pertemuan 2.ppt
-
Upload
billak-karodda -
Category
Documents
-
view
228 -
download
0
Transcript of pertemuan 2.ppt
1
AbsorpsiAbsorpsi
Kelompok 1
Anggota :1. Astria Utami2. Muhammad Farhan3. Pusta Aryani4. Wahyu Sisilia Deviana.
2
AbsorpsiAbsorpsi
Dissolusi (pelarutan) ke dalam fasa liquid;Pemanfaatan difusivitas tinggi dari molekul gas; Koefisien partisi Henry's law (tek. uap/kelarutan)
3
PendahuluanPendahuluan Pemisahan atau pemindahan satu atau lebih komponen
dari campuran gas ke dalam cairan yang sesuai Perpindahan massa yang besar peranannya dalam proses
industri (setelah Distilasi) Dikontrol oleh laju difusi dan kontak antara 2 fasa Fisika: acetone-udara via absorpsi air Kimia: NOx-udara via absorpsi air Peralatan: mirip dgn distilasi Perbedaan operasi dgn distilasi:
– Feed = gas yg masuk dr bagian bawah– Solvent = liquid yg masuk dr bagian atas di bawah titik didih– Difusi dari gas ke liquid yang “irreversible” (pada Distilasi
equimolar counter-diffusion)– Rasio laju alir Liquid:Gas > D– Packed Column lebih banyak dipakai Feed
Unabsorbed gas
Solvent
4
Prinsip dasarPrinsip dasar Kontak 2 phasa mencapai kesetimbangannya Sampai P ~ 5 atm, Kelarutan (S) tidak berubah Suhu maka Kelarutan Hukum Henry: the concentration of a solute gas in a solution is directly
proportional to the partial pressure of that gas above the solution
PA = H CA PA = tekanan parsial komponen A pada fasa gas H = konstanta Henry CA = konsentrasi komponen pada fasa liquid
5
Mekanisme AbsorpsiMekanisme Absorpsi
PAG = Tek. Parsial pada fasa bulkPAi = Tek. Parsial pada interfaceCAL = Konsentrasi pada fasa liquidCAi = Konsentrasi pada fasa interface
Bulk gas
Film gas
Film Liquid
Bulk Liquid
PAG
PAi
CAi
CAL
A
B
D
E
Bata
san
film
g
as
Bata
san
film
li
qu
id
Interface
Konsentrasi zat A di dlm
fasa cair
Tekanan parsial gas A
6
Difusi melalui gas stagnantDifusi melalui gas stagnant
1
2
1
2 lnlnB
B
G
V
B
B
G
TV'A P
P
RTz
PD
C
C
z
CDN
Bm
AA
G
V
Bm
BB
G
V'A P
PP
RTz
PD
P
PP
RTz
PDN 2112
Absorpsi gas yang mengandung komponen dapat-larut A dan tak-Absorpsi gas yang mengandung komponen dapat-larut A dan tak-dapat-larut B melalui gas stagnant menurut hukum Stephan:dapat-larut B melalui gas stagnant menurut hukum Stephan:
dz
dC
C
CDN A
B
TV
'A
N’N’AA = total perpindahan massa (mol/luas.waktu) , z = jarak pada arah perpindahan = total perpindahan massa (mol/luas.waktu) , z = jarak pada arah perpindahan massamassa
CCAA,C,CBB,C,CTT = konsentrasi komponen A, B dan total gas, D = konsentrasi komponen A, B dan total gas, DVV = difusivitas fasa gas = difusivitas fasa gas
(untuk gas ideal)(untuk gas ideal)
Jika PJika PBMBM = (P = (PB2B2- P- PB1B1)/ ln (P)/ ln (PB2B2// PPB1B1), maka), maka
kkGG adalah koefisien transfer film gas adalah koefisien transfer film gas
)( 21 AAG'A PPkN
7
Difusi pada fasa liquidDifusi pada fasa liquid
dz
dCDN AL
'A
DDLL = difusivitas fasa liquid= difusivitas fasa liquidz z = jarak pada arah perpindahan massa= jarak pada arah perpindahan massaCCAA, C, CTT = konsentrasi molar komponen A, B dan total gas= konsentrasi molar komponen A, B dan total gas
)( 21 AAL'A CCkN
kkL L adalah koefisien transfer film liquidadalah koefisien transfer film liquid
8
Laju Absorpsi dan koefisien Laju Absorpsi dan koefisien menyeluruhmenyeluruh
)()( ALAiLAiAGG'A CCkPPkN
CAi
A
B
D
E
Interface
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
Tekanan parsial gas A
F
CA
e
CAL
PAi
PAG
PA
e
Pada kondisi tunak:Pada kondisi tunak:
9
Laju Absorpsi dan koefisien Laju Absorpsi dan koefisien menyeluruhmenyeluruh
)()( ALAiLAiAGG'A CCkPPkN
CAi
A
B
D
E
Interface
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
Tekanan parsial gas A
F
CA
e
CAL
PAi
PAG
PA
e
Pada kondisi tunak:Pada kondisi tunak:
kkGG dan k dan kLL sulit diukur, maka digunakan sulit diukur, maka digunakan
)()( ALAeLAeAGG'A CCKPPKN
KKGG dan K dan KL L adalah koefisien transfer menyeluruh gas dan liquidadalah koefisien transfer menyeluruh gas dan liquid
10
Hubungan antara koefisien-Hubungan antara koefisien-koefisienkoefisien
LGG k
Η
kK
11
Dengan asumsi bahwa larutan mengikuti hukum Henry, maka Dengan asumsi bahwa larutan mengikuti hukum Henry, maka
GLL HkkK
111
LG K
Η
K
1
dandan
sehinggasehingga
Validitas persamaan-persamaan di atas bersyarat:Validitas persamaan-persamaan di atas bersyarat: Harga H tidak bergantung pada jenis alatHarga H tidak bergantung pada jenis alat Tak ada resistansi interface yang signifikan Tak ada resistansi interface yang signifikan Tak ada keterkaitan antara koefisien 2 lapisan filmTak ada keterkaitan antara koefisien 2 lapisan film
PR 1 PR 1 : Tunjukkan bagaimana mendapatkan : Tunjukkan bagaimana mendapatkan 3 persamaan di atas dari laju absorpsi.3 persamaan di atas dari laju absorpsi.
11
Laju Absorpsi dalam fraksi molLaju Absorpsi dalam fraksi mol
)()( ''AAeLAAiL
'A xxKxxkN
)()( ''AeAGAiAG
'A yyKyykN
Laju perpindahan massa dapat ditulis: Laju perpindahan massa dapat ditulis:
dandan
'''
11
LGG k
m
kK
Jika m adalah gradien kurva kesetimbangan, maka Jika m adalah gradien kurva kesetimbangan, maka
12
Faktor berpengaruh thdp KFaktor berpengaruh thdp K
Tipe gas:– Sangat mudah larut (ammonia)– Mudah larut (SO2)– Sedikit (hampir tidak) larut (O2)
13
Kolom dinding basahKolom dinding basah
L
G
k
kDB
imA
GG y
kk
)1(
'
imA
LL x
kk
)1(
'
CAi
A
B
D
E
Interface
Tekanan parsial gas A
F
CA
e
CAL
PAi
PAG
PA
e
Mengingat kurva kesetimbangan bukan garis lurus, makaMengingat kurva kesetimbangan bukan garis lurus, maka
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
dan
)]1/()1ln[(
)1()1()1(
AGAi
AGAiimA yy
yyy
)]1/()1ln[(
)1()1()1(
AiAL
AiALimA xx
xxx
dan
)()1(
)()1(
'''
ALAiimA
LAiAG
imA
GA xx
x
kyy
y
kN
)(
)(
)1/(
)1/('
'
AiAL
AiAG
imAG
imAL
xx
yy
yk
xk
dan
14
Pendekatan lainPendekatan lain
BmG
VG PRTz
PDk 83,0Re
1B
kPD
RTPk
GV
BmG
Beberapa penelitian thdp penguapan cairan ke arus Beberapa penelitian thdp penguapan cairan ke arus udara dalam tabung menunjukkan hubungan sbb:udara dalam tabung menunjukkan hubungan sbb:
83,0ReBz
d
G
d = diameter tabungd = diameter tabung zzGG = ketebalan film = ketebalan film
B = konstantaB = konstanta Re = Bilangan ReynoldRe = Bilangan Reynold
Dari slide sebelumnya, diketahui bahwaDari slide sebelumnya, diketahui bahwa
makamaka
makamaka 83,0ReBPD
dPh
V
BmD Dan beberapa pendekatan lainnyaDan beberapa pendekatan lainnya
15
Perhitungan peralatanPerhitungan peralatanAbsorpsiAbsorpsi
Plate Packed Towers
16
Jenis-jenisJenis-jenis Plate (Tray)Plate (Tray)Kontak uap dan liquid efisien Sieve tray
– Paling banyak dipakai,– Bentuk mirip dgn yg dipakai pada distilasi,– lubang sederhana, 3-12 mm, 5-15% luas tray
Valve tray– Modifikasi sieve tray dgn valve untuk mencegah
kebocoran liquid pada saat tekanan uap rendah– Mulai banyak dipakai
Sieve traySieve tray
17
Spray tower and VenturiSpray tower and Venturi
18
Buble cap trayBuble cap tray
19
Packed Packed Beragam jenis packing telah
dikembangkan untuk memperluas daerah dan efisiensi kontak gas-liquid
Ukuran 3 -75mm Bahan:Inert dan murah spt
tanah liat, porselin, grafit, plastik, etc.
Packing baik: 60-90% volume total
20
Desain Menara Absorpsi PiringanDesain Menara Absorpsi Piringan
VVN+1N+1, y, yN+1N+1
LLnn, x, xnn
LLNN, x, xNN
VVn+1n+1, y, yn+1n+1
N -1N -1
NN
n+1n+1
nn
LL00, x, x00VV11, y, y11
11
22
L dan V L dan V = laju alir total = laju alir total
L’ dan V’ L’ dan V’ = laju alir komponen inert = laju alir komponen inert
Untuk memudahkan perhitungan, maka Untuk memudahkan perhitungan, maka neraca massa dihitung berdasarkan neraca massa dihitung berdasarkan laju alir inert, bukan laju alir totallaju alir inert, bukan laju alir total
Jumlah mol komponen absorbent = L.xJumlah mol komponen absorbent = L.xn n ,,
L’ = L – L.xL’ = L – L.xnn
L’ = L (1 – .xL’ = L (1 – .xnn))
21
Desain Menara Absorpsi PiringanDesain Menara Absorpsi Piringan
1
1
1
1
0
0
1'
1'
1'
1'
y
yV
x
xL
y
yV
x
xL
n
n
n
n
1
1
1
1
0
0
1'
1'
1'
1'
y
yV
x
xL
y
yV
x
xL
N
N
N
N
pada kotak putus-putus berlaku sbb:pada kotak putus-putus berlaku sbb:
Dan pada keseluruhan berlaku neraca massa sbb:Dan pada keseluruhan berlaku neraca massa sbb:
111100 yVxLyVxL nnnn
Neraca massaNeraca massa
Kedua pers. terakhir disebutKedua pers. terakhir disebut Persamaan garis operasiPersamaan garis operasi
22
Contoh SoalContoh Soal
SO2 akan diabsorbsi dari udara oleh air murni pada suhu 20 oC. Gas masuk mengandung 20% mol SO2 dan keluar diharapkan tinggal 2% fraksi mol pada tekanan 1 atm. Udara dan air masuk dengan laju inert 5,18 dan 333 kmol/jam.m2. Jika efisiensi tray adalah 25%, maka hitunglah berapa jumlah tray teoritis dan aktual yang diperlukan.
23
Desain Menara Absorpsi PackingDesain Menara Absorpsi Packing
y
yV
x
xL
y
yV
x
xL
1'
1'
1'
1'
1
1
1
1
2
2
1
1
1
1
2
2
1'
1'
1'
1'
y
yV
x
xL
y
yV
x
xL
Persamaan garis operasi keseluruhan: Persamaan garis operasi keseluruhan:
Untuk titik tetentu:Untuk titik tetentu:
Jika komponen A sangat kecil konsentrasinya (dilute):Jika komponen A sangat kecil konsentrasinya (dilute):
Ini adalah gradien garis operasiIni adalah gradien garis operasi
L’/V’ = L’/V’ = y/ y/ x x
Jika garis operasi berada di bawah garis kesetimbangan maka Jika garis operasi berada di bawah garis kesetimbangan maka akan terjadi transfer dari L ke V, atau peristiwanya disebut akan terjadi transfer dari L ke V, atau peristiwanya disebut sebagai sebagai Stripping
yVxLyVxL '''' 11
dZ
L1, x1V1, y1
L2, x2V2, y2
Penampang iris S
24
Desain menara packingDesain menara packingJika
dA = a S dz, dan d(Vy) = d(Lx)
Maka
Dan V’=V(1-yAG)
dan
dZ
L1, x1V1, y1
L2, x2V2, y2
Penampang iris S
A = luas interface, m2
a = luas interface packing, m2/m3
S = luas penampang menara, m2
z = tinggi menara
Sdzxxx
akSdzyy
y
akdAN ALAi
imA
LAiAG
imA
GA )(
)1()(
)1(
'''
Sdzyyy
akVyd AiAG
imA
GAG )(
)1()(
'
Sdzxxx
akLxd ALAi
imA
LAG )(
)1()(
'
AGAGAG
AGAG dy
y
V
y
yVdVyd
2)1(
'
)1(
')(
AG
AG
y
Vdy
1Sdzyy
y
akAiAG
imA
G )()1(
'
AL
AL
x
Ldx
1Sdzxx
x
akALAi
imA
L )()1(
'
25
Desain menara packingDesain menara packingIntegrasi menghasilkan:
1
2'
0 ))(1()1(
y
yi
im
G
z
yyyyaSk
Vdyzdz
1
2'
0 ))(1()1(
x
xi
im
L
z
xxxxaSk
Ldxzdz
1
2'
))(1()1(
y
ye
em
G yyyyaSK
Vdyz
1
2'
))(1()1(
x
xe
em
L xxxxaSK
Ldxz
Untuk dilute gas mixture (x dan y < 0.1), maka selisih-selisih pada V, L, y dan x dpt dianggap konstan.Untuk dilute gas mixture (x dan y < 0.1), maka selisih-selisih pada V, L, y dan x dpt dianggap konstan.
MiG yyazkyyS
V)()( '
21
MiL xxazkxxS
L)()( '
21
MeG yyazkyyS
V)()( '
21
MeL xxazkxxS
L)()( '
21
26
Lokasi garis operasi
(a) Absorpsi komponen A dari V ke L(b) Stripping komponen A dari L ke V
Fraksi mol, x
Bawah kolom
y
y2
gar
is o
pera
si
Atas kolom
Fra
ksi
mol,
y
garis
kesetimbangan
x2
x1 Fraksi mol,
x
Bawah kolom
y
y2
gar
is o
pera
si
Atas kolom
Fra
ksi
mol,
y g
aris
kese
timba
ngan
x2
x1
27
Operating Line
0.02
0.04 0.06
0.08
0.02
0.04
0.06
0.08 0.1
Equilibrium Line - y = 0.75x
0.1
(x1, y1)
(x2, y2)
0.12
slope = L/G
Minimum (L/G)min line
x
y
Pada (L/G)min nilai y2 yang diinginkan hanya dapat dicapai dengan tinggi kolom tak terbatas
Semakin tinggi kolom diperlukan
Minimum L/GMinimum L/G
28
Pertimbangan EkonomiPertimbangan Ekonomi
Nilai optimum L’/V’ bergantung pada neraca ekonomi
L’/V’ besar, maka L besar, sehingga (H kolom tetap, D besar) recovery L mahal/besar
L’/V’ kecil, maka L kecil, sehingga tinggi besar, harga kolom besar