Prof. Dr. Ir. Setijo Bismo,, DEA. DTK FTUI Nopember, 2014

Transkripsi

1 Prof. Dr. Ir. Setijo Bismo,, DEA. DTK FTUI opember, 2014

2 Skematisasi Operasi Absorpsi V, 1 L, 0 V, +1 L,

3

4 Suatu menara sieve-tra dirancang untuk proses absorpsi gas. as umpan memasuki kolom di bagian bawah dengan kandungan absorptif A sebesar 1,852 %-molar. as umpan mengalami pembersihan sedemikian rupa sehingga tersisa polutan A tidak lebih dari 0,088 %-molar di bagian keluaran (puncak). Cairan absorben ang digunakan, pada awalna mengandung 0,008 %-molar. Sistem diketahui mengikuti ukum ERY dengan data seperti pada Tabel 1 di bawah ini. Di bagian bawah menara (bottom), rasio molar cairan-terhadap-gas adalah ( L ) 1, 65, b sedangkan di ektremitas lainna (di puncak, top) adalah ( L ) 1, 71. Pada kondisi operasi ini, t diketahui bahwa efisiensi Murphree dapat dianggap konstan, aitu pada E 0,65. C A (g A /100 g 2O ) Tabel 1. Data kesetimbangan A dalam O 2 p A (kpa) 0,49 0,4620 0,74 0,7000 0,98 0,9114 1,49 1,3952 1,73 1,6195 1,96 1,8258 2,45 2,2829 (fraksi mol A, cairan) ME (fraksi mol A, gas)

5 (Lanjutan..) Pertanaan: (a). itunglah dan (lengkapi Tabel 1 di atas), sebelum menentukan (konstanta enr) untuk sistem absorpsi di atas, jika berlaku! (b). itunglah atau perkirakan jumlah talam ang diperlukan oleh sistem ini! (c). Jika diinginkan kriteria diameter kolom sebesar 150 cm (perhatikan tabel di bawah ini), maka tentukanlah tinggi kolom ang diperlukan!

6 Penesaian: (a). itunglah dan (lengkapi Tabel 1 di atas), sebelum menentukan (konstanta enr untuk sistem absorpsi di atas, jika berlaku!

7 Penesaian Konstanta enr: Pengaluran A dan A (dari Tabel 1 di atas), dapat digunakan untuk menentukan (konstanta enr) sebagi berikut:

8 Penesaian untuk (b).

9 Penesaian untuk (b) cara rafis:

10 Penesaian (b) lanjutan ( check and balances ):

11 Penesaian (c) Penentuan TII Menara:

12

13 Kolom Isian (Packed columns) merupakan menara kontak kontinu ang secara fisik tidak memiliki tahap seperti pada kolom talam. Secara praktis, Kolom Isian seringkali dianalisis berdasarkan kesetaraan atau ekivalensi tahap kesetimbangan dalam Kolom Talam, menggunakan suatu pendekatan ang disebut Suatu Ketinggian ang Setara dengan Talam Teoretis atau disebut sebagai ETP (eight Equivalent to a Theoretical Plate). ETP Tinggi Isian ( Packing) Jumlah Ekivalen dari Tahap Kesetimbangan Dengan mengetahui nilai ETP dan Jumlah Tahap Teoretis n dari suatu Menara Talam, maka dapat dihitung tinggi kolom : n ETP Konsep ETP tidak memiliki basis teoretis ang kuat. ilai ETP hana dapat dihitung berdasarkan data eksperimen atau kolom komersial dari suatu vendor.

14 Absorpsi: si: Pendekatan Perpindahan Mass (TU, TU) Pada Kolom ISIA, lebih disukai metode penentuan Tinggi ISIA dari pendekatan teoretis ang berbasis Koefisisen Perpindahan Massa. 2 < spec Problem absorsi, pada umumna adalah sebagai berikut: Suatu aliran as MASAM ang tercemar (oleh ABSORBE atau ABSORPTIF) dari suatu PROSES (tertentu) ingin dibersihkan kandungan POLUTA-na. Jika digunakan OTASI subskrip ang baru, pada bagian DASAR (Bottom) dan ATAS (Top) Kolom, maka komposisi AS dan CAIRA ang memasuki dan meninggalkan kolom adalah:, 2 T, p L, 2 z ( 1, 1) ( 2, 2) Selain variabel-variabel di atas, digunakan juga koordinat z, ang merepresentasikan tinggi kolom. Amplop di bagian atas ang berwarna IJAU adalah untuk ERACA MASSA ang diperlukan untuk (membuat) ARIS OPERASI dari Kolom Absorpsi Packing. Process, 1 L, 1 z 0

15 Pertama kali, diperlukan ERACA MASSA di bagian amplop atas ang berwarna IJAU: membuat ARIS OPERASI, ang melalui titik ( 2, 2 ), L L2 + L + 2 L ( ) () 1 1 L min * m Dalam Kolom Isian ini, diperlukan juga kondisi KESETIMBAA: * m ( 2) 2 Dapat dibuat aris KESETIMBAA dan aris OPERASI ke dalam suatu diagram seperti contoh. Dari aris OPERASI dengan KELADAIA terkecil (minimum, aitu: L min /), didapatkan (L/) dengan formula berikut 2 1 L L f f ( 1, 2) min

16 Sebagai persamaan ketiga, diperlukan suatu Persamaan Laju Perpindahan Massa. Jika, dibuat porsi bagian kecil dari kolom dimaksud, maka eraca MASSA sisi AS dalam potongan kecil tersebut adalah: I gas OUTgas + OUTmass transfer S( z) S( z+δ z) + asδz S adalah luas penampang dari kolom. Perlu dicatat bahwa, dan L semuana didefinisikan sebagai fluksi (flues) bukan sebagai laju alir molar [mol/s]: mol s L L z + Δz z a molar flowrate mol [ ] column section S 2 cm s 2 mass transfer surface cm [ a] volume of the column 3 cm Perhitungan Tinggi ISIA dari suatu Kolom umumna melibatkan Koefisien Perpindahan as Meneluruh atau overall gas-phase coefficient (K), karena cairan pada umumna memiliki AFIITAS ang KUAT pada zat terlarut (absorbat atau absorptif). Driving Force dari peristiwa perpindahan ini adalah perbedaan fraksi mol dalam fasa gasna ( - *). mol K ( * ) [ ] 2 cm s

17 Bagilah Persamaan Laju Perpindahan Massa dengan S dan Δz, didapatkant: a ( z + Δz) ( z) Δz Karena diinginkan suatu perbedaan tinggi (differential height) dari potongan tersebut, maka berarti: Δz 0. a d dz Didefinisikan, untuk besaran, digunakan persamaan: d K a * ( ) ( ) dz 3 Pemisahan variabel dan pengintegrasian, didapat: dz d * ( ) K a Mengambil term konstanta ke luar integrasi dan menukar batas-batas integrasi tersebut, sehingga: dz d ( *) K a Ruas KAA dapat ditulis sebagai hasil kali: and :

18 The term is called the overall eight of a Transfer Unit (TU) based on the gas phase. Eperimental data show that the TU varies less with than with K a. The smaller the TU, the more efficient is the contacting. K a Term disebut overall umber of Transfer Units (TU) didasarkan pada fasa gas. Besaran tersebut menggambarkan perubahan meneluruh dalam zat terlarut (solute) dalam fraksi mole dibagi dengan rerata fraksi mole dari driving force. Semakin besar TU, maka semakin besar diperlukan luas permukaan kontak (etent of contacting). Diinginkan SOLUSI dari Integral, maka kita ganti * dengan Persamaan (2): d ( * ) d ( m ) Selesaikan (1) untuk, dengan diketahui A L/( m): + 2 A m 2 Am Menatukan hasilna ke dalam persamaan untuk : 1 2 Ad * 2 2 ( A 1) + A

19 Integrasikan, hasilna: ( 1) * 2 2 A A + A ln A 1 A 1 2 ( 1) * A A + A ln A 1 A * ( 2 2) Memisahkan bagian dalam logaritma menjadi dua bagian: * ( ) 1 2 A 1 A 1 ln + A 1 A A * 2 2 Diketahui, bahwa Fraksi Absorption α: α Jumlah ang DIABSORPSI Jumlah maksimum ang DIABSORPSI 1 2 * 1 2 Dengan menggunakan α dan melakukan beberapa transformasi, akhirna diperoleh : A 1 α A ln A 1 1 α

20 Perbandingan antara TU/TU and ETP Tinggi KOLOM dapat dihitung dengan 2 cara: netp Jangan keliru antara TU dan TU dengan ETP dan jumlah tahap kesetimbangan teoritis n, ang dapat dihitung dengan Persamaan KREMSER: n 1 1 α A ln ln A 1 α Pada saat aris Operasi dan aris keseimbangan tidak hana lurus tetapi juga paralel, TU n dan TU ETP. Jika tidak, TU lebih besar dari atau kurang dari n. op. line op. line op. line eq. line eq. line eq. line TU n TU > n TU < n

21 Perbandingan antara TU/TU and ETP Pada saat aris Operasi dan aris Keseimbangan lurus tapi tidak sejajar (TU n), diperlukan suatu formula untuk mengubana. Dapat ditulis: ETP n anti dan n dengan formula ang didapatkan sebelumna, maka didapatkan untuk ETP: ETP A ln A A 1 Lakukan perhitungan ang sama untuk, didapatkan: A ln A n A 1 Akhirna, diinginkan menghitung koefisien perpindahan massa volumetrik meneluru (K a). Diketahui, bahwa: K a Solusi untuk K a, didapatkan: K a

22 Desorpsi (Stripping): Pendekatan Perpindahan Massa (TU, TU) Sekarang kita fokus pada masalah Stripping, dengan problem sebagai berikut: aliran cairan tercemar keluar dari suatu proses akan dipulihkan dari polutanna dalam rangka untuk membersihkan cairan tersebut. Pertama, diperlukan eraca Massa di sekitar amplop hijau, di bagian bawah kolom, ang terkait dengan aris Operasi, melalui titik ( 1, 1 ): L, 2, 2 T, p Process z 1 + L L1 + L ( ) + () 1 1 1, 1 L, 1 z 0 Pada keadaan kesetimbangan: * ( 2) m

23 Desorpsi (Stripping): aris Operasi dan aris Kesetimbangan aris Kesetimbangan dan aris Operasi dapat dibuat dalam suat diagram seperti di sebelah kanan ini. Dari aris Operasi dengan kemiringan terbesar (L/) maks, dihitung (L/) dengan formula berikut: L 1 L f ( 12., 2) f maks 2 * m L Sebagai persamaan ketiga, kita perlukan suatu persamaan laju perpindahan massa. Diambil irisan kecil terkait dari kolom. eraca massa "sisi cair" dari irisan kecil tersebut: Iliq OUTliq + OUTmass transfer mol SL( z+δ z) SL( z) + asδz s 1 L 1 ma L 2 z + Δz Fluksi melibatkan koefisien perpindahan meneluruh fase cair K dengan driving force ( - *): L z ( *) K

24 Desorpsi (Stripping): Laju Perpindahan Massa, TU dan TU Bagilah persamaan laju perpindahan massa dengan S dan Δz, diperoleh: z ( + Δz) z ( ) L Δz a Dengan Δz 0, dkemudian menggunakan definisi : d L K a dz ( * ) 3 ( ) Pemisahan variabel dan integrasi, menghasilkan: dz 0 L 2 1 d K a * OL OL OL adalah overall eight of a Transfer Unit (TU) untuk fasa cair. OL L K a OL adalah overall umber of Transfer Units (TU) untuk fasa cair. OL 2 1 d ( *)

25 Desorpsi (Stripping): Fraksi Desorpsi (Stripping) dan Faktor Stripping Diketahui, bahwa fraction of stripping σ: σ Jumlah ang didesorpsi 2 1 Jumlah maksimum ang didesorpsi 2 1 Kemudian, pengertian Faktor stripping, S: S m L asil integral dari OL dapat dicari dengan cara ang sama seperti dalam kasus absorpsi: OL S ln S + S S S Akhirna, setelah berbagai transformasi, didapat: OL S 1 σ S ln S 1 1 σ

26