PENGARUH PENAMBAHAN ASAM BORAT (H3BO3) TERHADAP SOLUBILITAS CO2 DALAM LARUTAN K2CO3

NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM BORAT (H3BO3) TERHADAP SOLUBILITAS CO2 DALAM LARUTAN K2CO3

Maeka Dita Puspa S. 2306 100 030, Pritta Aprilia M. 2306 100 043

Dr.Ir.Kuswandi,DEA , Ir.Winarsih

LaboratoriumThermodinamika Teknik Kimia FTI-ITS

Absorpsi kimia adalah proses yang sudah umum digunakan dalam industri-industri untuk mereduksi kadar CO2. Salah satu proses absorpsi kimia yang luas digunakan di industri adalah proses Benfield dengan menggunakan larutan K2CO3. Penelitian ini bertujuanuntuk mengetahui pengaruh penambahan Asam Borat (H3BO3) terhadap solubilitas CO2 dalam larutan K2CO3. Penelitian dilakukan dengan menggunakan kolom absorpsi tipe Wetted Wall Column, sampel fase cairdianalisa dengan cara titrasi dan sampel fase gas dianalisa dengan gas analyzer. Data kesetimbangan yang diperoleh dikorelasikan menggunakan model E-NRTL. Dari hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa penambahan Asam Borat (H3BO3) pada range konsentrasi 0-5% dalam larutan K2CO3 30% untuk suhu 30⁰C dengan kadar CO2 dalam gas umpan 20% akan menaikkan jumlah CO2 bereaksi,jumlah CO2 terlarut dan CO2 loading serta menaikkan tekanan parsial CO2 di fase gas. Sedangkan hasil korelasi dengan model E-NRTL menunjukkan harga RMSD (Root Mean Squared Deviation) dalam range0,24-0,75% .

PENDAHULUAN


Absorpsi merupakan salah satu proses yang sering ditemukan dalam industri, terutama absorpsi yang disertai dengan reaksi kimia. Tujuan dari absorpsi di industri adalah untuk menghilangkan suatukomponen dari campuran gas atau untuk menghasilkan suatu produk reaksi. Salah satu gas yang biasa dipisahkan dengan proses absorpsi adalah karbon dioksida (CO2). Pada

dunia industri, umumnya metode yang digunakan untuk menangkap atau mereduksi jumlah karbon dioksida adalah proses Chemical Absorption. Dan pelarut yang digunakan dalam absorpsi kebanyakan adalah Monoethanolamine (MEA), methylethanolamine (DEA), methyldiethanolamine (MDEA), Piperazine, dan kalium karbonat (K2CO3 ). Piperazine sering digunakan untuk tujuan ini, tetapi karena ada beberapa masalah kesehatan lingkungan dengan penggunannya maka dalam penelitian ini dilakukan proses absorpsi karbon dioksida (CO2 ) dalam larutan kalium karbonat (K 2CO3) dan asam borat (H3BO3) sebagai promotor alternatif dengan metode wetted wall column.


1


METODOLOGI

Peralatan utama yang digunakan adalah sebuah kolom absorpsi tipe wetted wall column (WWC).

Gambar 2. Skema Rangkaian Peralatan Penelitian

Keterangan :

V1 : Tangki larutan K2CO3-KBO2

PI : Pipa U

V2 : Mixing Tank

TI : Temperature Indikator


V3 : Tangki air

R1 : Rotameter larutan

V4 : Tangki feeding K2CO3-MDEA

R2 : Rotameter gas

E1 : Kolom absorbsi WWC

PG : Pressure Gauge

P1 : Pompa sirkulasi larutan K2CO3-KBO2

P2 : Pompa sirkulasi air

Pada penelitian ini digunakan rangkaian peralatan sesuai dengan

Gambar 2 dengan peralatan utama absorber tipe wetted wall column.

Secara rinci wetted wall column dapat terlihat pada Gambar 1. Wetted

wall column terdiri atas dua buah silinder koaksial dan di dalamnya

terdapat sebuah tube yang terbuat dari stainless steel. Tube tersebut

merupakan tempat dialirkannya larutan K2CO3-KBO2. Larutan K2CO3-

KBO2 dialirkan ke dalam tube dengan aliran dari bawah ke atas.

Kemudian, larutan tersebut akan keluar dari atas tube dan

membentuk film tipis pada tube tersebut. Sedangkan, campuran gas

CO2-N2 dialirkan pada sisi luar dari tube tersebut dengan aliran

dari bawah ke atas dan berkontak dengan film larutan K2CO3-KBO2.

Kemudian, pada bagian annulus disirkulasikan air sebagai

pengontrol suhu sistem. Selain menggunakan wetted wall column, pada

penelitian ini juga digunakan alat gas analyzer untuk menganalisa

%CO2 yang keluar kolom.


Hasil dan pembahasan

Gambar 3 Hubungan Antara %CO2 dalam Gas

Outlet terhadap Waktu (menit)

Gambar 4 Hubungan Jumlah CO2 yang Bereaksi

(mol/L) terhadap Kadar H3BO3 (%

Massa) pada Kadar 20% CO2 dalam

Gas Umpan


Gambar 3 dapat dilihat hubungan antara keluaran %CO2 gas outlet

terhadap waktu (menit). Dari kecenderungan profil yang terlihat

pada gambar menunjukkan bahwa dengan meningkatnya %H3BO3 dengan

range 0-5%, maka jumlah mol CO2 yang terabsorp dari umpan akan

semakin besar. Hal ini disebabkan karena penambahan H3BO3

meningkatkan kemampuan larutan potassium carbonate untuk mengabsorp

dengan gas umpan. Gambar 4 dapat dilihat hubungan antara % H3BO3

dengan jumlah mol CO2 bereaksi . Dari kecenderungan profil yang

terlihat pada umpan gas CO2 menunjukkan bahwa dengan meningkatnya

%H3BO3 dengan range 0-5%, maka jumlah mol CO2 yang bereaksi dari

umpan akan semakin besar. Hal ini disebabkan karena penambahan

H3BO3 meningkatkan kemampuan larutan potassium carbonate untuk

bereaksi dengan gas umpan yang dikontakkan secara countercurrent

dalam WWC. Pengaruh penambahan H3BO3 adalah meningkatnya jumlah

mol CO2 yang bereaksi pada % umpan gas. Dalam suatu proses

absorpsi dengan reaksi kimia, H3BO3 (Boric acid) berfungsi sebagai

katalis yang mempercepat reaksi larutan potassium karbonat dengan

CO2 dari gas umpan, sehingga kenaikan % H3BO3 dalam larutan

potassium karbonat akan diikuti dengan peningkatan jumlah CO2

bereaksi serta penurunan kadar ion CO32- dan kenaikan kadar ion

HCO3- dalam larutan. Selain bereaksi, CO2 yang terabsorp juga ada

yang terlarut dalam larutan K2CO3-KBO2. Dan CO2 yang terlarut ini

yang berkesetimbangan dengan CO2 yang tidak terabsorp (CO2

bebas).


Gambar 5 Hubungan Jumlah CO2 yang Terlarut

(mol/L) terhadap Kadar H3BO3(%

Massa) pada Kadar 20% CO2 dalam Gas

Umpan

Gambar 6 Hubungan CO2 Loading (mol CO2

total / [mol K+ + mol KBO2]) terhadap

Kadar H3BO3 (% Massa)


Gambar 7 Hubungan prosentase kenaikan CO2

Loading (%) terhadap Kadar H3BO3 (%

Massa)

Gambar 7 dapat dilihat bahwa untuk 0% H3BO3 besarnya prosentasi

kenaikan CO2 loading sebesar 0%, hal ini terjadi karena pada 0%

H3BO3 tidak ada H3BO3 yang ditambahkan atau hanya menggunakan

pelarut larutan K2CO3 murni tanpa promotor H3BO3. Sehingga, harga

CO2 loading tidak mengalami kenaikan. Tetapi dengan adanya

penambahan H3BO3 dengan range 1 – 5%m maka CO2 loading mengalami

peningkatan yaitu 33,515% (untuk 1% H3BO3); 38,983% (untuk 2%

H3BO3); 44,031% (untuk 3% H3BO3); 50,523% (untuk 4% H3BO3); dan

70,038% (untuk 5% H3BO3).


Gambar 8 Hubungan Tekanan Parsial CO2 ( ) 2 COP

terhadap CO2 loading Untuk Metode

Fitting pada Tiap Variasi Kadar H3BO3

Dari Gambar 8 dapat terlihat untuk hasil eksperimen maupun hasil

korelasi menunjukkan profil

yang sama yaitu pada % H3BO3 yang sama, maka kenaikan CO2 loading

akan diikuti dengan kenaikan


tekanan parsial CO2. Sedangkan dengan adanya kenaikan % H3BO3

maka kenaikan CO2 loading akan

Gambar 7 Hubungan prosentase kenaikan CO2

Loading (%) terhadap Kadar H3BO3 (%

Massa)

Gambar 8 Hubungan Tekanan Parsial CO2 (

CO2 P )

terhadap CO2 loading Untuk Metode

Fitting pada Tiap Variasi Kadar H3BO3

6

diikuti dengan kenaikan tekanan parsial CO2. Sedangkan untuk

perbandingan antara CO2 P hasil

eksperimen dan hasil korelasi untuk fitting sepuluh set parameter

diperoleh nilai RMSD dengan range

0,24% - 0,75%. Hal ini menunjukkan tingkat kesesuaian antara data

eksperimen dengan data korelasi

menggunakan metode E-NRTL pada kondisi tersebut masih baik.

KESIMPULAN

Dari hasil eksperimen dan pembahasan, dapat disimpulkan bahwa :

1. Pengaruh penambahan H3BO3 dengan komposisi 0-5% massa H3BO3

dalam larutan kalium

karbonat (K2CO3) dapat meningkatkan besarnya CO2 loading.

2. Pengaruh penambahan promotor H3BO3 dengan komposisi 0%-5%

massa H3BO3 dalam larutan


kalium karbonat (K2CO3) dapat menaikkan tekanan parsial gas CO2.

3. Dengan cara fitting Root Mean Squared Deviation (RMSD) antara CO2 y

yang didapatkan dari

eksperimen dengan CO2 y hasil perhitungan korelasi pada tiap

variasi kadar H3BO3 diperolah hasil

dengan Root Mean Squared Deviation (RMSD) 0,24 – 0,55 %

DAFTAR PUSTAKA

Ahmadi, M., Gomes, V.G., dan Ngian, K; Advanced modelling in

performance optimization for reactive

separation ini industrial CO2 removal. School of Chemical and Biomolecular

Engineering,

University of Sydney, Australia. (2008)

Austgen, D.M., Peng, X., dan Chen, C.C; Model of Vapor-Liquid Equilibria

for Aqueous Acid Gas-

Alkanolamine Systems Using the Electrolyte-NRTL Equation. Department of

Chemical

Engineering. The University of Texas at Austin. (1989)

Chen, C.C., Boston, J.F., dan Evans, L.B; Local Composition Model for

Excess Gibbs Energy of

Electrolyte Systems Part I: Single Solvent, Single Completely Dissociated Electrolyte

Systems.

AIChE. J., 28, 588-596 (1982).

Cullinane, J.T.; Thermodynamics and Kinetics of Aqueous Piperazine with

Potassium Carbonate for


Carbon Dioxide Absorption. Department of Chemical Engineering. The

University of Texas at

Austin (2005)

Cullinane, J.T. dan Rochelle, G.T; Carbon dioxide absorption with

aqueous potassium carbonate

promoted by piperazine. Department of Chemical Engineering. The

University of Texas at Austin.

(2004)

Dang, H. dan Rochelle, G.T; CO2 Absorption Rate and Solubility in

Monoethanolamine/Piperazine/Water. Department of Chemical Engineering.

The University of

Texas at Austin. (2001).

Ghosh, K., Kentish, E., dan Stevens, W; Absorption of carbon dioxide into

aqueous potassium carbonate

promoted by boric acid. Department of Chemical and Biomolecular

Engineering. The University

of Melbourne, Australia. (2009)

Hilliard,M.D; A Predictive Model for Aqueous Potassium

Carbonate/Piperazine/Ethanolamine for

Carbon Dioxide Removal from Flue Gas. Department of Chemical

Engineering. The University of

Texas at Austin. (2005).

Kuswandi,. Anam, Khoirul., dan Laksana,Y.P. Solubilitas Gas CO2 Dalam

Larutan Potassium Karbonat.


Jurusan Teknik Kimia.ITS.(2008)

Posey, M.L; Thermodynamics Model for Acid gas Loaded Aqueous Alkanolamine

Solution. Ph.D.

Dissertation. The University of Texas at Austin. (1996).

Posey, M.L dan Rochelle, G.T; A Thermodynamic Model of

Methyldiathanolamine-CO2-H2S-Water

System. Department of Chemical Engineering. The University of

Texas at Austin. (1997)

PENGARUH PENAMBAHAN ASAM BORAT (H3BO3) TERHADAP SOLUBILITAS CO2 DALAM LARUTAN K2CO3

Documents

Transcript of PENGARUH PENAMBAHAN ASAM BORAT (H3BO3) TERHADAP SOLUBILITAS CO2 DALAM LARUTAN K2CO3