Wusana Agung Wibowo

Universitas Sebelas Maret (UNS)

Prof. Dr. Herri Susanto

Institut Teknologi Bandung (ITB)

Bandung, 20 Oktober 2009

Latar BelakangLatar Belakang

• Jenis minyak

• Kondisi operasi

absorpsi

• Parameter

Perancangan alat

Permasalahan

• Kondensasi tar

• Kelarutan sebagian

komponen tar

dalam air

GasifikasibiomassaGasifikasibiomassa

2

Integrasi dengan

mesin Diesel-genset

untuk produksi

listrik

Penyerapan berbasis minyak

Titik didih minyak lebih

tinggi atau hampir sama dengan

titik didih komponen tar

Konsep absorbsi-desorbsi dapat

diterapkan

Aplikasi

Syarat gas produser bersih untuk aplikasi integrasi dengan mesin Diesel-genset:Kandungan tar 10 - 50 mg/Nm3, kandungan partikel 10 – 50 mg/Nm3, temperatur gas dibawah 50 oC

Rumusan MasalahRumusan Masalah

Densitas

Viskositas

Tegangan muka Luas kontak

Waktu tinggal

Difusivitas

3

Temperatur

Tekanan

Laju alir gas

Difusivitas

Koef. Transfer

Penelitian ini merupakan suatu bagian pengembangan

teknologi pembersihan gas hasil gasifikasi biomassa dengan

prinsip absorbsi-desorbsi menggunakan pelarut berbasis

minyak.

Tujuan penelitian:

Tujuan PenelitianTujuan Penelitian

Tujuan penelitian:

a. mempelajari peristiwa transfer massa gas-cair pada proses

absorpsi komponen tar dalam minyak

b. menentukan nilai koefisien transfer massa volumetrik fase

cair (KLa)

4

Diagram Alir Proses Pemisahan Tar (Absorpsi-Desorpsi berbasis minyak/ Proses OLGA)Energy Research Centre of the Netherlands (ECN)

Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka

Tar cair dan minyak, ke gasifier

Gas produser bebas tar

Udara dengan kandungan tardan minyak teruapkan,

ke gasifier

Collector Absorber Stripper

5(Boerrigter,et al., 2005)

Pompa Pompa

Pompa

Make-up minyak

Udara

Gas produserdengankandungan tar

Hasil Penelitian Pemisahan Tar dengan Proses OLGAskala laboratorium (ECN)

Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka

Inlet AbsorberKelas Tar Tingkat pemisahan

Kelas-1Fragmen biomassa

100 %

Kelas-2fenol, kresol,piridin, quilonin

97 %

Kelas-3Kelas 3 Total tar

6(Bergman, et.al., 2005)

Outlet Absorber

Kelas-3toluen, xilen,etilbenzen

65 %

Kelas-4Naptalen, indena,bipenil, antrasen

100 %

Kelas-5fluoranten, krisen,piren

100 %

Kelas-6tidak diketahui

99 %

Kelas 3

Kelas 3

Total tar

Total tar

Transfer massa gas-cair

Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka

*.( )ALL A AL

dcK a c c

dt

Jika yang ditinjau hanya transfer massa pada fasa cair, maka perubahan konsentrasi A(mol A / volum) di fasa cair merupakan fungsi waktu:

Faktor a dan koefisien transfer massa tergantung pada geometri alat transfer massa dankecepatan kedua arus (gas dan cair), maka biasanya digabung sebagai suatu hasil

…………..(1)

7

*ln( ) .A AL Lc c K a t C

kecepatan kedua arus (gas dan cair), maka biasanya digabung sebagai suatu hasilperkalian yaitu KLa, dan disebut sebagai koefisien transfer massa volumetris fasa cair(Hardjono, 1989). Hasil integrasi persamaan (1) menghasilkan:

Konsentrasi komponen tar dalam minyak pada interval waktu tertentu (cAL, mol/L) dankonsentrasi kesetimbangan (cA

*, mol/L) diukur melalui eksperimen. Nilai KLa merupakankemiringan garis pada kurva -ln(cA

*- cAL) terhadap waktu (t).

…………..(2)

Model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa cair (KL)

Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka

Beberapa model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa kontinyu/cairberdasarkan kondisi bilangan Re aliran gas adalah sebagai berikut:

1. Re < 10 korelasi Rowe:

2. 10 < Re < 100 model estimasi koefisien transfer massa fasa cair dapat

0,5 0,52,076(Re) ( )cSh Sc …………..(3)

8

2. 10 < Re < 100 model estimasi koefisien transfer massa fasa cair dapatmenggunakan korelasi GFT:

3. atau korelasi Higbie:

4. Re > 200 mengunakan korelasi Garner-Tayeban:

0,5 0,42126 1,8(Re) ( )cSh Sc

1/ 2

4 AB TL

b

D Uk

d

0,750 0,0085(Re)( )cSh Sc

Sherwood (Shc) :

Reynold (Re):

Schmit (Sc):

.L bc

AB

k dSh

D

. .Re b Gd U

. AB

ScD

………(4)

…………..(5)

…………..(6)

Koefisien difusi zat terlarut A mendifusi ke dalam pelarut B (DAB)

Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka

Fey dan Bart (2001), dalam penelitiannya menggunakan korelasi yang diajukanoleh Scheibel:

2/3

8

1/3

38,2 10 1

.B

AB

A A

V TD x

V V

Volum molar zat terlarut A (VA) dan pelarut B (VB) ditentukan berdasarkan hukum Kopp

…………..(7)

9

Diameter gelembung (db)

0,552 0,048 0,442 0,1240, 289b Gd U

Pohorecki, et.al. (2005), mengajukan korelasi untuk menghitung diametar gelembung(db) sebagai fungsi sifat fisik cairan (densitas (r), viskositas (m), tegangan muka (s)) dankecepatan superfisial gas (UG):

…………..(8)

Kecepatan superfisial gelembung (UG)

Tinjauan PustakaTinjauan Pustaka

UG dianggap sama dengan kecepatan linier gas:

Kecepatan terminal gelembung (UT)

Sinha dan Lahiri (1987), menggunakan persamaan yang diajukan oleh Clift, et.al. untukmenghitung kecepatan terminal gelembung (UT). Untuk diameter gelembung di atas0,0013 m, kecepatan terminal gelembung dapat diestimasi menggunakan persamaanberikut:

/G gU h t …………..(9)

10

berikut:

1/ 2(2,14 0,505 . ).

T b

b

U g dd

Luas antar-muka gas-cair per unit volum (a)

2

24

k G b

Qa

D U d

…………..(10)

…………..(11)

Penyiapan bahan

Model gasproduser

Minyak AMinyak B

Percobaan penyerapan

Variasi laju alir gas umpanVariasi temperatur minyak

Percobaan Kejenuhan

Variasi temperatur minyak

Analisis gravimetrik

Jumlah massa model tarterserap dalam minyak

Analisis gravimetrik

Jumlah massa model tarterserap dalam minyak

Datagelembung

MMetodologi Penelitianetodologi Penelitian

Jenis minyak: Minyak A dan

Minyak B (perbedaan berat

molekul dan viskositas)

Model gas produser: toluen

atau fenol dalam aliran udara

Variasi laju alir gas umpan:

0,063 ; 0,043 & 0,032 L/menit

Variasi temperatur minyak: 28

oC, 59 oC dan 92 oC

11

terserap dalam minyak terserap dalam minyak

Model estimasinilai KLa

Nilai KLa

Studi pemilihan tipekontaktor gas-cair

Dasar perancangan unitabsorpsi

Nilai KLa dan modelestimasi yang sesuai

oC, 59 oC dan 92 oC

Percobaan laboratorium

kolom gelembung

Jumlah komponen model tar

terserap di dalam minyak

metode gravimetrik

Data tambahan: Jumlah

gelembung per satuan waktu

& waktu tinggal gelembung

Rangkaian alat percobaan

1 23

PipaVenturi

Blower

Regulator

Thermocontroller

01

Termo-meter

Tabung03

Tabung04

Tabung05

Tabung01

Tabung02

Dry-B Wet-B

Thermocontroller

02

Thermocontroller

03

Kran 02

Kran03

Kran 01

MMetodologi Penelitianetodologi Penelitian

124

Keterangan:

Unit pengeringan udara

Unit pencampuran udara-tar

Unit penyerapan tar

Unit analisis

1

2

3

4

Mano-meter

01Bath pendingin

01

Batu es+air+garam

Bath pemanas01

Bath pemanas02

Mano-meter

03

Tabung09

Tabung10

Tabung11

Tabung06

Tabung07

Tabung08

Batu es+air+garam Batu es+air+garamMano-meter

02

Pemanassabuk

Bath pendingin02

Bath pendingin03

Sifat fisika minyak uji

Hasil PenelitianHasil Penelitian

Sifat Minyak A Minyak B Air

Berat molekul, g/mol(pustaka)

di atas800

di bawah500

18

Titik didih (pada 1 atm),oC (pustaka)

di atas200

340 –500

100

Viskositas, cP(pengukuran pada 30 oC)

63 12811 0,8

13

(pengukuran pada 30 oC)63 12811 0,8

Densitas, g/mL(pengukuran pada 30 oC)

0,91 0,89 1,00

Tekanan uap, mmHg pada30 oC (pustaka)

di bawah0,05

0,01 31,82

Berat molekul minyak A lebih besar dari minyak B

Viskositas minyak A jauh lebih kecil daripada minyak B

Hasil PenelitianHasil PenelitianData hasil percobaan (cAL, mol/L)

T(oC)

Q(L/min)

Toluen– Oil A

Fenol –Oil A

Toluen– Oil B

Fenol –Oil B

28

0,063 0,0055 - - -

0,063 0,0052 0,0037 - -

0,043 0,0062 0,0048 0,0052 0,0034

0,043 0,0061 0,0037 0,0056 0,0031

0,032 - 0,0102 0,0063 0,0022

0,032 - - 0,0061 0,0021

cA* 0,0606 0,0342 0,0563 0,0101

0,063 - 0,0020 - -

0,063 0,0078 0,0016 - -

0,043 0,0071 0,0030 0,0067 0,0013

Sistem Toluen – Minyak A

14

59

0,043 0,0071 0,0030 0,0067 0,0013

0,043 0,0109 - 0,0090 0,0011

0,032 0,0075 0,0021 0,0046 0,0009

0,032 - - 0,0082 0,0011

cA* 0,0419 0,0222 0,0374 0,0068

92

0,063 - - - -

0,063 0,0021 - - -

0,043 0,0064 - 0,0025 -

0,043 0,0013 - 0,0031 -

0,032 0,0061 - 0,0016 -

0,032 - - 0,0054 -

cA* 0,0177 - 0,0165 -

Grafik hubungan -ln(cA*- cAL) terhadap waktu (t)

pada suhu minyak 59 oC. (KLa = slope – pers.2)

Sistem Toluen – Minyak B

Konsentrasi komponen tar dalam minyak padasaat awal (t = 0) dianggap nol (cAL,0 = nol).

Hasil PenelitianHasil PenelitianPengaruh laju alir gas dan suhu minyak terhadap nilai KLa

Sistem Toluen – Minyak A Sistem Toluen – Minyak B

15

Sistem Toluen – Minyak A

Sistem Fenol – Minyak A

Sistem toluen/fenol – Minyak A (19 < Re < 60) model estimasi Higbie dan GFT

Sistem toluene/fenol – Minyak B (Re < 10) model estimasi Rowe

Sistem Toluen – Minyak B

Sistem Fenol – Minyak B

Dari hasil penelitian yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Rentang nilai KLa yang diperoleh dari percobaan ini adalah:

Sistem toluen – Minyak-A: 1,541x10-3 – 13,01x10-3

Sistem fenol – Minyak-A : 1,410x10-3 – 5,903x10-3

Sistem toluen – Minyak-B : 1,681x10-3 – 4,153x10-3

Sistem fenol – Minyak-B : 2,654x10-3 – 6,475x10-3

KesimpulanKesimpulan

Kesimpulan

Sistem fenol – Minyak-B : 2,654x10-3 – 6,475x10-3

2. Dengan menggunakan beberapa pendekatan, diperoleh bahwa:

Model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa cair Higbie relatif lebih sesuaiuntuk sistem penyerapan toluen/fenol-Minyak-A daripada model GFT, walaupunmasih mempunyai error yang cukup besar.

Model estimasi Rowe tidak sesuai untuk memprediksikan nilai koefisien transfermassa fasa cair sistem toluen/fenol-Minyak-B, error yang diperoleh besar.

16

1. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang lebih akurat lagi, dapat digunakan peralatan

Gas Chromatography (GC).

2. Penelitian dapat dilanjutkan dengan memperluas permukaan kontak gas-cair dengan

cara menggunakan bahan isian dalam kolom penyerapan atau menggunakan sparger.

3. Penelitian eksploratif sebaiknya dilakukan pada berbagai jenis minyak dengan beratmolekul besar dan viskositas rendah.

4. Untuk studi termodinamika eksploratif sebaiknya dilakukan analisa komposisi jenis

SaranSaran

Saran

4. Untuk studi termodinamika eksploratif sebaiknya dilakukan analisa komposisi jenisminyak yang digunakan.

17

18B i o m a s s f o r F u t u r e