pertemuan 2.ppt

28
1 Absorpsi Absorpsi Kelompok 1 Anggota : 1. Astria Utami 2. Muhammad Farhan 3. Pusta Aryani 4. Wahyu Sisilia Deviana.

Transcript of pertemuan 2.ppt

Page 1: pertemuan 2.ppt

1

AbsorpsiAbsorpsi

Kelompok 1

Anggota :1. Astria Utami2. Muhammad Farhan3. Pusta Aryani4. Wahyu Sisilia Deviana.

Page 2: pertemuan 2.ppt

2

AbsorpsiAbsorpsi

Dissolusi (pelarutan) ke dalam fasa liquid;Pemanfaatan difusivitas tinggi dari molekul gas; Koefisien partisi Henry's law (tek. uap/kelarutan)

Page 3: pertemuan 2.ppt

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

Page 4: pertemuan 2.ppt

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

Page 5: pertemuan 2.ppt

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

Page 6: pertemuan 2.ppt

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

Page 7: pertemuan 2.ppt

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

Page 8: pertemuan 2.ppt

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:

Page 9: pertemuan 2.ppt

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

Page 10: pertemuan 2.ppt

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.

Page 11: pertemuan 2.ppt

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

Page 12: pertemuan 2.ppt

12

Faktor berpengaruh thdp KFaktor berpengaruh thdp K

Tipe gas:– Sangat mudah larut (ammonia)– Mudah larut (SO2)– Sedikit (hampir tidak) larut (O2)

Page 13: pertemuan 2.ppt

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

Page 14: pertemuan 2.ppt

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

Page 15: pertemuan 2.ppt

15

Perhitungan peralatanPerhitungan peralatanAbsorpsiAbsorpsi

Plate Packed Towers

Page 16: pertemuan 2.ppt

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

Page 17: pertemuan 2.ppt

17

Spray tower and VenturiSpray tower and Venturi

Page 18: pertemuan 2.ppt

18

Buble cap trayBuble cap tray

Page 19: pertemuan 2.ppt

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

Page 20: pertemuan 2.ppt

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))

Page 21: pertemuan 2.ppt

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

Page 22: pertemuan 2.ppt

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.

Page 23: pertemuan 2.ppt

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

Page 24: pertemuan 2.ppt

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(

'

Page 25: pertemuan 2.ppt

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

Page 26: pertemuan 2.ppt

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

Page 27: pertemuan 2.ppt

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

Page 28: pertemuan 2.ppt

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