Studi literatur

Penentuan fluk absorbsi dengan model film dan teori difusi Maxwell

Pembuatan program dengan software Matlab versi 6.1

Interpretasi hasil simulasi

Penysunan laporan

Penyelesaian numerik

Pembentukan model matematis proses absorbsi pada packed coloum

Model Absorpsi Gas CO2 Dalam Larutan K2CO3 Dengan Promotor MDEA Pada Packed Column

Rizky Pratama Putri (2309 105 029) dan Yuli Cahyani (2309105039) Pembimbing : Dr. Ir. Susianto, DEA dan Prof. Dr. Ir. Ali Altway

Intisari

Proses absorpsi reaktif CO2 umumnya berlangsung pada tekanan tinggi dan temperatur sedang, menyebabkan terlarutnya beberapa komponen lain disamping CO2. Pada proses tersebut terjadi reaksi kimia dan proses pelarutan. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan model rate-based absorpsi CO2 oleh larutan Potassium Karbonat (K2CO3) dengan promotor MDEA dalam packed column. Model perpindahan massa yang digunakan adalah model rate-based dua film menggunakan teori difusi multikomponen Maxwell-Stephan dan pemrogramannya dilakukan dengan MATLAB 6.1. Pada pemodelan ini dipelajari pengaruh laju alir liquid, tekanan operasi dan suhu liquid masuk terhadap kinerja kolom. Diperoleh hasil pada kolom absorber, kenaikan laju alir pelarut dalam rentang 1900 s/d 5900 m3/jam dan kenaikan tekanan 24 atm hingga 29 atm, menaikkan recovery CO2 secara signifikan. Kenaikan temperaturpelarut dari 100 oC hingga 120 oC juga menaikkan recovery CO2. Recovery tertinggi adalah 89,93% terjadi pada laju alir 5900 m3/jam, tekanan 28 atm dan suhu 120oC. Kata kunci: absorpsi, rate-based model, difusi multi komponen, Maxwell-Stefan , % recovery CO2.

Pendahuluan Bermacam-macam teknologi telah banyak

dikembangkan untuk pemisahan CO2 dari aliran gas asam; absorpsi reaktif (absorpsi disertai reaksi kimia) merupakan metode yang paling banyak digunakan dan paling efektif (Yunita,dkk.,2008). Pada kenyataannya, penerapan teknologi tersebut masih menimbulkan masalah, seperti yang terjadi pada industri pupuk, hasil dari pemisahan CO2 dari gas sintesa menunjukkan masih ada gas-gas lain yang terikut, seperti metana (CH4), hidrogen (H2). Hasil proses penangkapan CO2 tidak sepenuhnya hanya menangkap CO2 saja, sehingga gas CO2 yang dihasilkan tidak murni. Hal ini dikarenakan proses absorpsi berlangsung pada tekanan tinggi sehingga banyak gas-gas lain yang turut larut dalam solvent dan mengakibatkan kemurnian CO2 kurang memenuhi syarat. Metodologi

Hasil dan Pembahasan Hasil simulasi untuk distribusi konsentrasi

fase liquid dan fase gas disajikan secara grafis pada Gambar 2 dan Gambar 3. Gambar 2 menunjukkan distribusi konsentrasi fase liquid (CO3

2-, HCO3-,

MDEA) pada packed coloumn. Posisi axial 0 (masuknya liquid) merupakan bagian kolom yang paling atas dan posisi 30 adalah bagian kolom yang paling bawah. Distribusi konsentrasi komponen HCO3

- CO32-, dalam packed coloumn mengalami

perubahan konsentrasi yang bekebalikan. Untuk HCO3

-, awalnya agak konstan di atas kolom kemudian semakin kebawah kenaikannya semakin tinggi. Hal ini dikarenakan laju absorpsi lebih dipengaruhi oleh tekanan parsial dalam gas dari pada konsentrasi reaktan dalam fase liquid (tahanan sisi gas lebih dominan dari pada tahanan sisi liquid), begitu juga sebaliknya.

Gambar 2 Distribusi konsentrasi fase liquid pada packed coloumn dengan

kondisi P = 29, T = 100 oC, LV = 1900 m3/jam.

Gambar 3 Distribusi konsentrasi fase gas (CO2, N2, H2) pada packed coloumn dengan kondisi P =

29, T = 100 oC, LV = 1900 m3/jam.

Gambar 3 menunjukkan bahwa pada kolom 0

sampai kolom 30, konsentrasi CO2 naik dari 0,03 mol fraksi sampai 0,19 mol. Hal ini disebabkan karena gas CO2 berdiffusi ke bulk liquid dan bereaksi dengan pelarut. H2 mengalami penurunan nilai konsentrasi dari 0,71 mol fraksi hingga 0,65 mol/m3, hal ini disebabkan terlarutnya gas H2 dalam pelarut . Sedangkan konsentrasi N2 cenderung turun (hampir konstan).

Persentase recovery absorpsi CO2 dapat dihubungkan dengan harga yi

out seperti yang dituliskan pada persamaan berikut ini :

INCO

INCO

outCO

Y

YYery

2

22covRe%−

=

Hasil simulasi untuk recovery CO2 disajikan secara grafis pada Gambar 4 dan Gambar 5.

Gambar 4 menunjukkan bahwa temperatur memberikan pengaruh yang siqnifikan terhadap % recovery CO2. Hal ini dikarenakan laju absorpsi lebih dipengaruhi oleh kinetika reaksi. Kenaikan suhu pada interface berpengaruh terhadap laju penyerapan. Suhu yang makin tinggi akan menurunkan kelarutan gas, namun akan menaikkan diffusifitas dan konstanta kecepatan reaksi. Penurunan kelarutan gas berakibat pada penurunan laju penyerapan, sedangkan kenaikan diffusifitas dan konsatnta kecepatan reaksi berakibat pada kenaikan laju penyerapan.

Gambar 4 Pengaruh Temperatur absorben terhadap

% recovery CO2 pada GV= 308000 m3/jam dan LV= 1900 m3/jam.

Pada Gambar 4 terlihat bahwa kenaikan

temperature pelarut, meningkatkan recovery gas CO2 secara siqnifikan. Kenaikan temperature dari 1160C sampai 1200C, recovery CO2 meningkat dari 88,5248% sampai 89,8278% . Hal ini dikarenakan laju absorpsi dipengaruhi oleh kinetika reaksi. Semakin tinggi temperature, maka kinetika rekasinya juga semakin besar sehingga meningkatkan laju absorpsi

Gambar 5. Pengaruh tekanan terhadap %

recovery CO2 pada GV= 308000 m3/jam dan LV= 1900 m3/jam.

Gambar 6 Pengaruh variasi laju alir terhadap %

recovery CO2 pada P= 28 atm dan LV = 1900 m3/jam.

Gambar 6 menunjukkan bahwa kenaikan laju alir absorben memberikan pengaruh yang siqnifikan terhadap kenaikan % recovery CO2. Pada suhu 100 0C, kenaikan laju alir dari 4900 m3/jam sampai 5900 m3/jam meningkatkan persen recovery gas CO2 dari 89,0324% sampai 89,9347%. Hal ini disebabkan karena laju absorpsi dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan dalam liquid dan keturbulensian laju alir. Kenaikan laju alir liquid berpengaruh terhadap laju penyerapan. Kesimpulan

Hasil simulasi menunjukkan kenaikan laju alir dan temperatur larutan, serta kenaikan tekanan dalam rentang kondisi simulasi menaikkan % recovery CO2 secara siqnifikan. Diperoleh hasil pada kolom absorber, kenaikan laju alir pelarut dalam rentang 1900 s/d 5900 m3/jam dan kenaikan tekanan 24 atm hingga 29 atm, menaikkan recovery CO2 secara signifikan. Kenaikan temperatur pelarut dari 100 oC hingga 120 oC juga menaikkan recovery CO2. Recovery tertinggi adalah 89,93% terjadi pada laju alir 5900 m3/jam, tekanan 28 atm dan suhu 120oC. Daftar Pustaka Altway, Ali. 2008. Perpindahan Massa disertai

Reaksi Kimia. Jakarta: Beemarketer Institute. Astarita, Geovanni. 1967. Mass Transfer with

Chemical Reaction. Amsterdam: Elsevier Publishing Company.