat cair dan gas merupakan persyaratan

yang paling sulit dicapai, apalagi untuk menara yang besar. Secra ideal, zat cair

tersebut, setelah terdistribusi di atas isian, mengalir dalam bentuk film tipis ke seluruh

permukaan isian itu menuruni menara. Sesungguhnya film tersebut cenderung

menebal pada beberapa tempat dan menipis di tempat yang lain, sehingga zat cair

cenderung mengumpul menjadi arus-arus kecil dan mengalir melalui lintas-lintas

tertentu di dalam isian tersebut. Lebih-lebih pada laju aliran rendah, sebagian besar

permukaan mungkin kering, atau sedikitnya, diliputi oleh film zat cair stagnan. Efek

ini disebut dengan pengkanalan (channeling) dan merupakan menyebab utama dari

unjuk kerja yang kurang memuaskan pada menara isian yang berukuran besar.

Pengkanalan ini sangat berbahaya dalam menara isian yang menggunakan

isian-susunan, dan tidak terlalu berbahaya pada menara yang menggunakan isian-

curah yang terbuat dari zat padat. Dalam menara yang tinggi, yang diisi dengan isian

besar, pengaruh pengkanalan mungkin cukup berarti, sehingga untuk mencegahnya

dibuat fasilitas redistribusi zat cair setiap 10 atau 15 ft bagian isian.

Pada laju aliran zat cair rendah, betapapun baiknya pendistribusian awal zat

cair tersebut, sebagian permukaan isian itu tidak dibasahi oleh zat cair yang mengalir.

Jika laju aliran ditingkatkan, maka fraksi yang terbasahi bertambah pula, hingga

sampai pada laju kritis zat cair yang biasanya cukup tinggi, dimana seluruh

permukaan menjadi dapat terbasahi dan bekerja efektif.

LAJU ALIRAN PEMBATAS (Pembebanan dan Pembanjiran)

Dalam menara yang berisi isian tertentu dan yang dialiri dengan aliran zat cair

tertentu, terdapat suatu limit atas bagi aliran gas. Kecepatan gas yang sehubungan

dengan limit ini disebut kecepatan pembanjir (flooding velocity). Besarnya dapat

ditentukan dengan memeriksa hubungan antara penurunan tekanan melalui hamparan

isian, dengan laju aliran gas, atau dengan mengamati perangkapan (hold up) zat cair,

dan dari penampilan visual isian tersebut. Kecepatan pembanjir, sebagaimana

ditentukan dari ketiga efek di atas, agak berbeda-beda sesuai dengan metode

penentuannya, dan tampak lebih menyerupai suatu jangkauan kecepatan, dan bukan

merupakan suatu tetapan yang tegas.

SISTEM DUA KOMPONEN

Apabila 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

apabila temperaturnya dinaikkan.

SISTEM MULTIKOMPONEN

Apabila 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. Apabila 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 absorbsi adalah untuk menghasilkan larutan spesifik

maka zat terlarut dikhususkan dengan hasilnya. Jika tujuan utama adalah untuk

melepaskan komponen dari gas, beberapa pilihan mungkin dilakukan. Water

merupakan pelarut yang paling murah.

Berikut ini merupakan sifat yang penting dalam menentukan pelarut untuk

absorbsi :

1. Kelarutan Gas

Kelarutan gas yang tinggi, menambah laju absorbsi dan mengurangi jumlah

solvent yang diperlukan. Secara umum, pelarut zat kimia dimana solute

diabsorb akan menghasilkan kelarutan yang baik. Reaksi kimia solvent

dengan solute akan menghasilkan kelarutan gas yang sangat besar, tetapi jika

solvent digunakan kembali setelah direcover maka reaksi harus reversible.

2. Volatility

Solvent seharusnya mempunyai tekanan uap yang rendah, karena gas yang

meninggalkan operasi absorbsi saturated dengan solvent. Jika liquid sedikit

volatile dapat digunakan untuk merecover zat yang teruapkan.

3. Corrosiveness

Konstruksi material yang diperlukan pada peralatan jangan yang mudah

mangalami korosi. Material merupakan peralatan yang tidak langka atau

mahal harganya.

4. Cost

Solvent seharusnya murah, sehingga biaya bukan pada solvent saja, dan

solvent seharusnya mudah didapat.

5. Viscosity

Viskositas yang rendah dipersiapkan untuk laju absorbsi yang rendah,

penurunan tekanan yang rendah pada pemompaan serta karakteristik

perpindahan massa yang baik.

6. Miscellaneous

Solvent jika mungkin seharusnya nontoxic (tidak beracun), tidak mudah

terbakar, dan stabil, serta mempunyai titik beku yang rendah.

Diameter pack absorbtion tower bergantung pada jumlah gas dan liquid yang

akan di proses, 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 absorbtion tower, maka temperatur

dalam tower nerubah secara mencolok dari bottom ke top. Panas absorbsi solute

meningkatkan temperatur larutan, tetapi penguapan solvent cenderung menurunkan

temperatur. Biasanya, semua pangaruh merupakan kenaikan temperatur liquid, tetapi

kadang-kadang temperatur bergerak menjadi maksimum pada bottom column.

LAJU ABSORBSI

Laju absorbsi dapat dinyatakan dengan empat cara yang berbeda, yaitu dengan

menggunakan :

Koefisien individual

Koefisien menyeluruh atas dasar fase gas atau liquid

Koefisien volumetric

Koefisien per satuan luas

Pada kebanyakan perhitungan yang digunakan koefisien volumetric, 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

Merupakan tipe absorber yang banyan digunakan karena pressure drop aliran

gas yang rendah, cairan hold up yang kecil, lebih ekonomis dalam operasi

yang untuk menangani material yang sangat korosif, liquid yang berbuih,

tower yang diameternya besar, dan biaya column yang relatif murah.

2. Plate Tower

Dirancang untuk operasi absorbsi gas atau stripping gas yang memiliki

banyak persamaan untuk menurunkan angka. Perbedaannya terletak pada

pemisahan yang didasarkan pada pendistribusian berbagai substansi antara

fase gas dan liquid ketika seluruh komponen antara dua fase.

Plate tower digunakan untuk cairan yang kapasitasnya lebih besar tanpa

terjadinya flooding, dan mudah untuk dibersihkan.

Plate tower kadang-kadang merupakan pilihan yang lebih baik jika

dibandingkan dengan packed tower demi menghindari masalah distribusi zat

cair di dalam menara berdiameter besar dan demi mengurangi ketidakpastian

dalam pembesaran skala.

3. Stirred Tank

Digunakan pada system reaksi kimia dimana gas akan diabsorbsi terlebih

dahulu dan kemudian akan bereaksi dengan suatu komponen dengan larutan.

Alat ini memiliki kelebihan ketika reaksi berjalan dengan 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 system dasarnya untuk mengalirkan SO2

dari boiler gas buangan yang dikeluarkan dari stasiun pembakaran batubara.

6. Venturi Scubber

Umumnya digunakan untuk mengalirkan bahan-bahan partikel dari aliran gas

ke penyerapan uap terlarut.

7. Failing Film Absorber

Tipe ini sangat cocok untuk skala besar atau komersil dimana panas yang

diperbolehkan selama absorbsi sangat tinggi.

BAB II

METODOLOGI

II.1 ALAT DAN BAHAN

1. Satu unit peralatan Gas Liquid Absorbtion Column.

2. Air

3. Udara

4.

II.2 PROSEDUR PERCOBAAN

1. Isi tangki penampung dengan air hingga penuh.

2. Hidupkan pompa air, sehingga didapat laju alir air yang berbeda-beda

(sesuai dengan petunjuk asisten)

3. Alirkan udara dari bawah dengan laju alir yang berbeda-beda (sesuai

dengan petunjuk asisten), tunggu sekitar 2 menit hingga stabil.

4. Catat beda tekanan udara sepanjang kolom basah sebagai fungsi laju

alir udara.

5. Catat perbedaan tekanan sepanjang kolom sebagai fungsi laju alir

udara untuk berbagai laju alir yang berbeda hingga 7 menit/liter.

6. perhatikan perubahan penampakan kolom pada setiap pergantian laju

alir.

HASIL PENGAMATAN

Q air (liter/menit) Q udara (liter/menit) P (mm)

2 20

40

60

80

100

4 20

40

60

80

100

6 20

40

60

80

100

LAPORAN TETAP

PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA II

OLEH : KELOMPOK I

SRIWAHDINI RAHMI 03023130020

MEGA GEMALA 03023130021

DWIMAYA AZWIR 03023130027

RUSMAYA NOVA 03023130029

EDRI 03023130037

DOSEN PENGASUH : Ir.H.A.R.FACHRY,M.Eng

LABORATORIUM OPERASI TEKNIK KIMIA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SRIWIJAYA