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
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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.
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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.
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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).
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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)
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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).
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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.
NAMA : ANGGUN LESTARINIM : 03121003014KELOMPOK : 3SHIFT : D
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)
Top Related