Dasar Teori Tambahan

Absorpsi

Absorpsi adalah suatu proses pemisahan suatu komponen fluida dari campurannya dengan

menggunakan solven atau fluida lain. Pengertian absorbsi berdasarkan ilmu kimia adalah

suatu fenomena fisika/kimia atau proses atom, molekul, dan ion memasuki suatu fase besar

gas, cair, atau padat. Fungsi dari absorbsi yaitu untukmeningkatkan nilai guna dari suatu zat

dengan cara merubah fasenya. Contohnya formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid

yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi.

Absorpsi dapat dilakukan pada fluida yang relatif berkonsentrasi rendah maupun

yang bersifat konsentrat. Prinsip operasi ini adalah memanfaatkan besarnya difusivitas

molekul-molekul gas pada larutan tertentu. Dengan demikian bahan yang memiliki koefisien

partisi hukum Henry rendah sangat disukai dalam operasi ini.

Tujuan dari operasi ini umumnya adalah untuk memisahkan gas tertentu dari

campurannya. Biasanya campuran gas tersebut terdiri dari gas inert dan gas yang terlarut

dalam cairan. Cairan yang digunakan juga umumnya tidak mudah menguap dan larut dalam

gas. Sebagai contoh yang umum dipakai adalah absorpsi amonia dari campuran udara-amonia

oleh air. Setelah absorpsi terjadi, campuran gas akan di-recovery dengan cara distilasi.

Peristiwa absorpsi adalah salah satu peristiwa perpindahan massa yang besar

peranannya dalam proses industri. Operasi ini dikendalikan oleh laju difusi dan kontak antara

dua fasa. Operasi ini dapat terjadi secara fisika maupun kimia. Contoh dari absorpsi fisika

antara lain sistem amonia-udara-air dan aseton-udara-air. Sedangkan contoh dari absorpsi

kimia adalah NOx-udara-air, dimana NOx akan bereaksi dengan air membentuk HNO3.

Peralatan yang digunakan dalam operasi absorpsi mirip dengan yang digunakan dalam

operasi distilasi. Namun demikian terdapat beberapa perbedaan menonjol pada kedua operasi

tersebut, yaitu sebagai berikut:

Umpan pada absorpsi masuk dari bagian bawah kolom, sedangkan pada distilasi

umpan masuk dari bagian tengah kolom.

Pada absorpsi cairan solven masuk dari bagian atas kolom di bawah titik didih,

sedangkan pada distilasi cairan solven masuk bersama-sama dari bagian tengah

kolom.

Pada absorpsi difusi dari gas ke cairan bersifat irreversible, sedangkan pada distilasi

difusi yang terjadi adalah equimolar counter diffusion.

Rasio laju alir cair terhadap gas pada absorpsi lebih besar dibandingkan pada distilasi.

Jenis Menara Absorpsi

a. Sieve Tray

Bentuknya mirip dengan peralatan distilasi. Pada Sieve Tray, uap menggelembung ke

atas melewati lubang-lubang sederhana berdiameter 3-12 mm melalui cairan yang mengalir.

Luas penguapan atau lubang-lubang ini biasanya sekitar 5-15% luas tray. Dengan mengatur

energi kinetik dari gas dan uap yang mengalir, maka dapat diupayakan agar cairan tidak

mengalir melaui lubang-lubang tersebut. Kedalaman cairan pada tray dapat dipertahankan

dengan limpasan (overflow) pada tanggul (outlet weir).

b. Valve Tray

Valve Tray adalah modifikasi dari Sieve Tray dengan penambahan katup-katup untuk

mencegah kebocoran atau mengalirnya cairan ke bawah pada saat tekanan uap rendah.

Dengan demikian alat ini menjadi sedikit lebih mahal daripada Sieve Tray, yaitu sekitar 20%.

Namun demikian alat ini memiliki kelebihan yaitu rentang operasi laju alir yang lebih lebar

ketimbang Sieve Tray.

c. Spray Tower

Jenis ini tidak banyak digunakan karena efisiensinya yang rendah.

d. Bubble Cap Tray

Jenis ini telah digunakan sejak lebih dari seratus tahun lalu, namun penggunaannya

mulai digantikan oleh jenis Valve Tray sejak tahun 1950. Alasan utama berkurangnya

penggunaan Bubble Cap Tray adalah alasan ekonomis, dimana desain alatnya yang lebih

rumit sehingga biayanya menjadi lebih mahal. Jenis ini digunakan jika diameter kolomnya

sangat besar.

e. Packed Bed

Jenis ini adalah yang paling banyak diterapkan pada menara absorpsi. Packed Column

lebih banyak digunakan mengingat luas kontaknya dengan gas. Packed Bed berfungsi mirip

dengan media filter, dimana gas dan cairan akan tertahan dan berkontak lebih lama dalam

kolom sehingga operasi absorpsi akan lebih optimal.

Beragam jenis packing telah dikembangkan untuk memperluas daerah dan efisiensi

kontak gas-cairan. Ukuran packing yang umum digunakan adalah 3-75 mm. Bahan yang

digunakan dipiluh berdasarkan sifat inert terhadap komponen gas maupun cairan solven dan

pertimbangan ekonomis, antara lain tanah liat, porselin, grafit dan plastik. Packing yang baik

biasanya memenuhi 60-90% dari volume kolom.

Kolom Absorpsi

Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi

(penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Struktur

yang terdapat pada kolom absorber dibagi menjadi tiga bagian yaitu:

Gambar Kolom Absorpsi

Struktur dalam absorber

Bagian atas: Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair

Bagian tengah: Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah

untuk diabsorbsi

Bagian bawah: Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor.

Gambar kolom absorber

Keterangan :

a) input gas

b) gas keluaran

c) pelarut

d) hasil absorbsi

e) disperser

f) packed column

Prinsip Kerja Kolom Absorpsi

Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase mengalir

berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase cairan ke

fase lainnya, terjadi hampir pada setiap reaktor kimia. Proses ini dapat berupa absorpsi gas,

destilasi, pelarutan yang terjadi pada semua reaksi kimia.

Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan kebawah menara

absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair

mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam

pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi

pada sebuah kolom yang berisi packing dengan dua tingkat. Keluaran dari absorber pada

tingkat I mengandung larutan dari gas yang dimasukkan tadi.

Gambar prinsip kerja kolom absorbsi

Keterangan:

a) gas keluaran

b) gas input

c) pelarut

d) gas output

Gambar Proses Kolom Absorpsi

Proses Pengolahan Kembali Pelarut Dalam Proses Kolom Absorber

Konfigurasi reaktor akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami dari pelarut

yang digunakan

Aspek Thermodynamic (suhu dekomposisi dari pelarut), Volalitas pelarut, dan aspek

kimia/fisika seperti korosivitas, viskositas, toxisitas, juga termasuk biaya, semuanya akan

diperhitungkan ketika memilih pelarut untuk spesifik sesuai dengan proses yang akan

dilakukan.

Ketika volalitas pelarut sangat rendah ,contohnya pelarut tidak muncul pada aliran

gas, proses untuk meregenerasinya cukup sederhana yakni dengan memanaskannya.

Berikut akan dijelaskan beberapa contoh dari proses diatas:

Contoh pertama:

Cairan absorber yang akan didaur ulang masuk kedalam kolom pengolahan dari

bagian atasnya dan akan dicampur /dikontakan dengan stripping vapor. Gas ini bisa uap atau

gas mulia, denagn kondisi termodinamika yang telah disesuaikan dengan pelarut yang

terpolusi. Absorber yang bersih lalu digunakan kembali di absorpsi kolom.

Contoh kedua:

Absorber yang akan didaur ulang masuk ke kolom pemanasan stripping column. The

stripping vapor dibuat dari cairan pelarut itu sendiri. Bagian yang telah didaur ulang lalu

digunakan lagi untuk menjadi absorber.

Contoh ketiga :

Sebuah kolom destilasi juga dapat digunakan untuk mendaur ulang. Absorber yang

terpolusi dilewatkan kedalam destilasi kolom. Dibawahnya, pelarut dikumpulkan dan dikirim

kembali ke absorber.

Aplikasi kolom absorpsi:

Teknologi Refrigerasi

Refrigerasi absorpsi merupakan siklus yang digerakkan oleh energi termal. Berbeda

dengan sistem refrigerasi konvensional, energi mekanik yang diperlukan oleh refrigerasi

absorpsi sangat kecil. Diagram refrigerasi absorpsi efek tunggal dapat dilihat pada Gambar

Gambar 1 Diagram siklus refrigerasi absorpsi efek tunggal

Teknologi proses pembuatan formalin

Proses pembuatan asam nitrat

Pemilihan Solven

Pemilihan solven umumnya dilakukan sesuai dengan tujuan absorpsi, antara lain:

Jika tujuan utama adalah untuk menghasilkan larutan yang spesifik, maka solven

ditentukan berdasarkan sifat dari produk.

Jika tujuan utama adalah untuk menghilangkan kandungan tertentu dari gas, maka ada

banyak pilihan yang mungkin. Misalnya air, dimana merupakan solven yang paling

murah dan sangat kuat untuk senyawa polar.

Terdapat beberapa hal lain yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan solven, yaitu:

Kelarutan Gas

Kelarutan gas harus tinggi sehingga meningkatkan laju absorpsi dan menurunka

kuantitas solven yang diperlukan. Umumnya solven yang memiliki sifat yang sama dengan

bahan terlarut akan lebih mudah dilarutkan. Jika gas larut dengan baik ddalam fraksi mol

yang sama pada beberapa jenis solven, maka dipilih solven yang memiliki berat molekul

paling kecil agar didapatkan fraksi mol gas terlarut yang lebih besar. Jika terjadi reaksi kimia

dalam operasi absorpsi maka umumnya kelarutan akan sangat besar. Namun bila solven akan

di-recovery maka reaksi tersebut harus reversible. Sebagai contoh, etanol amina dapat

digunakan untuk mengabsorpsi hidrogen sulfida dari campuran gas karena sulfida tersebut

sangat mudah diserap pada suhu rendah dan dapat dengan mudah dilucut pada suhu tinggi.

Sebaliknya, soda kostik tidak digunakan dalam kasus ini karena walaupun sangat mudah

menyerap sulfida tapi tidak dapat dilucuti dengan operasi stripping.

Volatilitas

Pelarut harus memiliki tekanan uap yang rendah, karena jika gas yang meninggalkan

kolom absorpsi jenuh terhadap pelarut maka akan ada banyak solven 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 absorpsi 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 diabsorpsi dengan natrium

fenolat lalu pelarutnya di-recovery dengan air.

Korosivitas

Solven yang korosif dapat merusak kolom.

Harga

Penggunaan solven yang mahal dan tidak mudah di-recovery akan meningkatkan

biaya operasi kolom.

Ketersediaan

Ketersediaan pelarut di dalam negeri akan sangat mempengaruhi stabilitas harga

pelarut dan biaya operasi secara keseluruhan.

Viskositas

Viskositas pelarut yang rendah amat disukai karena akan terjadi laju absorpsi yang

tinggi, meningkatkan karakter flooding dalam kolom, jatuh-tekan yang kecil dan sifat

perpindahan panas yang baik.

Lain-lain

Sebaiknya pelarut tidak memiliki sifat racun, mudah terbakar, stabil secara kimiawi

dan memiliki titik beku yang rendah.

Aplikasi Absorpsi pada Industri

Saat ini dunia dihadapkan pada permasalahan lingkungan yang cukup besar

yang tingginya kandungan gas pencemar sebagai dampak dari kegiatan industri.  gas

pencemar tersebut antara lain SO2, CO2 dan H2S. Teknologi absorpsi dapat digunakan untuk

mengurangi bahaya lingkungan yang ditimbulkan. Contohnya adalah absorpsi pengotor CO2

dari gas alam dengan menggunakan absorben metil dietanol amina (MDEA) yang telah

ditambahkan aktivator (aMDEA).

1. Proses Pembuatan Formalin

Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan

melalui proses absorbsi. Teknologi proses pembuatan formalin. Formaldehid sebagai gas

input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai

suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 550C, dimasukkan ke dalam absorber.

Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar

formaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar dari metanol, air, dan formaldehid

dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal dari sisa

metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan counter current

contact dengan air proses.

2. Proses Pembuatan Asam Nitrat

Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2). Proses pembuatan asam nitrat Tahap

akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap

tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air

menjadi asam nitrat.  Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar.

Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah.

Dua fluks keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk

menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang

tidak lebih dari 200 ppm.

Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses pembuatan urea,produksi ethanol, minuman

berkarbonasi, fire extinguisher, dry ice, supercritical carbon dioxide dan masih banyak lagi

aplikasi absorbsi dalam industri