BAB II ABSORPSI DAN STRIPPING II.1 ABSORPSI dan STRIPPING

Transkripsi

1 BAB II ABSORPSI DAN STRIPPING II. ABSORPSI dan STRIPPING Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair ang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas ang akan diserap dapat disebabkan hana oleh gaa-gaa fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaa tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas ang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan ang lebih tinggi. Karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisik. Stripping adalah proses pemisahan ang cara kerjana sama dengan proses absorbsi hana solute ang akan dipisahkan berupa fase liquid sedangkan pelarutna fase gas. II.2 Fungsi dari Proses Absorpsi dan Stripping dari Dilute Mitures Absorpsi dan stripping merupakan metode umum untuk : a) Menghilangkan impuritis dari gas (absorpsi) atau b) Menghilangkan impuritis dari liquid (stripping). Hal ini dilakukan dengan mengalirkan absorben liquid (pelarut) secara countercurrent terhadap campuran uap/gas (absorpsi) atau suatu vapor countercurrent terhadap campuran liquid (stripping).

2 N2 dan CO 2 II.3 Fungsi Absorbsi dalam industri Tujuan proses Absorpsi dalam dunia Industri adalah : Meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasena Contoh : Formalin ang berfase cair berasal dari formaldehid ang berfase gas (Formalin adalah larutan formaldehida dalam air, dengan kadar antara 0%-40%) dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor, dimana di dalam air formaldehid akan mengalami proses polimerisasi.. Output dari reaktor ang berupa gas ang mempunai suhu 82 0 C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55 0 C, dimasukkan ke dalam absorber. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 40%. Bagian terbesar laiinna terdiri 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. Scrubber untuk CO 2 Absorber HE Stripper GAS LIQUID Solven Solven dan CO 2 CO 2 GAS LIQUID N 2 dan CO 2 Steam GAS Solven Solven Absorpsi dan Stripping 7 Gambar. Contoh Penerapan CO 2 2

3 II.4 Kolom Absorpsi Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadina proses pengabsorbsi (penerapan/penggumpalan) dari zat ang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat ang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. II.4. Struktur dalam absorber (Kolom Absorpsi) Gambar 2, Bagan kolom Absorpsi Bagian a : Spra untuk megubah gas input menjadi fase cair. Bagian b : out put gas keluar Bagian c : in put pelarut masuk Bagian d : out put pelarut dan gas terserap keluar Bagian e : tempat pencampuran pelarut dan umpan Bagian f : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi 3

4 II. 4.2 Prinsip Kerja Kolom Absorbsi. Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat ang berbeda fase mengalir berlawanan arah ang dapat menebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase cairan ke fase lainna, terjadi hampir pada setiap reaktor kimia. Proses ini dapat berupa absorpsi gas, destilasi,pelarutan ang terjadi pada semua reaksi kimia. 2. Campuran gas ang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan kebawah menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa aitu fasa gas dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air spraer ang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom ang berisi packing atau plate dengan tingkat sesuai kebutuhan. II.5 Peralatan Absorpsi dan Stripping Gambar 3. Tpe-tipe Kolom Absorpsi 4

5 II.5. Tra Tower Gambar 4. Tra Tower II.5.2 Packed Tower Dalam tower (menara) ini berisi packing, liquida didistribusi diatas packing dan mengalir kebawah membentuk lapisan tipis di permukaan packing. Gas umuna mengalir keatas berlawanan arah terhadap jatuhna liquid. Kedua fasa (liquid & gas) akan teraduk sempurna. Tower/kolom berpacking ini digunakan bila perpindahan massa dikendalikan oleh kedua tahanan baik gas maupun liquid Gambar 5. Packed Tower 5

6 Ada beberapa bentuk packing aitu : a). Rasching Ring, b).berl saddle, c).pull ring, d).intalo metal, e).jaeger metal Tri-pack (lihat Geankoplis). Berikut adalah bentuk packing ang dibuat dari keramik : a b c d Gambar 6. a. ceramic support grid, b. ceramic ball, c.ceramic cascade ring, d.ceramic berls-saddles e f g h Gambar 7. e.ceramic dome, f.ceramic conjugate ring, g.ceramic saddle, h.ceramic rashing ring II.5.3 Spra Tower l Liquida masuk disprakan dan jatuh karena gravitasi, aliran gas naik berlawanan arah. Nozzle (lubang) spra berfungsi untuk memperkecil ukuran liquida. Jarak jatuhna liquid ditentukan berdasarkan waktu kontak dan pengaruh jumlah massa ang dipindahkan 6

7 l Spra Tower digunakan untuk perpindahan massa gas-gas ang sangat mudah larut dimana tahanan fasa gas ang menjadi kendali dalam fenomena ini Gambar 8. Spra Tower II.5.4 Bubble Tower Bubble Tower pada prinsipna merupakan kebalikan dari spra tower. Dalam tower ini gas terdispersi kedalam fasa liquid membentuk gelembung kecil. Gelembung ang kecil ini menjadikan kontak antar fasa ang besar Perpindahan massa ang terjadi selama gelembung naik melalui fasa liquid, gerakan gelembung tersebut mengurangi tahanan fasa liquidna Bubble Tower digunakan bila laju perpindahan massa dikendalikan oleh tahanan fasa gas. 7

8 Gambar 9. Bubble Tower II.6 Phase Kontak pada Contacting Tra Gambar 0. Phase Kontak pada Contacting Tra Aliran Vapor (warna merah) bubble naik melalui froth. Aliran Liquid melalui froth dan diatas weir. Kondisi froth bervariasi tergantung pada regim aliran vapor-liquid melibatkan : spra, froth, emulsion bubble, dan cellular foam. II.7 Spesifikasi. Laju alir gas dan liquid, komposisi, temperatur dan tekanan 2. Derajad pemisahan ang diharapkan (% recover) 3. Pemilihan jenis pelarut 4. Tekanan dan temperatur operasi serta pressure drop ang diijinkan 5. Laju pelarut minimum 6. Jumlah stage ideal 8

9 7. Efek panas dan kebutuhan pendingin 8. Tpe alat Absorber / Stripper 9. Tinggi kolom Absorber / Stripper 0. Diameter kolom Absorber / Stripper II.8 Absorben Absorben atau pelarut ; adalah cairan ang dapat melarutkan bahan ang akan diabsorpsi pada permukaanna, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia.absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. II.9 Sarat2 Absorben/pelarut.) Pelarut minimum) 2.) Volatilit ang rendah (meningkatkan recover eacto dan menurunkan loses pelarut) 3.) Stabil (mengurangi kebutuhan penggantian pelarut) 4.) Tidak korosif (mengurangi perawatan dan penggunaan alat anti korosi) 5.) Viscositas rendah (menurunkan pressure drop dan kebutuhan pompa, menaikkan aliran massa) 6.) Tidak berbusa bila berkontak dengan gas (mengurangi ukuran alat) 7.) Tidak beracun dan nonflammable (safet) 8.) Kelaakan proses (mengurangi cost, menurunkan kebutuhan untuk eternal source) II.0 Proses Pengolahan Kembali Pelarut Dalam Proses Kolom Absorber. Konfigurasi absorber akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami dari pelarut ang digunakan 9

10 2. Aspek Thermodnamic (suhu dekomposisi dari pelarut),volalitas pelarut,dan aspek kimia/fisika seperti korosivitas, viskositas,toisitas, juga termasuk biaa, semuana akan diperhitungkan ketika memilih pelarut untuk spesifik sesuai dengan proses ang akan dilakukan. 3. Ketika volalitas pelarut sangat rendah, contohna pelarut tidak muncul pada aliran gas, proses untuk meregenerasina cukup sederhana akni dengan memanaskanna. II.0. Contoh pertama Cairan absorber ang akan didaur ulang masuk kedalam kolom pengolahan dari bagian atasna dan akan dicampur /dikontakan dengan stripping vapor.gas ini bisa uap atau gas mulia, dengan kondisi termodinamika ang telah disesuaikan.dengan pelarut ang terpolusi. Absorber ang bersih lalu digunakan kembali di absorpsi kolom. Gambar. Contoh pertama II.0.2 Contoh kedua Absorber ang akan didaur ulang masuk ke kolom pemanasan stripping column. Uap pada stripping dibuat dari cairan pelarut 0

11 itu sendiri.bagian ang telah didaur ulang lalu digunakan lagi untuk menjadi absorber. Gambar 2. Contoh kedua II.0.3 Contoh ketiga Sebuah kolom destilasi juga dapat digunakan untuk mendaur ulang. Absorber ang terpolusi dilewatkan kedalam destilasi kolom. Dibawahna, pelarut dikumpulkan dan dikirim kembali ke absorber. Gambar 3 Contoh ketiga II. Hubungan Kesetimbangan diantara fase a. Hukum Fase (Tingkatan) dan Kesetimbangan

12 Untuk memprediksi konsentrasi dari sebuah solute dalam setiap dari dua fase dalam keadaan kesetimbangan, data kesetimbangan percobaan harus tersedia. Bila dua fase tidak berada pada kesetimbangan, laju perpindahan massa proposional terhadap driving force (gaa dorong), adalah bagian dari kesetimbangan. Dalam hal kesetimbangan, dua fase adalah, seperti : gas-liquid atau liquid-liquid. Variabel ang mempengaruhi kesetimbangan dari suatu solute adalah : temperatut, tekanan dan konsentrasi. Kesetimbangan diantara dua fase dalam suatu kondisi dibatasi oleh Hukum Fase : F = C - P + 2 () Dengan : P = jumlah fase pada kesetimbangan C = jumlah total komponen dalam dua fase bila tidak ada reaksi kimia, F = derajad kebebasan sstem (jumlah dari variant) Contoh : untuk sistem gas-liquid, dari C0 2 -udara-air, berarti ada 2 fase dan tiga komponen, dengan persamaan () : F = = 3 II.2. Kesetimbangan Gas Liquid. Dari data kesetimbangan gas-liquid dapat dilihat pada Appendi A (Geankoplis), dari A.3-9 s/d A Dari data kelarutan Contoh : Data Kelarutan NH3 terhadap H 2 O ang diukur pada temperatur 20 0 C, P = 760 mmhg lbm NH3 / 00 lbm H2O 7, Tekanan Parsial NH3, mmhg 50,0 69,

13 a. Pembuatan Kurva didasarkan mol fraksi = = MNH 2 3 / BMNH MH 0/ BMH 0 p = P 50, = 7,5/7 92,5/8 Tabelkan Vs, dan buat grafikna (2) (3) b. Pembuatan Kurva didasarkan mol Ratio = MNH 2 3 / BMNH MH 0/ BMH 0 p P p = 2 3 = 7,5/7 92,5/8 50 = (4) (5) Tabelkan Vs, dan buat grafikna 3. Pembuatan Kurva berdasarkan hubungan kesetimbangan,dengan menggunakan Hukum Henr Hukum Henr Hubungan kesetimbangan antara pa pada fase gas dan A dapat dinatakan dengan garis lurus persamaan Hukum Henr pada konsentrasi rendah ; pa = H A (6) Dengan : H = Konstanta Henr = atm/mole fraksi Bila persamaan diatas keduana dibagi dengan tekanan total maka menjadi : A = H A. (7) H = H/P = atm/mole fraksi/atm = /mole fraksi 3

14 Contoh soal ; Konsentrasi oksigen terlarut dalam air; Berapa konsentrasi oksigen terlarut dalam air pada K bila larutan berada dalam kesetimbangan dengan air pada tekanan total atm? Konstanta Henr = 4,38 04 atm/mole fraksi. Penelesaian : Tekanan Parsiil p A dari Oksigen (A) dalam udara = 0,2 atm. Dengan menggunakan pers. ; 0,2 = H A = 4, A A = 4, mol fraksi Artina 4, mol O 2 terlarut dalam,0 mol air + oksigen atau 0, bagian O 2 /00 bagian air. II.3 Kesetimbangan kontak satu. Kontak kesetimbangan satu stage Dalam beberapa operasi kimia dan proses2 industri lainna, perpindahan massa dari satu fase ke fase lainna akan terjadi, biasana diikuti dengan pemisahan dari komponen2 suatu campuran, satu komponen akan di transfer ke suatu tingkatan ang lebih besar dari component satuna. V V 2 L 0 L Gambar 4. Proses kesetimbangan Satu stage Kesetimbangan masa total : L 0 + V 2 = L + V = M (8) L = kg(lbm), V = kg dan M = total kg 4

15 Misal komponent A,B, dan C berada pada aliran dan membuat kesetimbangan A dan C, L 0 X A0 + V 2 Y A2 = L X A + V Y A = M X AM (9) L 0 X C0 + V 2 Y C2 = L X C + V Y C = M X CM (0) Persamaan untuk komponen B tdk diperlukan, karena : A + B + C = 2. Kontak kesetimbangan satu stage untuk sistem gasliquid Pada sistem gas-liquid: Gas masuk terdiri : A solute dan B inert Liquid masuk terdiri : A solute dan C inert Untuk komponent A diperoleh pers sbb: A0 ' A2 + V ' A = L' + A V ' L () A0 A2 A A Untuk menelesaikan persamaan diatas, A dan A berada pada kesetimbangan, ang diberikan oleh pers.; A = H A. Contoh Soal 2 : Suatu campuran gas pada atm abs mengandung udara dan CO 2 di kontakkan dalam suatu single stage pencampur secara kontinu dengan air sebagai solven pada K. Gas dan liquid keluar berada pada kesetimbangan. Laju alir gas masuk 00 kg.mol/jam, dengan fraksi mol CO 2 ;A 2 =0,20. Liquid masuk 300 kg/jam. Hitung jumlah dan komposisi dari kedua fase aliran ang keluar. Asumsi air tidak menguap ke fase gas. 5

16 Penelesaian : Diagram seperti gambar. aliran inert air adalah : L =Lo = 300 kg mol/j. Aliran udara V : V = V( A ) (2) Diperoleh : V = V 2 ( A2 ) = 00( 0,20) = 80 kg mol/j Substituís ke pers., untuk membuat kesetimbangan C0 2 (A), 0 0,20 A = ,20 + A 80 A A (3) Pada K, konstanta Hukum Henr s A.3, H = 0, atm/mol frak. H =H/P H = 0, mol frak gas/mol frak liquid. Substitusi ke pers.7, A = 0, A, substituís ke pers.. 3, diperoleh : A =,4 0-4 dan A = 0,20. Untuk kecepatan aliran ang meninggalkan absorber ; L = V = L' A V ' A 300,40 = 300kgmol / j = 800 0,20 = 4 = 00 kg mol/j Dalam soal diatas bila, larutan liquid terlalu encer, L 0 L II.4 Multiple Countercurrent-contact stages. Derivasi dari persamaan Umum : V V2 V3 Vn Vn+ V N V N+ 2 n N L 0 L L 2 Ln- Ln L N- L N Gambar 5.. Proses countercurrent stages 6

17 Kesetimbangan total untuk seluruh stage : L 0 + V N+ = L N + V = M (4) Dengan : V N+, L N, = mol/j bahan masuk dan keluar. Untuk kesetimbangan komponent A,B,C, L V N+ Y N+ = L N N + V Y = M M (5) dan dalam mole fraksi Kesetimbangan Total setelah stage pertama n; L 0 + V n+ = L n + V (6) Untuk suatu kesetimbangan komponent ; L 0 X 0 + V n+ Y n+ = L n X n + V Y (7) Penelesaian untuk Y n+ dari persamaan diatas: n+ = Ln V n n+ V L0 + V n+ 0 (8) Ini merupakan suatu persamaan garis operasi dengan slope = Ln/Vn+ 2. Kontak countercurrent dengan aliran tidak saling larut l Solute A berpindah terjadi bila aliran V mengandung komponent A dan B tanpa C, dan aliran L mengandung A dan C tanpa B. Kedua aliran L dan V tidak saling larut satu sama lain hana komponent A ang berpindah l Bila L dan V adalah aliran ang encer dengan komponent A, maka aliran cenderung mengalir konstan dan slope Ln/Vn+ mendekati konstan, sehingga diperoleh garis operasi merupakan garis lurus (gambar 6). 7

18 3. Skema Kontak countercurrent dengan aliran tidak saling larut 0 N+ stage 2 garis operasi Mole Fraksi garis kesetimbangan N+ N Gambar 6. Jumlah stages pada suatu proses kontak Multipel Stage Suatu persoalan penting dimana solute A akan terjadi perpindahan bila aliran V mengandung komponen A dan B tanpa ada C, dan aliran solven L mengandung A dan C tanpa ada B. Dua aliran L dan V adalah tidak saling larut, hana A ang akan berpindah. Bila pers.8 di plot pada,, maka terlihat seperti pada gambar.6. Pada gambar 6, dan 0 berada pada garis operasi dan dan berada pada garis kesetimbangan. Setiap stage diwakili oleh sebuah garis pada gambar 6, langkah dilanjutkan ingá titik N+, dicapai. Jika aliran L dan V encer dalam componen A, aliran mendekati keadaan constan dan slope L n /V n+ mendekati constan. Contoh Soal 3. Diinginkan mengabsorb 90% acetone dalam udara ang mengandung % aceton dlm suatu menara countercurrent. Aliran gas masuk 30 kg.mol/j, dan total air murni masuk sebagai absorbent 8

19 adalah 90 kg.mol H 2 0 /j. Proses di operasikan pada keadaan isothermal K dan tekanan total 0,3 kpa. Hubungan kesetimbangan aceton dalam gas dan liquid : A = 2,53 A. Tentukan jumlah stage ang dibutuhkan secara teori untuk proses operasi ini, Penelesaian : Diagram proses seperti gambar 6. AN+ = 0,0, A0 = 0, V N+ = 30,0 kg mol/j dan L 0 = 90,0 kg mol/j. Kesetimbangan material Aceton, Jumlah aceton masuk = AN+ V N+ = 0,0(30,0)= 0,30 kg mol/j Udara masuk udara/j Aceton sisa di V Aceton sisa di L N V A = L N AN = = ( AN+ )V N+ = ( 0,0)(30,0) = 29,7 kg mol = 0,0(0,30) = 0,030 kg mol/j = 0,90(0,30) = 0,27 kg mol/j = 29,7 + 0,03 = 29,73 kg mol udara + aceton/j 0,030 29,73 = 0,000 = 90,0 + 0,27 = 90,27 kg mol air + aceton/j 0,27 90,27 = 0,00300 Aliran liquid pada aliran masuk L 0 = 90,0 pada aliran keluar L N = 90,27 dan V dari 30,0 s/d 29,73, maka slope L n /V n+ pada garis operasi adalah konstan. Garis operasi bersama dengan garis kesetimbangan A = 2,53 A digambar sperti gambar 7. dimulai pada titik A, A0, maka diperoleh sekitar 5,2 stage. 9

20 0,02 Y AN+! 0,008 garis operasi 5 Mole fraksi, A 4 0,004 3 Garis kesetimbangan A ,00 0,002 0,003 0,004 A0 AN Mole fraksi acetone dalam air, A Gambar 7. Stage teoritikal untuk proses Absorpsi countercurrent II.5 Metode Analitik untuk Traed Towers Metode grafik untuk menentukan jumlah stage memang lebih mudah dan umum digunakan, namun kendalana adalah :.) Jumlah stage N menjadi besar 2.) N is specified rather than the desired purit, 3.) Lebih dari satu solut ang diabsorpsi 4.) Kondisi operasi bisa dioptimasi 5.) Untuk konsentrasi ang tinggi atau ang rendah memerlukan multiple diagrams 20

21 Persamaan Analitik untuk Countercurrent stage contact Pers.kesetimbangan komponen; L V N+ N+ = L N N + V atau, (9) L N N - V N+ N+ = L V (20) Pers.kesetimbangan untuk stage n pertama: L V n+ n+ = L n n + V atau, (2) L n n - V = L n n - V n+ n+ (22) Pers (22) ke pers (24) diperoleh : L n n - V n+ n+ = L N N - V N+ N+ (23) Selama aliran molar konstan, L n =L N =konstan=l dan V n+ =V N+ =konstan=v, sehingga diperoleh: L( n N ) = V( n+ N+ ) (24) Selama n+ dan n+ berada pada kesetimbangan dan dalam bentuk garis lurus, n+ = m n+ dan N+ = m N+. Substitusi m n+ untuk n+ dan A=L/mV, pers. (24) diatas menjadi ; A = A N + n+ n N (25) m Dengan : A = faktor absorbsi Dengan menggunakan kalkulus maka pers (25) diperoleh; Untuk proses Absorbsi ; Transfer solute A dari fase V ke L : N + N + m 0 = A A N + N + A (26) N + m0 log + m0 A N = log A A (27) 2

22 Bila A =, (28) N m N + = 0 Untuk proses Striping : 0 0 ( N + N + (/ A) = / m) (/ A) N N (/ A) + ) 0 ( / m) N + log ( A) + A N ( N / m) N + = log(/ A) 0 N BilaA =, N = ( / m) N N + (29) (30) (3) A = L/mV Komponen A = L/mV m-value Air,7 0,03 Aseton,38 2,0 Oksigen 0, Nitrogen 0, Argon 0, Contoh soal 4. (sama seperti soal.3) Penelesaian : Pada stage, V = 29,73 kg mol/j, A = 0,000, l 0 = 90,0 dan A0 = 0. Hubungan kesetimbangan A = 2,53 A, dimana m = 2,53 22

23 L L Kemudian : A 2 = = 0 90,0 = mv mv 2,5329, 73 =,20 Pada Stage N, V N+ = 30,0, AN+ = 0,0, L N = 90,27 dan AN = 0,00300 A N = L mv N N + = 90,27 2,5330,0 =,9 Rata2 geometrik A = A =,20, 9 =,95 AN Solut Aceton transfer dari V ke L (absorpsi) Substitusi ke pers. 30, : 0,0 2,53(0) ln 0,000 2,53(0) = ln(,95),95 +,95 N = 5,04 stage II.6 Disain dari Menara Absorpsi Plate. Operasi Garis Derivasi Sebuah Menara Absorpsi Plate mempunai diagram alir proses ang sama seperti proses multipel stage countercurrent aitu seperti Menara Tra vertikal ((gambar 5) dan seperti gambar 8 dibawah ini. 23

24 V, L 0, 0 2 n V n+, n+ L n, n n+ N- N V N+, N+ L N, N Gambar 8. Neraca Massa dalam Menara Absorpsi Tra Dalam persoalan ini, solut A berdiffusi melalui sebuah gas ang stagnant (B) dan kemudian masuk ke fluida ang stagnant. Jika V = kg mol inert udara/dt dan L =kg mol inert solvent air/dt m 2.units (lb mol inert/j.ft 2 ), maka Neraca Massa Over all adalah sbb: 0 L' N + V ' + 0 N + N = L' N + V ' (32) Sebuah Neraca Massa sekitar kotak ang diberi garis putusputus sbb : 24

25 0 L' n+ + V ' 0 n+ n = L' n + V ' (33) Dengan : =fraksi mole A dalam liquid, =fraksi mole A dalam gas, L 0 =total mole liquid/dt dan V N+ total mole gas/dt. Persamaan 33, adalah kesetimbangan material atau garis operasi untuk proses absorpsi dengan menara Plate (Tra). 2. Penentuan secara grafik jumlah plate dari Menara Tra (Menara Plate) Pem-plot an persamaan 33 dalam koordinat, akan memberikan suatu garis kurva. Jika dan sangat encer, - dan - mendekati nilai, dan garis operasi mendekati garis lurus, slopena adalah : L /V. Jumlah plate teoritis sama dengan gambar 6. Contoh Soal 5 ; Sebuah menara Tra akan didisain untuk mengabsorb SO 2 dari aliran udara dengan menggunakan air murni sebagai pelarutna pada K (68 0 F). Gas masuk mengandung 20 mol% SO 2 dan keluar Tower 2 mol % pada tekanan total 0,3 kpa. Laju aliran udara inert adalah 50 kg udara/j.m 2 dan aliran air masuk 6000 kg air/j.m 2. Misalkan effisiensi Menara Tra 25%, berapa banak tra teoritikal dan dan sesungguhna dibutuhkan pada proses tersebut diatas. Asumís bahwa proses berjalan pada K (20 0 C). Penelesaian : Dihitung dahulu aliran dalam molar : V = 50 2 = 5,8 kg mol inert udara/j.m 29 25

26 L = = 333 kg mol inert air/j.m 80 Menggunakan gambar.8, N+ = 0,20, = 0,02 dan 0 = 0. N+ 0,20 0,8 garis operasi 0,6 Mole fraksi, 0,08 0,06 2 0,02 0 0,002 0,004 0,006 0,008 Mole Fraksi, Gambar 9. Jumlah Plate teoritis proses absorpsi Contoh soal. Substitusi ke pers.32, diperoleh : 0 0,20 N 0, ,8 = ,8 0 0,20 N 0, 02 N = 0,00355 Substitusi ke pers. 33, n+ + 5,8 0 n+ n = 333 0,02 + 5,8 0,02 Untuk menggambarkan garis operasi dibutuhkan beberapa titik lagi. 26 n

27 27 Diambil n+ = 0,07 dan substitusi ke pers 33, diperoleh n =0,000855, n= = 0,3, n = 0,00020 dst. Data kesetimbangan dapat diperoleh dari App.A.3 ((Geankopls). Sehingga diperoleh Plate teoritis = 2,4 dan jumlah tra sesungguhna = 2,4/0,25 = 9,6 tra. II.6 Disain dari Menara Packed untuk proses Absorpsi. Derivasi garis operasi : Untuk solute A berdifusi melalui sebuah gas ang stagnan dan kemudian menuju ke fluida ang stagnan, sebuah kesetimbangan material over all komponen A pada gambar 20 untuk sebuah Menara Packing adalah : + = ' ' ' ' V L V L (34) Dimana : dan 2 = bahan masuk L = kg mol inert liquid/dt atau kg mol inert liquid/dt.m 2 V = kg mol inert gas/dt atau kg mol inert gas/dt.m 2 dan = molle fraksi A dalam gas dan liquid Aliran L dan V constan melalui Menara, tetapi aliran total L dan V tidak constan. Kesetimbangan sekitar daerah ang diberi garis titik-titik pada gambar 20. memberikan garis operasi sbb ; + = + V L V L ' ' ' ' (35) Persamaan diatas bila digambarkan akan memberikan garis lurus seperti pada gambar 20.

28 V 2, 2 L 2, 2 dz V, L, z V, L, Gambar 20. Kesetimbangan Material untuk proses Absorpsi pada menara Packing Bottom menara 2 Top Mole Fraksi, garis kesetimbangan Garis operasi Y 2 Top bottom Mole Fraksi, Mole Fraksi, (a) (b) Gambar 2. Garis Operasi untuk (a).proses absorpsi dari A dari aliran V ke L, (b).proses stripping dari A, dari aliran L ke V Persamaan (35), bila di plot pada koordinat, akan memberikan garis kurva seperti gambar 2.a. Persamaan (35) dapat dituliskan 28

29 juga dalam bentuk tekanan partial p dari A, dimana /(- ) = p /(P p ) dan seterusna. Jika dan sangat encer, (-) dan (-) =, dan persamaan (35) menjadi : L + V = L + V (36) Dan ini mempunai slope L /V dan garis operasi biasana garis lurus. 2. Ratio Limiting dan L /V/ optimum Pada proses absorpsi, aliran gas masuk V (gambar 2) dan komposisi biasana satu kesatuan. Konsentrasi 2 keluar biasana ang diatur, dan konsentrasi 2 dari aliran liquid masuk ang ditetapkan. Oleh karenana, jumlah aliran liquid masuk L 2 atau L terbuka untuk ditentukan. Pada gambar 22., aliran V dan konsentrasi 2, 2, dan adalah suatu kesatuan. Bila garis operasi mempunai slope minimum dan meninggung garis ekulibrium pada titik P, aliran liquid L adalah minimum pada L min. Nilai dari maksimum pada ma bila L minimum. Pada titik P driving force - *, - i, * -, dan i - semuana = 0. Penelesaian untuk L min, nilai dan ima disubstitusi ke persamaan garis operasi. Pada beberapa persoalan, jira garis kesetimbangan adalah kurva bersifat cekung menurun kebawah, nilai minimum dari L diperoleh melalui garis operasi menjadi tangent ke garis kesetimbangan menjadi memotongna. Pemilihan ratio L /V minimum untuk digunakan pada disain tergantung pada kesetimbangan ekonomi. Pada proses absorpsi, semakin tinggi nilai semakin besar aliran liquid dan karenana diameter menara menjadi besar. Biaa untuk me-recover solute dari liquid dengan distilasi akan menjadi tinggi. Suatu hasil aliran liquid 29

30 ang sederhana pada suatu menara ang tinggi, dimana juga sangat mahal. Suatu pendekatan, untuk proses absorpsi kecepatan aliran liquid ang optimum dapat diambil biasana sekitar,2-,5 kali L min. Untuk proses Stripping, seperti gambar 22.b, dimana garis operasi mempunai slope maksimum dan meninggung garis operasi pada titik P, selanjutna aliran gas pada keadaan minimum V min. Nilai 2 pada 2mak adalah keadaan maksimum. Sama seperti proses absorpsi, V=,5 V min. Garis operasi untuk aliran Liquid Sesungguhna P mak P 2 gariskesetimbangan 2 garis operasi untuk aliran liquid minimum 0 2 mak 2 (a) (b) Gambar 22. Garis Operasi untuk kondisi terbatas (a).absorpsi, (b).stripping 30

31 3. Persamaan Analitik untuk menghitung jumlah plate teoritis dari menara packing. Persamaan Analitik untuk menghitung jumlah plate teoritis N dalam suatu proses absorpsi dengan menggunakan menara packing sama dengan persamaan ang digunakan pada menara plate. Untuk perpindahan solote dari fase gas V ke fase liquid L (absorpsi), N ln 2 m2 m 2 ln A ( / A) + / A = (37) Untuk perpindahan solute dari fase liquid L ke fase gas V (stripping), N ln 2 / m / m ln(/ A) ( A) + A = (38) Dimana A = L/mV Bila garis kesetimbangan dan garis operasi merupakan garis lurus, m dan A = L/mV akan bermacam macam. -Untuk proses Absorpsi pada konsentrat bottom di tra terakhir, slope m pada titik ang digunakan. -Untuk larutan encer pada top tra, m 2 pada titik 2 pada garis keaetimbangan ang digunakan. Jadi, A = L /m V, A 2 = L 2 /m 2 V 2, dan A = A A 2 (39) Juga, untuk larutan encer m 2 digunakan dari persamaan -Untuk proses Stripping, pada bagian atas (top) atau konsentret stage, slope m 2 pada titik 2 pada garis kesetimbangan ang digunakan. 3

32 - Pada daerah bottom atau larutan encer, slope m pada titik pada garis kesetimbangan ang digunakan. Jadi A = L /m V, A 2 = L 2 /m 2 V 2, dan A = A A 2. Contoh Soal 6 ; Laju Alir minimum dan penentuan Jumlah Tra dengan cara Analitik. Sebuah Menara Tra mengabsorbsi ethl alkohol dari aliran gas inert menggunakan air murni pada K dan 0,3 kpa.. Laju aliran gas masuk 00 kg mol/j dan mengandung 2,2 mol % alkohol. Diinginkan untuk mengambil 90% alkohol. Hubungan garis kesetimbangan adalah ; = m = 0,68 untuk aliran cukup encer. Menggunakan,5 laju alir minimum, tentukan jumlah Tra ang dibutuhkan. Gunakan penelesaian secara grafik dan pers analitik. Penelesaian : Data ang diberikan : = 0,022, 2 = 0, V = 00 kg mol/j, m = 0,68. V = V (- ) =00(-0,022) = 97,8 kg mol inert/j. Mole alkohol/j V = 00 97,8 = 2,20. Menghilangkan 90%, mole/j pada gas keluar V 2 = 0,0(2,20) = 0,220. V 2 = V + 0,22 = 97,8 + 0,22 = 98,02. 2 = 0,22/98,02 = 0, Garis kesetimbangan di plot dalam grafik,, dengan 2, 2, dan. Garis operasi untuk aliran liquid minimum L min adalah di gambar dari 2, 2, ke titik P, meninggung garis kesetimbangan dimana mak = /m = 0,022/068 = 0,03235, substituís ke persamaan garis operasi (34) dan menelesaikan nilai L min. 2 L ' + V ' = L' + 2 V '

33 0 0,022 0, , L' min + 97,8 = L' min + 97,8 0 0,022 0, , L min = 59,24 kg mol/j. Gunakan,5 L min =,5(59,24) = 88,86. Dengan menggunakan pers. 34, untuk L min =88,68 dan menelesaikan konsentrasi keluar, = 0, Garis operasi di plot sebagai garis lurus ang meninggung titik 2, 2, dan, pada gambar 23. Suatu titik intermedit dihitung dengan mengatur = 0,02 pada pers. 34 dan diperoleh = 0,0078. Plot titik ini terlihat bahwa garis operasi cenderung berbentuk garis lurus. Ini terjadi karena larutan sangat encer. Jumlah Tra diperoleh = 4,0. Total laju alir ;V = 00, V 2 = V /(- 2 ) = 97,8(-0, = 98,02, L 2 = L = 88,68 dan L = L;/(- ) = 88,68/(-0,0280) = 90,84. Untuk menghitung jumlah tra secara Analitik, A = L /mv = 90,84/(0,68)(00) =,336, A 2 = L 2 /mv 2 = 88,68/((0,68)(98,02) =,33. Dengan menggunakan rata2 geometrik, A =,335. Dengan menggunakan pers.38, m2 N = ln / A ln A 2 m2 ( / A) + 0,022 0 N = ln ( 335 ln,335 0, ( /,335) + /, N = 4,04, hampir sama dengan ang diperoleh secara grafik 33

34 0,02 P Garis operasi utk,5 L min 0,0 garis operasi utk L min 2 Garis operasi kesetimbangan 0 0,0 0,02 0,03 2 maks Gambar 23. Garis Operasi untuk minimum dan aliran liquid aktual 34