SIMULASI DAN PEMODELAN ABSORPSI CO 2 & H 2 S DALAM LARUTAN MDEA DENGAN PROMOTOR POTASSIUM METHIONINE (PM) MENGGUNAKAN TRAY COLUMN

Transkripsi

1 SKRIPSI TK SIMULASI DAN PEMODELAN ABSORPSI CO 2 & H 2 S DALAM LARUTAN MDEA DENGAN PROMOTOR POTASSIUM METHIONINE (PM) MENGGUNAKAN TRAY COLUMN Oleh: Alif Ramadhani Utomo NRP Veby Iqbal Hariadi NRP Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.S. NIP Dr. Ir. Susianto, DEA. NIP DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

2 FINAL PROJECT TK MODELING AND SIMULATION OF CO 2 & H 2 S ABSORPTION IN ACTIVATED MDEA SOLUTION WITH POTASSIUM METHIONINE (PM ) USING THE TRAY COLUMN Proposed by: Alif Ramadhani Utomo NRP Veby Iqbal Hariadi NRP Advisor : Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.S. NIP Dr. Ir. Susianto, DEA. NIP DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2017

3

4 SIMULASI DAN PEMODELAN ABSORPSI CO 2 & H 2 S DALAM LARUTAN MDEA DENGAN PROMOTOR POTASSIUM METHIONINE (PM) MENGGUNAKAN TRAY COLUMN Mahasiswa : Alif Ramadhani Utomo Veby Iqbal Hariadi Pembimbing I : Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.S. Pembimbing II : Dr. Ir. Susianto, DEA ABSTRAK Pengambilan Hidrogen Sulfida (H 2 S) dan Karbon Dioksida (CO 2 ) dalam gas alam adalah merupakan proses yang paling penting dalam pemanisan gas alam. H 2 S merupakan gas korosif apabila bercampur dengan moisture dan CO 2 yang lepas dari sistem dan keluar ke atmosfer akan menyebabkan efek rumah kaca. CO 2 dapat menurunkan nilai bakar gas alam, sehingga harus diminimalisir kandungannya dalam gas alam. Salah satu proses pengambilan gas tersebut adalah dengan cara absorpsi reaktif menggunakan larutan MDEA dengan promotor Potassium Methionine (PM), karena pelarut ini mempunyai sifat selektif terhadap penyerapan H 2 S dan CO 2. Proses absorbsi gas CO 2 dan H 2 S yang dilakukan dalam tray column merupakan pilihan yang lebih baik dari pada packed column yaitu untuk menghindari masalah distribusi liquida di dalam kolom yang berdiameter besar dan untuk mengurangi ketidakpastian dalam pembesaran skala. Penelitian ini bertujuan untuk menggunakan model matematik dan simulasi untuk proses absorpsi CO 2 dan H 2 S dari gas alam dengan larutan MDEA dan promotor PM menggunakan tray column. Pada kajian teoritis ini diperlukan data-data seperti konstanta kesetimbangan reaksi, laju reaksi, data kelarutan, koefisien perpindahan massa pada sisi gas dan liquid yang diperoleh dari literatur. Model matematik yang iii

5 dikembangkan berdasarkan pada transfer massa pada teori film dengan asumsi reaksi pseudo first order. Penyelesaian numerik yang telah dilakukan menunjukan bahwa laju penyerapan meningkat seiring dengan peningkatan temperature karena terjadi peningkatan pada laju reaksinya. Peningkatkan tekanan dapat meningkatkan kelarutan gas sehingga meningkatkan laju absorpsi. Peningkatan konsentrasi akan mempengaruhi hukum aksi massa sehingga laju penyerapan akan semakin meningkat. Jumlah konsentrasi promotor yang digunakan dapat meningkatkan %removal secara signifikan, namun akan cenderung konstan ketika jumlahnya ditingkatkan Kata kunci : absorpsi, MDEA, PM, tray, laju absorpsi, percent removal. iv

6 MODELING AND SIMULATION OF CO 2 & H 2 S ABSORPTION IN ACTIVATED MDEA SOLUTION WITH POTASSIUM METHIONINE (PM) USING THE TRAY COLUMN Compiled by : Alif Ramadhani Utomo Veby Iqbal Hariadi Advisor I : Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.S. Advisor II : Dr. Ir. Susianto, DEA ABSTRACT Hydrogen Sulfide (H 2 S) and Carbon Dioxide (CO 2 ) removal in natural gas is the most important process in the natural gas plant. H 2 S is a corrosive gas when mixed with moisture and release CO 2 into the atmosphere will cause the greenhouse effect. CO 2 can reduce the heating value of natural gas, so it should be minimized its content in natural gas. One of the gas removal method is reactive absorption using MDEA solution with promotor Potassium Methionine (PM), because it has the properties as selective solvent for absorption of H 2 S and CO 2. The process of absorption of CO 2 and H 2 S gas is conducted in a tray column is a better choice than the packed column that is to avoid distribution problems Liquid in large diameter columns and to reduce uncertainties in an enlarged scale. In this theoretical study required data such as the equilibrium constant of the reaction, the reaction rate, the data solubility, mass transfer coefficient on the gas side and the liquid obtained from the literature. Developed a mathematical model based on mass transfer in film theory assuming a pseudo first order reaction. Numerical solution that has been done shows that the rate of absorption increases with increasing temperature due to an increase in the rate of reaction. Increasing the pressure can increase the solubility of the gas so as v

7 to increase the rate of absorption. Increased concentration will affect the law of mass action so that the rate of absorption will increase. Total concentration of promoter used can significantly increase the% removal, but will tend to be constant when the number has been increased Keywords: absorption, MDEA, PM, tray, absorption rate, percent removal vi

8 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur kami ucapkan ke hadirat Allah Yang Maha Kuasa atas segala rahmat dan karunia-nya sehingga kami dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul: SIMULASI DAN PEMODELAN ABSORPSI CO 2 DAN H 2 S DALAM LARUTAN MDEA DENGAN PROMOTOR POTASSIUM METHIONINE (PM) MENGGUNAKAN TRAY COLUMN. Skripsi ini disusun untuk melengkapi persyaratan penelitian skripsi dalam memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) pada bidang Studi S1 Teknik Kimia di Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Pada kesempatan ini dengan kerendahan hati kami menyampaikan terima kasih kepada: 1. Allah SWT yang telah mempermudah segala urusan kami dan selalu mengaruniakan kesehatan kepada kami. 2. Kedua orang tua dan keluarga kami yang telah memberikan segalanya yang tak mungkin tercantumkan dalam tulisan ini. 3. Bapak Juwari, S.T, M.Eng, Ph.D, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya. 4. Bapak Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.S, selaku Dosen Pembimbing 1 dan Kepala Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa atas bimbingan dan saran yang telah diberikan. 5. Bapak Dr. Ir. Susianto, DEA. selaku Dosen Pembimbing 2 atas bimbingan dan saran yang telah diberikan. 6. Bapak Prof. Ir. Dr. Nonot Soewarno, M.Eng, Bapak Fadlilatul Taufany, S.T, Ph.D, Ibu Dr. Yeni Rahmawati, S.T., M.T, dan Siti Nurkhamidah, ST., MSc., Ph.D selaku Dosen Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa, atas bimbingan dan saran yang telah diberikan. vii

9 7. Bapak dan Ibu Dosen Pengajar atas segala ilmu yang diberikan serta seluruh karyawan Jurusan Teknik Kimia FTI-ITS Surabaya. 8. Teman-teman di Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa atas doa, semangat, perhatian dan kasih sayang selama ini. 9. Teman-teman K53 yang telah memberikan dukungan dan bantuan sehingga kami dapat menyelesaikan skripsi ini. 10. Seluruh pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu persatu, yang turut membantu kami. Kami menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran dari para pembaca sangat penulis harapkan sebagai upaya peningkatan kualitas dari skripsi ini. Surabaya, Juli 2017 Penyusun viii

10 DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAK...iii ABSTRACT...v KATA PENGANTAR...vii DAFTAR ISI...ix DAFTAR GAMBAR...xi DAFTAR TABEL...xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian...5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Absorpsi Fisik Absorpsi Disertai Reaksi Kimia Alkanolamine Jenis Promotor Kinetika Reaksi Tipe Kolom Penelitian yang Sudah Dilakukan...28 BAB III METODE PENELITIAN Sistem yang Ditinjau Model Matematika Penyelesaian Numerik Pembuatan Program Validasi Data Analisa Model Matematis Variabel Penelitian..43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN...45 ix

11 4.1 Pengaruh Temperatur (K) Terhadap Percent Recovery Pengaruh Tekanan (atm) Terhadap Percent Recovery Pengaruh Konsentrasi MDEA (%wt) Terhadap Percent Recovery Pengaruh Konsentrasi Potassium methionine (%wt) Terhadap Percent Recovery Distribusi Konsentrasi Komponen Dalam Gas Distribusi Konsentrasi Komponen Dalam Liquid Validasi Data Simulasi MATLAB dengan HYSYS dan Eksperimen Perbandingan Hasil Simulasi Matlab Dengan Variasi Jenis Promotor...57 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran...60 DAFTAR PUSTAKA...xiii DAFTAR NOTASI...xvi LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C x

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik Pelarut Alakanolamina...20 Tabel 2.2 Penelitian yang Sudah Dilakukan...29 Tabel 4.1 Validasi hasil simulasi MATLAB dan HYSYS...56 Tabel 4.2Validasi hasil simulasi MATLAB dan Eksperimen.56 Tabel 4.3Perbandingan hasil simulasi MATLAB dengan variasi jenis promotor.57 xi

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Konsep teori 2 film Whitman untuk perpindahan massa fase gas - cair...8 Gambar 2.2 Surface Renewal Model...10 Gambar 2.3 Tranfer Massa Gas ke Dalam Liquida Disertai Reaksi Kimia...15 Gambar 2.4 Tipe tray...27 Gambar 2.5 Perbandingan Tipe Tray...28 Gambar 3.1 Langkah-langkah pembuatan model matematik untuk proses absorpsi gas CO2 dari gas alam ke dalam larutan promotor MDEA dengan aktivator PM di dalam tray column...32 Gambar 3.2 Sistem Absorpsi Gas CO 2 dari Gas Alam ke dalam Larutan MDEA dengan Aktivator PM di dalam Tray Column...33 Gambar 3.3 Skema untuk Tray Absorber...39 Gambar 3.4 Model Satu Tray Dalam Bentuk CSTR...40 Gambar 4.1 Grafik pengaruh temperatur larutan MDEA terhadap percent removal CO Gambar 4.2 Grafik pengaruh temperatur larutan MDEA terhadap percent removal H 2 S...46 Gambar 4.3 Grafik pengaruh tekanan larutan MDEA terhadap percent removal CO Gambar 4.4 Grafik pengaruh tekanan larutan MDEA terhadap percent removal xii

14 H 2 S...48 Gambar 4.5 Grafik pengaruh konsentrasi MDEA (%wt) terhadap percent removal CO Gambar 4.6 Grafik pengaruh konsentrasi MDEA (%wt) terhadap percent removal H 2 S...50 Gambar 4.7 Grafik pengaruh konsentrasi PM (%wt) terhadap percent removal CO Gambar 4.8 Grafik pengaruh konsentrasi PM (%wt) terhadap percent removal H 2 S...52 Gambar 4.9 Distribusi konsentrasi komponen gas CO 2 dan H 2 S di dalam tray column..53 Gambar 4.10 Distribusi konsentrasi komponen liquid CO 2 dan H 2 S di dalam tray column...54 Gambar 4.11 Distribusi konsentrasi komponen liquid CO 2 dan H 2 S di dalam tray column...55 xiii

15 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dalam beberapa tahun terakhir, minat pada pengembangan teknologi penghilangan karbon dioksida (CO 2 ) dan Hidrogen Sulfida (H 2 S) semakin meningkat karena dampaknya pada pemanasan global dan perubahan iklim, yang terutama disebabkan oleh emisi CO 2.Selain itu, CO 2 dan H 2 S biasanya banyak terdapat pada eksplorasi gas alam. Gas alam (NG) merupakan sumber daya alternatif yang memiliki kandungan CO 2 dan H 2 S yang tinggi yang membutuhkan proses pemisahan sebelum diolah lebih lanjut. Sebagai pengotor, CO 2 dan H 2 S bisa menjadi zat yang bersifat korosif dengan adanya air dan menyebabkan kerusakan di jaringan pipa gas. Kandungan CO 2 yang tinggi dalam pipa dapat memberikan efek negatif, antara lain menurunkan nilai bakar (heating value) gas alam, menyebabkan korosi pada peralatan proses dan berpotensi terjadinya pembekuan (freezing) dalam pipa. Freezing berkaitan dengan suhu gas alam yang dipasarkan pada suhu sangat rendah yaitu -161 o C dalam bentuk LNG dimana pada suhu tersebut CO 2 akan berada dalam keadaan beku. Sedangkan H 2 S merupakan gas beracun yang sangat korosif terhadap peralatan diproses kilang. Berdasarkan informasi tentang pengaruh negatif tersebut, dapat disimpulkan bahwa proses penyisihan CO 2 dan H 2 S merupakan tahapan penting dalam pengolahan gas alam keseluruhan. Terdapat banyak proses penyisihan H 2 S dan CO 2 diantaranya adalah adsorpsi, absorpsi, cryogenic dan teknologi membran. Diantara metode tersebut pemisahan dengan metode absorpsi baik dengan larutan alkali (larutan amina) atau pelarut fisik (larutan glikol) adalah metode yang paling banyak digunakan dan paling efektif, namun absorpsi dengan pelarut fisik tidak ekonomis (Kohl,1997). 1

16 Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya. Absorben berbasis amina, seperti monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), N- metildietanolamina (MDEA) dan di-2-propanolamine (DIPA) adalah absorben yang paling banyak digunakan karena reaktivitas tinggi dengan CO 2 serta reaksi berlangsung secara reversible sehingga proses removal menjadi lebih mudah. Dari beberapa larutan amina yang ada,mdea dipilih karena mempunyai beberapa keuntungan yaitu, tekanan uap rendah, dapat digunakan hingga konsentrasi 60% berat tanpa adanya komponen yang hilang akibat adanya penguapan, stabil pada suhu tinggi, sedikit korosif, panas reaksi rendah, dan selektivitas terhadap H 2 S tinggi, dimana reaksi antara MDEA dengan CO 2 dan H 2 S adalah sebagai berikut : CO 2 + (C 2H 4OH) 2CH 3N + H 2O CH 3N (C 2H 4OH) 2H + + HCO 3 (1.1) (C 2H 4OH) 2CH 3N + H 2S CH 3N (C 2H 4OH) 2H + + HS (1.2) Larutan MDEA kemudian dicampurkan dengan aktivator spesifik potassium methionine (PM) yang berfungsi meningkatkan proses penyerapan. Penggunaan PM yang ditambahkan pada pelarut berfungsi untuk mengaktifkan pelarut MDEA.PM adalah pelarut yang stabildengan kapasitasnya sebagai penangkap CO 2, memiliki tingkat penyerapan CO 2 yang tinggi, tidak mudah terdegradasidan oksidatif (Mazari, 2016). Absorber yang akan digunakan pada penelitian ini yaitu jenis absorber tray atau plate tower. Tray column adalah kolom pemisah berupa silinder tegak dimana bagian dalam dari kolom berisi sejumlah tray atau plate yang disusun pada jarak tertentu (tray/plate spacing) di sepanjang kolom. Cairan dimasukan dari puncak kolom dan dalam perjalanannya cairan akan mengalir dari tray yang satu ke tray yang lain yang ada di bawahnya. Selama proses berlangsung, di setiap tray akan terjadi kontak antara fase cair dengan fase uap yang dimasukkan dari dasar kolom. Dalam beberapa tahun terakhir telah dilakukan penelitian mengenai optimasi penyisihan CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA.Menurut Van Loo dkk (2007) dengan menambahkan 2

17 promotor MEA sebesar 2,5% mol ke dalam larutan MDEA mampu mengurangi kebutuhan jumlah tray dari 40 ke 25. Namun kelemahannya adalah promotor MEA hanya meningkatkan nilai enhancement factor pada bagian atas kolom saja. Penelitian lebih lanjut mengenai proses penyisihan CO 2 dan H 2 S juga telah dilakukan oleh Rozi.M (2009) dengan umpan gas alam yang telah divalidasikan pada industri migas dengan jenis valve tray dan diameter tray 2,2 m serta jumlah tray sebanyak 12 dimana penelitian ini menggunakan pelarut MDEA tanpa menggunakan tambahan aktivator PM. Model yang digunakan adalah model film dengan pendekatan enhancement factor dalam kondisi isotermal. Dimana hasil penelitian tersebut menunjukan bahwa semakin tinggi suhu semakin besar nilai persen removal gas CO 2 dan H 2 S, demikian juga dengan konsentrasi dan tekanan dimana kenaikannya diiringi dengan bertambahnya nilai persen removal gas CO 2 dan H 2 S sehingga didapatkan kondisi optimum operasi yaitu tekanan 30 atm, suhu larutan MDEA 40 o C dan konsentrasi MDEA 0,0043 gmol/cm 3. Dimana persen removal yang didapatkan pada penelitian menunjukan penyimpangan 14,7% untuk gas CO 2 sedangkan untuk gas H 2 S sebesar 0,16%. Kemudian, Baniadam dkk.,(2009) menunjukan bahwa model matematis dengan twofilm theory akan memberikan fenomena distribusi suhu serta nilai enhancement factor pada tiap tray. Sedangkan menurut Ibrahim dkk.,(2014),menjelaskan bahwa penggunaan promotor potassium methionine didalam penyisihan CO 2 pada gas alam sebanyak 3% menurunkan jumlah CO 2 yang terkandung didalam umpan hingga kurang dari 1% yang mana keadaan tersebut tidak dapat dicapai oleh larutan MDEA saja tanpa adanya penambahan promotor PM, selain itu kenaikan suhu sebesar 10 o C akan meningkatkan penyerapan CO 2 sebesar 0,5% secara bertahap dengan menambahkan konsentrasi dari PM dalam konsentrasi rendah. Sedangkan tekanan didalam kolom akan memberikan efisiensi tertinggi pada tekanan sekitar 20 bar. 3

18 Borhani dkk.,(2015) dalam studinya menjelaskan mengenai penggunaan rate-based model didalam absorpsi reaktif antara CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA di dalam packed column eksperimen tersebut hasil yang didapatkan adalah model absorber menunjukan bahwa seiring bertambahnya konsentrasi acid gases didalam umpan maka akan diiringi dengan penurunan area spesifik permukaan packing dan koefisien neraca massa overall bertambah seiring dengan penambahan umpan absorben di dalam packed column. Dengan mempertimbangkan penelitian-penelitian tersebut, perlu dilakukannya penelitian absorpsi gas CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA dan katalis PM di dalam kolom sieve tray untuk membuat simulasi absorpsinya dan hasilnya akan divalidasi dengan eksperimen Perumusan Masalah Menggunakan model two-film theory dengan pendekatan enhancement factor di dalam absorpsi reaktif CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA berpromotor PM menggunakan tray column dan mempelajari distribusi pengaruh variabel-variabel proses terhadap % CO 2 dan % H 2 S removal Batasan Masalah Untuk membatasi masalah yang akan dibahas maka digunakan asumsi-asumsi : 1. Absorpsi CO 2 dan H 2 S terjadi pada kondisi steady state. 2. Fase liquid mengandung komponen non-volatile sehingga tidak ada material atau energi yang hilang karena evaporasi. 3. Pola aliran liquid adalah Crossflow. 4. Reaksi pada fase liquid seluruhnya terjadi dalam film. 5. Properti-properti fisik dari fase gas bergantung pada suhu dan mengasumsikan gas ideal. 6. Reaksi berlangsung dengan kondisi isothermal Tujuan Penelitian 4

19 Tujuan dari penelitian ini adalah: 1. Menggunakan model matematika di dalam proses absorpsi gas CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA berpromotor PM menggunakan tray column. 2. Melakukan validasi model matematika dengan membandingkan hasil prediksi dengan HYSYS dan data eksperimen. 3. Mengkaji secara teoritis pengaruh distribusi berbagai variabel proses seperti suhu, tekanan, konsentrasi larutan MDEA, dan konsentrasi promotor terhadap efisiensi absorpsi Manfaat Penelitian Dari hasil penelitian diharapkan dapat dijadikan acuan pada industri untuk merancang unit pemisahan CO 2 dan H 2 S dalam menganalisa dan mengoptimasi kinerja unit tersebut. 5

20 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi. Secara umum, absorpsi reaktif dikenal sebagai penyerapan gas dalam medium cair dengan reaksi kimia. Proses tersebut memiliki beberapa keuntungan dimana dalam proses tersebut dapat meningkatkan yield reaksi dan selectivity, mengatasi hambatan termodinamika seperti reduksi dalam konsumsi energi, air dan pelarut. Oleh karena adanya interaksi antara reaksi kimia dan perpindahan massa dan panas yang cukup kompleks (Gorak & Kenig, 2005). 2.1 Absorbsi Fisik Absorbsi merupakan suatu teknik pemurnian gas paling penting. Teknik ini menyangkut perpindahan massa suatu material dari fase gas ke fase cair melalui batas fase. Material yang diserap dapat larut secara fisik dalam cairan, maka disebut absorbsi fisik, atau bereaksi secara kimia dengan cairan disebut absorbsi kimia. Absorbsi fisik adalah absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan tanpa disertai reaksi kimia, misalnya absorbsi CO 2 atau H 2 S dengan menggunakan pelarut-pelarut air, n-methyl-2- pyrolidone, methanol, dan propylene carbonate (Kohl & Nielsen, 1997). Ada bebrapa teori yang digunakan untuk menggambarkan fenomena perpindahan massa yang terjadi pada absorbsi fisik. (Astarita, 1967), yakni: 1. Teori 2 film 6

21 2. Teori penetrasi 3. Teori pembaharuan permukaan Teori Lapisan Film (Film Model) Teori dua film diajukan oleh Whitman pada tahun 1923 dan pada tahun 1928 Hatta menggunakan model ini untuk memodelkan absorbsi disertai reaksi kimia. Pada teori ini dianggap ada suatu lapisan stagnan dalam kedua fase sepanjang interface. Di dalam fase gas perpindahan massa komponen A kedalam interface mengalami tahanan dalam film gas dan tahanan perpindahan massa komponen A dari interface ke badan cairan film cair (Treybal, 1980). Bila diterapkan pada suatu proses absorpsi yang dikendalikan oleh sisi cair, model teori film mengevaluasi laju absorpsi per satu satuan luas permukaan R: CA RDA (2.1) x x0 Secara skematis model film Whitman diberikan pada persamaan 2.1. Gradien konsentrasi A antara x = 0 sampai x = adalah konstan dalam film stagnan bila tidak terjadi generasi atau reaksi kimia. Gradien konsentrasi untuk model Whiteman diberikan pada persamaan berikut: CA CAi CA0 (2.2) x x0 Koefisien perpindahan massa untuk sisi cair k L, untuk absorbsi fisik diberikan oleh persamaan R kl (2.3) CAi CA0 Sehingga apabila disubstitusikan antara persamaan (2.3) ke persamaan (2.2) maka didapatkan CA R (2.4) x x0 kl Apabila persamaan (2.4) disubstitusikan ke persamaan (2.1) maka didapatkan persamaan 7

22 k D A L (2.5) Gambar 2.1 Konsep teori 2 film Whitman untuk perpindahan massa fase gas-cair Teori dua film merupakan teori untuk keadaan steady state. Diasumsikan bahwa gas dan cairan berada pada kesetimbangan pada interface dan bahwa film-film tipis memisahkan interface dari bagian kedua fase. Karena kuantitas material yang dipindahkan dari interface ke cairan maka dapat diambil hubungan seperti persamaan berikut ini. 0 N k p p k C C (2.6) A G A Ai L A Ai Teori Penetrasi Pada teori penetrasi interface gas-cair dianggap terdiri dari banyak elemen-elemen cairan yang secara terus menerus dibawa hingga permukaan cairan dan sebaliknya oleh gerakan fase cair itu sendiri, Masing-masing elemen cairan selama berada di permukaan dapat dianggap stagnan, dan konsentrasi gas terlarut di dalam elemen dapat dianggap sama di semua bagian. Pada umumnya waktu kontak fluida sangat singkat sehingga selama elemen cairan berada di permukaan terjadi proses difusi molekular gas ke dalam fase cair dalam keadaan unsteady, dan gas hanya sempat menembus fase cair tidak jauh dari permukaan bidang batas. Model teori penetrasi menganggap bahwa semua elemen cairan berada pada permukaan dalam selang waktu yang sama (Astarita, (1967). Dalam teori penetrasi permukaan yang dikembangkan Danckwerts atau yang biasa disebut teori pembaharuan permukaan, permukaan gas cair, dianggap terdiri 8

23 dari banyak elemen-elemen permukaan dengan waktu kontak berbeda-beda. Elemen-elemen cairan ini pada waktunya digantikan dengan cairan segar yang mempunyai komposisi yang sama. Model pembaharuan ini mengganggap bahwa kesempatan elemen permukaan digantikan tidak tergantung waktu kontaknya (Danckwerts, 1970). c F D (2.7) x Teori Pembaharuan permukaan (Surface Renewal) Absorpsi gas digambarkan sebagai penggantian pada interval waktu tertentu elemen-elemen cair pada permukaan dengan cairan dari dalam yang mempunyai komposisi bulk ratarata. Elemen cair pada permukaan tersebut berkontak dengan gas, sehingga elemen ini menyerap gas seolah-olah dalam keadaan stagnan dan mempunyai kedalaman yang tak berhingga. Gambar. 2.2 menunjukkan mekanisme model ini. Laju absorpsi R adalah fungsi waktu kontak elemen dengan gas. Pada umumnya laju absorpsi cepat pada keadaan awal dan kemungkinan menurun dengan waktu. Penggantian elemen cair pada permukaan oleh cairan dari dalam dengan komposisi bulk bisa dilaksanakan karena adanya gerakan turbulen dari cairan. 9

24 Gas Cair Gambar 2.2 Surface Renewal Model Model surface renewal pertama kali disarankan oleh Higbie. Model Higbie ini, menganggap waktu kontak elemenelemen cair di permukaan dengan gas dianggap sama. Waktu kontak ditentukan oleh sifat-sifat hidrodinamika sistem. Makin turbulen cairnya, pergantian elemen-elemen cair makin sering, berarti harga θ makin kecil. Proses difusi molekuler unsteady setiap elemen fluida digambarkan dengan persamaan diferensial: 2 C D A 2 x A C A t (2.8) Dimna t adalah waktu berlalu momen elemen permukaan yang dibawa ke permukaan. Sehingga kondisi batasnya adalah : t 0... C A x 0... C x... C A A C C A0 C ai A0 Dimana kondisi batas (2.9) telah memenuhi penyelesaian, integral Persamaan (2.8) memenuhi Laplace transform kondisi batas adalah: C C A Ai C C A0 A0 erfc 2 x DAt (2.10) Dari Persamaan (2.8) 10

25 CA x x 2 2 DAt ( CAi CA0) e x0 2 Substitusi x = 0 kedalam Persamaan (2.11) 1 DAt A (2.11) CA 2 1 ( C C C C 1 Ai A0) ( Ai A0) x 2 DAt DAt x0 (2.12) Substitusi Persamaan (2.11) ke dalam Persamaan (2.12) 1 DA R DA ( C Ai C A ) 0 ( C Ai C A0 ) (2.13) D t t A Q t 0 t DA Rdt ( C C A0 ) dt 2( C Ai C A0 t Ai ) 0 DAt (2.14) DA 2( C Ai C A0 ) Q DA R' 2( C Ai C A0 ) (2.15) 0 DA R ' k L ( C Ai C A0 ) 2( C Ai C A0 ) (2.16) Maka koefisien tranfer massa didefinisikan sebagai: DA k 0 L 2 (2.17) k 0 L D v 2 A max (2.18) L Model Danckwerts 11

26 Danckwerts mengemukakan fraksi permukaan pada waktu tertentu telah berkontak dengan gas selama waktu antar dan d adalah Se S d. Dimana S adalah fraksi luas permukaan yang diganti dengan liquida dari dalam per satuan waktu. Jadi bila R adalah laju absorpsi sesaat per satuan luas permukaan telah berkontak dengan gas pada waktu t yang untuk absorpsi D A fisik adalah (C Ai C A0 ) maka laju absorpsi rata-rata kedalam liquida adalah harga R yang dirata-ratakan ke seluruh permukaan yang mempunyai waktu antara 0 dan. Jika hipotesis waktu semua permukaan elemen liquida sama dihilangkan, maka laju absorpsi rata-rata adalah: t s R' S R. e d (2.19) 0 Substitusi harga DA R ( C Ai C A0 ) dari Persamaan (2.12) ke dalam Persamaan (2.16) s DA e R ' S ( C Ai C ) A0 d (2.20) Digunakan integral fungsi gamma (Г): 0 Dan Г(0.5)= 0 X n e x dx 1 n 1 ( n 1) (2.21) 12

27 Dari Persamaan (2.17) λ=s, X=0 dan n=-0.5 substitusikan hargaharga ini ke Persamaan (2.20): R' ( C ( C Ai R' ( C Ai C Ai C A0 C A0 ) S A0 ) S ) D d0 ( C DA 1 (0.5) ( C S A A 0 L e s D S k ( C Ai C A0 Ai ) Ai C C A0 A0 ) ) S S DA S DA 1 ( 0.51) ( C ( 0.5 1) Ai C A0 ) D S A (2.22) Sehingga k 0 L D A S ; k 0 L D A (2.23) Absorben yang sekarang sering digunakan sebagai chemical solvent adalah larutan alkanoamin. Alkaloamin yang tersedia secara komersial untuk proses absorbsi diantaranya monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), diisopropanolamine (DIPA), N-methyldiethanolamine (MDEA), dan 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP). Belakangan juga ada pula upaya pemanfaatan Potassium Methionine untuk aktivasi larutan MDEA untuk proses absorbsi CO 2. Untuk mendesain atau mensimulasikan absorbsi yang melibatkan reaksi dibutuhkan. beberapa data penting. Data ini diantaranya 1) Properti fisik (thermal dan transport dari cair dan gas yang terlibat dalam sistem) 2) Data kesetimbangan uap-cair (konfigurasi internal dari column yang digunakan) 3) Data laju reaksi kimia. 2.2 Absorbsi Disertai Reaksi Kimia Absorbsi kimia adalah absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan penyerap disertai reaksi kimia. Misalnya absorbsi CO 2 di dalam larutan K 2 CO 3, Methyldiethanolamine (MDEA), dan 13

28 Diethylethanolamine (DEA). Dalam absorbsi dengan reaksi kimia suatu molekul A (solute), diabsorb ke dalam suatu cairan B (reaktan), dimana komponen A bereaksi dengan komponen B. Reaksi tersebut bisa berlangsung dalam regim cepat, lambat, reversible, irreversible, dan sembarang orde reaksi. Proses keseluruhan dapat diperkirakan menjadi 4 tahap (Astarita, 1967). 1. Difusi A ke fase gas menuju interface gas-cair 2. Difusi A dari interface ke dalam cairan, dan difusi B dari cairan menuju interface serta terjadi reaksi antara A dan B 3. Difusi produk dari reaksi dalam fas cair, produk volatil akan mendifusi ke interface 4. Difusi produk gas menuju fase gas Adanya reaksi kimia dapat mengubah profil konsentrasi A, gradien konsentrasinya akan naik sehingga mempercepat laju absorbsinya dibandingkan dengan absorbsi fisik. Oleh karena itu, untuk memeperhitungkan pengaruh reaksi kimia terhadap konsentrasi komponen yang mendifusi dalam daerah dekat interface, maka dalam persamaan difusi unsteady harus ditambahkan persamaan laju reaksi kimia. Laju absorbsi diturunkan menurut ketiga model perpindahan massa yang dijelaskan sebelumnya. Teori film, teori penetrasi, dan teori pembaharuan permukaan merupakan model-model yang sifatnya sangat teoritis. Model-model ini biasanya mempunyai lingkup penerapan yang relatif lebih luas. Namun pemakaian dari model ini sifatnya praktis, meskipun mempunyai ruang lingkup penerapan yang terbatas, tetapi model ini lebih mudah digunakan dan memerlukan waktu perhitungan yang relatif singkat,. Pada kasus absorpsi gas A kedalam liquida, ada kemungkinan gas terlarut A bereaksi dengan pelarut/reaktan lain dalam liquida dengan laju reaksi r A. Perhatikan Gambar 2.3, neraca massa A elemen volume dv atau (Adx). 14

29 Gambar 2.3 Tranfer Massa Gas ke Dalam Liquida Disertai Reaksi Kimia rate in = rate out + accumulation + reaction rate N N A A c A A ( N A dna) A ( Adx) ra ( Adx) (2.24) t c A A N A A dna A ( A dx) ra ( Adx) (2.25) t c A N A DA fluks difusi A dalam liquida (Fick s first law) x Bila Persamaan (2.24) dibagi dengan A.dx, dan disubstitusi harga N A diperoleh: d dx dc dx c t A A DA ra (2.26) 15

30 D A 2 C 2 x A C t A r A (2.27) Pengaruh Reaksi Kimia pada Laju Perpindahan Massa Dalam sistem multifase reaksi kimia mempengaruhi laju perpindahan massa dalam dua cara yang berbeda: Pada laju reaksi rendah, merubah konsentrasi perpindahan bulk yang terlarut, sehingga menaikkan driving force. Sebaliknya reaksi cepat, gradien konsentrasi dekat interface mempengaruhi enhancement laju perpindahan massa Enhancement Factor Dalam absorpsi gas dimana perpindahan massa gas-liquida yang disertai dengan reaksi kimia dalam fase liquida laju absorpsi gas bisa dinaikkan secara signifikan. Secara umum untuk menjelaskan pengaruh konsep enhancement factor ini diterapkan, dimana enhancement factor E didefinisikan sebagai perbandingan laju spesifik absorpsi gas dalam liquida reaktif dengan laju spesifik absorpsi pada kondisi identik dalam liquida non reaktif (perpindahan massa fisika). Beberapa model teoritis telah dikembangkan untuk menghitung pengaruh ini, karena pentingnya enhancement factor untuk tujuan perancangan. Model yang paling banyak dipergunakan adalah film model, Higbie penetration model dan Danckwerts surface renewal model. Enhancement factor E dapat diperkirakan secara numerik dengan menggunakan Persamaan (2.31) dan menggunakan model transfer massa interface tertentu. Pada reaksi order dua searah persamaan dapat diselesaikan menurut film model. 2 C A D A k2c 0 2 ACB (2.28) x 16

31 2 CB D B zk 2 2C ACB x 0 (2.29) Dengan kondisi batas: C A = C Ai x = 0 C A = C A0 x = δ (2.30) C B = C B0 x = δ dc B 0 dx x = 0 Van Krevelen dan Hoftijer (1948) telah menyelesaikan persamaan diatas menggunakan metode pendekatan dan hasil dapat direpresentasikan dalam pers (2.31): Ei E M Ei 1 E (2.31) Ei E tanh M Ei 1 Dimana Ei = enhancement factor yang berhubungan reaksi instan dan M D k A 2 B0 (2.32) k 1 C Ei D B B0 1 (2.33) zd C A C Ai 17

32 R' E (2.34) k 1C Ai Regim Reaksi Dalam fenomena absorpsi reaktif ada dua proses kompetitif yang harus diperhatikan yaitu reaksi dan difusi. Laju relatif proses ini digambarkan sebagai waktu reaksi dan difusi. Waktu reaksi t R adalah ukuran waktu yang dibutuhkan reaksi kimia untuk merubah sejumlah konsentrasi reaktan yang terbatas. Waktu difusi t D adalah ukuran waktu yang tersedia fenomena difusi molekuler terjadi sebelum bercampur dalam fase liquida menjadi konsentrasi yang sama. t D Rasio tak berdimensi dipergunakan untuk t R menghitung laju reaksi dan difusi relatif. Parameter penting lain adalah Bilangan Hatta yang didefinisikan sebagai DAk2CB0 M (2.35) k L Ada tiga regim reaksi yang didefinisikan sebagai laju relatif reaksi dan difusi: <<1 dan M < 0.02 reaksi ini sangat lambat untuk mendapatkan pengruh yang signifikan pada fenomena difusi dan tidak terjadi rate enhancement. Enhancement factor itu E. Kondisi ini sebagai Slow Reaction Regime dalam regim reaksi kimia yang hanya menjaga konsentrasi solut rendah. --- dan 0.02 < M < 2,batas reaksi cepat tertentu Instantaneous Reaction Regim tercapai bila semua tahanan transfer massa yang disebabkan kinetika kimia telah dihilangkan, pada titik dan enhancement factor untuk reaksi instan E akan sangat besar. Harga E yang dihitung adalah 10 2 sampai >>1 dan M > 2, reaksi ini cukup cepat untuk menghasilkan rate enhancement yang signifikan Fast Reaction Regime. 18

33 2.3 Alkanolamine Alkanolamine dapat diklasifikasikan menjadi tiga berdasarkan struktur kimianya, yaitu primary amine, secondary amine dan tertiary amine. Primary amine memiliki satu rantai alkanol dan dua atom hidrogen yang terikat atom nitrogen, contohnya adalah monoethanolamine (MEA). Secondary amine memiliki dua rantai atom alkanol dan satu atom hidrogen yang terikat atom nitrogen, contohnya adalah diethanolamine (DEA) dan diisopropylamine (DIPA). Tertiary amine tidak memiliki atom hidrogen, secara langsung terikat atom nitrogen, contohnya adalah methyldiethanolamine (MDEA) (Cullinane, 2005; Wang, 2011). Keunggulan senyawa alkanolamine dalam menyerap gas karbon dioksida adalah laju absorpsi cepat dan biaya pelarut murah. Namun terdapat beberapa kelemahan senyawa amine seperti panas absorpsi tinggi, tidak dapat memisahkan senyawasenyawa merkaptan, konsumsi energi untuk regenerasi pelarut cukup tinggi, dan bersifat korosif. Alkanolamina adalah senyawa kimia dengan gugus hidroksi (-OH) dan gugus amino (-NH2, -NHR, dan NR2) pada rantai alkana. Alkanolamina adalah pelarut preferensial yang digunakan oleh kilang minyak dan pabrik gas alam. Berbagai jenis alkanolaminea telah digunakan meliputi Monoethanolamine (MEA), Diethanolamine (DEA), Diglycolamine (DGA), Diisopropanolamine (DIPA), dan Methyldiethanolamine (MDEA). Prefiks mono, di dan tri menyatakan derajat substitusi radikal pada gugus amino nitrogen. Kriebel dkk., (1998) menyarankan bahwa ethanolamines lebih stabil secara kimia, bersih, dan cairan tanpa warna. Alkanolamines stabil secara kimia, dan dapat dipanaskan hingga ke titik didih saat dekomposisi, kecuali triethanolamine yang cukup reaktif secara kimia dan dapat terdekomposisi di bawah boiling point F. Berdasarkan gugus alkanol yang terikat dengan atom nitrogen, alkanolamina diklasifikasikan menjadi amina primer, sekunder, dan tersier. Maddox dkk., (1998) 19

34 melaporkan bahwa masing-masing alkanolamina memiliki setidaknya satu gugus hidroksil dan satu gugus amino. Gugus hidroksil mengurangi tekanan uap dan meningkatkan kelarutan di dalam air dimana gugus amino meningkatkan alkalinitas dalam larutan air untuk bereaksi dengan gas asam. Amina primer dan sekunder memiliki ikatan atom nitrogen dengan atom hidrogen yang masih dapat disubsitusi oleh gugus hidroksil, sedangkan atom nitrogen pada amina tersier tidak berikatan dengan atom hidrogen. Pada proses absorpsi CO 2 dari gas alam, biasanya digunakan pelarut kimia golongan alkanolamina, yaitu monoethanolamina (MEA), diethanolamina (DEA), dan metildiethanolamina (MDEA), yang dipilih berdasarkan kecepatan laju absorpsi, kemampuan penyerapan CO 2 yang tinggi dan kemudahan regenerasi. Perbandingan karakteristik pelarut alakanolamina dapat dilihat pada tabel II.1 di bawah ini. Tabel 2.1 Perbandingan Karakteristik Pelarut Alakanolamina Pelarut Kelebihan Kekurangan Monoethanole Sangat reaktif Alat rentan Amine(MEA) terhadap CO 2 mengalami korosi, dan H 2 S. terutama jika Mampu konsentrasinya di menghilangkan CO 2 dan H 2 S atas 20%wt. Mengalami reaksi secara irreversible dengan bersamaan. COS dan CS 2 Recovery CO 2 sehingga tidak cocok dan H 2 S tinggi. digunakan untuk gas Harganya yang mengandung paling murah kedua senyawa dibanding pelarut amin tersebut. Tekanan uapnya lainnya. tinggi sehingga banyak massa yang 20

35 Pelarut Kelebihan Kekurangan hilang saat diregenerasi. Energi yang dibutuhkan untuk regenerasi cukup tinggi. Tekanan Dapat bereaksi uapnya lebih dengan CO 2 secara rendah irreversible sehingga dibanding MEA pelarut ini tak sehingga optimal jika mengurangi digunakan untuk kehilangan Diethanole Amine (DEA) Methyl Diethanole Amine (MDEA) massa regenerasi. Dapat digunakan untuk absorpsi gas yang yang mengandung COS dan CS saat Tekanan uapnya sangat rendah sehingga dapat digunakan dengan konsentrasi sampai 60%wt. Sangat selektif terhadap CO 2. Tidak korosif. Banyak digunakan absorpsi gas dengan kandungan CO 2 yang tinggi. Akibat keselektifannya yang tinggi terhadap CO 2, maka akan terjadi H 2 S slippage sehingga absorpsi H 2 S kurang maksimal. Oleh karena itu pelarut ini biasanya digunakan untuk absorpsi gas CO 2 tanpa adanya H 2 S.

36 Pelarut Kelebihan Kekurangan untuk absorpsi Harganya paling dengan mahal di antara kandungan CO 2 pelarut amina yang tinggi. Energi untuk regenerasi rendah. lainnya. (Sumber: Kohl & Nielsen, 1997 ; Kidnay, 2006) 2.4 Jenis Promotor DL-Methionine DL-Methionine merupakan salah satu asam amino esensial yang terdapat dalam tubuh manusia, senyawa ini merupakan asam amino dengan gugus amina primer. Dalam keadaan aqueous tanpa adanya zat terlarut lain, secara umum asam amino berada dalam keadaan zwitter ion, dimana terdapat gugus bermuatan negatif (karboksil) dan gugus bermuatan positif (amina). Menurut Majchrowicz (2008) penambahan basa kuat seperti KOH pada zwitter ion ini akan menghilangkan proton pada gugus amina dan menjadikannya molekul bermuatan negatif (ter-deprotonisasi), molekul inilah yang nantinya dapat mengikat karbondioksida dan menjadi karbamat sesuai dengan penelitian yang dilakukan Lerche pada tahun H H H3NRCOOH OOCRNH 3 RNH 2COO (2.34) CO2 H2 NRCOO OH RNH ( COO) 2 H2O (2.35) Piperazine Piperazine (PZ) secara bebas larut dalam air dan etilena glikol, tetapi tidak larut dalam dietil eter dan merupakan basa lemah. Piperazine mudah menyerap air dan karbon dioksida dari udara. Meskipun banyak turunan piperazine terbentuk secara alami, piperazine sendiri dapat disintesis dengan mereaksikan 22

37 amonia beralkohol dengan 1,2-dikloroetana, oleh aksi natrium dan etilena glikol pada etilen diamin hidroklorida, atau dengan pengurangan pyrazine dengan natrium dalam etanol. Piperazine pada umumnya tersedia industri adalah sebagai hexahydrate (C 4 H 10 N 2. 6H 2 O) yang meleleh pada 44 C dan mendidih pada C 2.5 Kinetika Reaksi Mekanisme reaksi dari absorbsi CO 2 dengan menggunakan promoter DL-Methionine dalam larutan MDEA adalah sebagai berikut. K1, k21 CO2 R1 R2 R3 N H2O R1 R2 R3 NH HCO3 (2.36) K2, k22 CO2 H2NRCOO OH RNH ( COO) 2 H2O (2.37) K3, k23 CO2 R1 R2R3 N H2NRCOO RNH ( COO) 2 R1R 2R3NH (2.38) CO OH HCO (2.39) K4, k HCO H O CO H O K (2.40) K6 H2NRCOO H2S H3 NRCOO HS (2.41) K7 RNH ( COO) 2 H3O H3NR( COO) 2 H 2O (2.42) K8 R1 R2R3 N H3O R1 R2R3 NH H 2O (2.43) K9 2 H2O H3O OH (2.44) 23

38 Untuk sistem CO 2 -(MDEA-Methionine) nilai k 23 dapat diestimasi dengan persamaan Arhenius, sehingga didapatkan korelasi sebagai berikut. Korelasi ini sesuai hasil eksperimen yang dikerjakan oleh Camacho dkk (2008) ln k23 22, 4 (2.45) T Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Wen Xu (1992) mengenai studi kinetika absorbsi gas karbon dioksida dalam larutan MDEA yang diaktivasi didapatkan hasil bahwa pada dasarnya reaksi overall antara CO 2 dengan MDEA adalah sebagai berikut. CO2 H2O R3 N R3 NH HCO 3 (2.46) Studi kinetika dari reaksi CO 2 dengan MDEA dilakukan dalam sebuah disk column dan pada tekanan atmosfir. Rate absorpsi dari gas CO 2 kedalam larutan MDEA diukur pada rentang konsentrasi kmol/m 3, dan temperatur antara C. Data eksperimen dari laju absorbsi digambarkan sebagai hubungan rapid pseudo-first-order reversible reaction. 1/2 * CO 2 CO2 CO2 2 am CO 2 CO2 N H D k C p p (2.47) k exp (2.48) T Dalam larutan MDEA yang telah diaktivasi, model dari laju absorbsi bisa digambarkan sebagai dua paralel rapid pseudofirst-order reversible reaction dan laju reaksi keseluruhan dari karbon dioksida adalah. * 2 am p p CO CO r k C k C C C (2.49) 2 2 Dimana C am dan C p adalah konsentrasi dari amine dan potassium methionine. Sedangkan nilai plot Arhenius untuk k p diberikan pada persamaan berikut. 11 k exp 6424 / T p 24

39 Pinsent et al. Melakukan pengukuran terhadap reaksi antara CO 2 dengan ion hidroksida dari 0-40 C. Dimana dinyatakan bahwa reaksi adalah reaksi orde dua. CO OH HCO (2.51) koh ( m / kmol s) exp T (2.52) Berdasarkan data eksperimen yang dilakukan oleh Liu dkk (2002). Reaksi yang terjadi saat absorpsi gas CO 2 kedalam larutan MDEA berpromotor potassium methionine adalah sebagai berikut. CO 2 + OH - HCO - 3 (2.53) CO 2 + H 2 O + R 3 N R 3 NH + + HCO - 3 (2.54) CO 2 + H2NRCOO + OH - RNH( COO) + H 2 2 O (2.55) Berdasarkan reaksi diatas maka rate reaksi antara CO 2 dengan MDEA adalah sebagai berikut. r 1 = k OH (OH - )(C CO2 -C * CO2) (2.56) r 2 = (k MDEA C MDEA +k P C P )(C CO2 -C * CO2) (2.57) Dimana C MDEA dan C P adalah konsentrasi MDEA dan potassium methionine. Sedangkan k OH-, k MDEA dan kp adalah berturut-turut konstanta laju reaksi untuk ion OH-, MDEA dan potassium methionine. Konstanta-konstanta tersebut diperoleh dari penelitian yang dilakukan Xu, dkk (1992). ( ) (2.58) 2.6 Tipe Kolom Absorpsi termasuk proses pemisahan berdasarkan proses difusi. Kecepatan perpindahan massa tergantung pada luas permukaan bidang batas antara fase uap dan fase cair yang saling mengadakan kontak. Saat merancang alat kontak diusahakan mendapatkan luas bidang kotak yang besar sehingga 25

40 meningkatkan efisiensi pemisahan. Secara umum alat kontak bisa diklasifikasikan sebagai tray/plate dan packing Tray Column Tray atau plate tower adalah kolom pemisah berupa silinder tegak dimana bagian dalam dari kolom berisi sejumlah tray atau plate yang disusun pada jarak tertentu (tray/plate spacing) di sepanjang kolom. Cairan dimasukan dari puncak kolom dan dalam perjalanannya cairan akan mengalir dari tray yang satu ke tray yang lain yang ada di bawahnya. Selama proses berlangsung, di setiap tray akan terjadi kontak fase antara fase cairan dengan fase uap yang dimasukkan dari dasar kolom. Secara keseluruhan kontak antara fase dalam tray tower dapat dipandang sebagai aliran lawan arah (countercurrent), meskipun arus yang sebenarnya terjadi arus silang (crossflow). Komponen pada tray column: 1.Downcomer: lubang tempat masuknya aliran dari atas berupa liquid (plate atas) ke plate bawah (kita memandang plate bawah ini sebagai acuan). 2. Downflow: lubang tempat keluaran liquid dari plate atas (kita memandang sebagai acuan) ke plate di bawahnya. 3. Cap: penghalang / pengkontak antara liquid dan uap yang dipasang di setiap tray, bentuk seperti topi yang pinggirnya ada slot untuk mengatur bes ar kecilnya gas yang keluar keatas. 4. Slot: tempat bukaan pada cap yang mempunyai macam-macam bentuk (trapesium, persegi, segitiga) yang berfungsi mengatur bukaan gas yang keluar ke atas sehingga liquid dan gas berkontak secara normal. 5. Baffle: penghalang yang berada di tengah-tengah tray untuk membuat aliran lebih lama berada di tray (penerapan hanya di reverse flow). 26

41 6. Weir: penghalang yang dipasang di pinggir dari downflow utk membuat agar volume liquid yang tertampung di tray banyak, sehingga efektifterjadinya kontak antara liquid dan gas. Tray atau plate adalah alat kontak antar fase yang berfungsi sebagai: 1. Tempat berlangsungnya proses perpindahan 2. Tempat terbentuknya keseimbangan 3. Alat pemisah dua fase seimbang Tipe tray atau plate: 1. Bubble Cap Tray 2. Sieve Tray atau Perforated Tray 3. Ballast atau Valve Tray Gambar 2.4 Tipe Tray 27

42 Gambar 2.5 Perbandingan Tipe Tray 2.7 Penelitian yang Sudah Dilakukan Pemodelan dan simulasi ini merupakan lanjutan dari pemodelan dan simulasi sebelumnya. Pemodelan dan simulasi mengenai absorpsi CO 2 terdahulu menggunakan packed column, sedangkan untuk tray column masih belum begitu banyak dilakukan penelitian. Penelitian yang sudah dilakukan ditunjukkan melalui tabel II.2 berikut. 28

43 Penulis (tahun) Bishnoi, S., and Rochelle, G. T. (2000) Al-Baghli, dkk., (2001) Van Loo dkk., (2007) Baniadam dkk., (2009) Rozi dkk., (2009) Tabel 2.2 Penelitian yang Sudah Dilakukan Judul Hasil Carbon Dioxide Absorption and Solution Equilibrium in Piperazine Activated Methyldiethanolamine A rate-based model for the design of gas absorbers for the removal of CO 2 and H 2 S using aqueous solutions of MEA and DEA The removal of carbon dioxide with activated solutions of methyldiethanol-amine Incorporation of Eulerian- Eulerian CFD framwork in mathematical modeling of chemical absorption of acid gases into methyl diethanol amine on sieve trays Simulasi absorpsi CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA dalam kolom valve-tray 29 Modeling heat transfer model, energy balance dan mass balance untuk absorpsi CO 2 pada K 2 CO 3 berpromotor DEA Mengajukan ratebased model untuk merancang alat absorber gas CO 2 dan H 2 S menggunakan larutan MEA dan DEA Dengan menambahkan promotor MEA sebesar 2,5%mol ke dalam larutan MDEA akan menurunkan jumlah tray dari 40 ke 25 Model matematis yang memberikan fenomena distribusi temperatur serta nilai enhancment faktor pada tiap tray Validasi pada industri migas

44 Penulis (tahun) Ibrahim dkk., (2014) Borhani dkk., (2016) Judul Effect of piperazine on carbon dioxide removal from natural gas using aqueous methyl diethanol amine Modeling study on CO 2 and H 2 S simultaneous removal using MDEA solution Hasil Penggunaan piperazine sebesar 3% sebagai aktivator akan menurunkan jumlah CO 2 yang terkandung di dalam umpan hingga kurang dari 1% Penggunaan ratebased model di dalam absorpsi reaktif antara CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA di dalam packed column 30

45 BAB III METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini dilakukan secara teoritis dengan mengembangkan model matematik proses absorpsi gas CO 2 dari gas alam ke dalam pelarut MDEA dengan penambahan DL- Methionine di dalam tray column dalam kondisi isotermal. Simulasi ini bisa dipergunakan untuk merancang absorber dan melakukan optimasi pengoperasian unit absorber. Sistem yang dipelajari adalah tray column dengan diameter, tinggi, dan jenis tray. Langkah-langkah penelitian dapat dilihat pada gambar 31

46 dibawah. Studi literatur Pengembangan model rate-based absorpsi dengan pendekatan enhancement factor Penyelesaian numerik pembuatan program dengan software Matlab versi 6.1 Tidak Validasi dengan data eksperimen skala pilot-plant Simulasi model terhadap beberapa variabel kondisi Error<0.15 Rate-based model Model matematika pada matlab Numerical Computation Simulasi Penyerapan gas CO 2 pada Matlab Data Geometri: Tipe tray Jumlah tray Diameter tray Tinggi weir Tray spacing Jumlah lubang dalam tray Diameter lubang pada tray Kondisi Operasi: Suhu liquid masuk Suhu gas masuk Tekanan operasi Molefraksi CO 2, H 2S, N 2 Laju alir gas dan ya Analisis faktor simulasi Output : Distribusi komponen Recovery CO 2 dan H 2S Gambar 3.1 Langkah-langkah pembuatan model matematik untuk proses absorpsi gas CO 2 dari gas alam ke dalam larutan promotor MDEA dengan aktivator DL-Methionine di dalam tray column. 32

47 3.1 Sistem yang Ditinjau Sistem yang ditinjau adalah sistem kolom absorber yang ditunjukkan seperti gambar berikut : Larutan MDEA + Potassium Methionine Masuk Gas alam Keluar Gas alam Masuk Larutan MDEA + Potassium Methionine Keluar Gambar 3.2 Sistem Absorpsi Gas CO 2 dari Gas Alam ke dalam Larutan MDEA dengan Aktivator DL-Methionine di dalam Tray Column 33

48 3.2 Model Matematika Sistem Reaksi Kimia Mekanisme reaksi dari absorbsi CO 2 dengan menggunakan promoter DL-Methionine dalam larutan MDEA adalah sebagai berikut : CO R R R N H O R R R NH HCO K1, k CO H COO OH RNH COO K2, k22 2 2NR ( ) 2 H2 O K, k CO R R R N H NRCOO RNH ( COO) R R R NH CO OH HCO K4, k HCO H O CO H O K K8 R1 R2R3 N H3O R1 R2R3 NH H 2O K9 2 H2O H3O OH Data Kinetika Reaksi Untuk sistem CO 2 -(MDEA-Methionine) nilai k 23 dapat diestimasi dengan persamaan Arhenius, sehingga didapatkan korelasi sebagai berikut. Korelasi ini sesuai hasil eksperimen yang dikerjakan oleh Camacho dkk (2008) ln k23 22, 4 (3.9) T 34

49 Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Wen Xu (1992) mengenai studi kinetika absorbsi gas karbon dioksida dalam larutan MDEA yang diaktivasi didapatkan hasil bahwa pada dasarnya reaksi overall antara CO 2 dengan MDEA adalah sebagai berikut. CO2 H2O R3 N R3 NH HCO 3 (3.10) Studi kinetika dari reaksi CO 2 dengan MDEA dilakukan dalam sebuah disk column dan pada tekanan atmosfir. Rate absorpsi dari gas CO 2 kedalam larutan MDEA diukur pada rentang konsentrasi kmol/m 3, dan temperatur antara C. Data eksperimen dari laju absorbsi digambarkan sebagai hubungan rapid pseudo-first-order reversible reaction. 1/2 * CO 2 CO2 CO2 2 am CO 2 CO2 N H D k C p p (3.11) k exp 3984 T (3.12) Dalam larutan MDEA yang telah diaktivasi, model dari laju absorbsi bisa digambarkan sebagai dua paralel rapid pseudofirst-order reversible reaction dan laju reaksi keseluruhan dari karbon dioksida adalah. * 2 am p p CO CO r k C k C C C (3.13)

50 Dimana C am dan C p adalah konsentrasi dari amine dan potassium methionine. Sedangkan nilai plot Arhenius untuk k p diberikan pada persamaan berikut. kp exp 6424 / T (3.14) Pinsent et al. Melakukan pengukuran terhadap reaksi antara CO 2 dengan ion hidroksida dari 0-40 C. Dimana dinyatakan bahwa reaksi adalah reaksi orde dua. CO OH HCO (3.15) koh ( m / kmol s) exp T (3.16) Berdasarkan data eksperimen yang dilakukan oleh Liu dkk (2002). Reaksi yang terjadi saat absorpsi gas CO 2 kedalam larutan MDEA berpromotor potassium methionine adalah sebagai berikut. CO 2 + OH - HCO - 3 (3.17) CO 2 + H 2 O + R 3 N R 3 NH + + HCO - 3 (3.18) CO 2 + H2NRCOO + OH - RNH( COO) 2 + H 2 O (3.19) Berdasarkan reaksi diatas maka rate reaksi antara CO 2 denngan MDEA adalah sebagai berikut. r 1 = k OH (OH - )(C CO2 -C * CO2) (3.20) r 2 = (k MDEA C MDEA +k P C P )(C CO2 -C * CO2) (3.21) 36

51 Dimana C MDEA dan C P adalah konsentrasi MDEA dan potassium methionine. Sedangkan k OH-, k MDEA dan kp adalah berturut-turut konstanta laju reaksi untuk ion OH-, MDEA dan potassium methionine. Konstanta-konstanta tersebut diperoleh dari penelitian yang dilakukan Xu, dkk (1992). ( ) (3.22) Data Perpindahan Massa Estimasi koefisien difusi di dalam campuran gas oleh Taylor dan R. Krishna (1993), dapat menggunakan persamaan dari Fuller, dkk. (1966) yang telah direkomendasikan oleh Reid, dkk. (1987) dan Daubert (1985) sebagai berikut: T MWi MW j DG 1/ 3 1/ 3 P * V V D L 8 7.4x10 T. M V L i 0.6 i W j 0.5 (3.24) Koefisien perpindahan massa sisi gas (k G ) untuk tray column proses absorpsi diperoleh dari korelasi Sharma & Gupta (1967) untuk CO 2 terlarut berkisar 0,015 sampai 0,045 gmol/cm 2.atm. Sedangkan nilai k G pada sieve tray untuk beberapa jenis gas berkisar 1x10-4 sampai 4,5x10-4 gmol/cm 2.atm. 37

52 Koefisien perpindahan massa fase cair diperoleh dari persamaan yang diberikan Calderbank dan Moo-Young (1961): ( ) ( ) (3.26) Dimana ( ) ( ) (3.27) Untuk menghitung interfacial area (a ) berdasarkan perhitungan Calderbank pada sieve tray adalah sebagai berikut: ( ) ( ) ( ) (3.28) 38

53 3.2.5 Pengembangan Model Matematis Proses Absorpsi Pada Tray Column V2, yi 2 Lin, x in V1, yi 1 V0, yi 0 Tray 2 Tray 1 L2, xi 2 L1, xi 1 Vn, yi n Vn+1, yi n+1 Tray j Ln-1, xi n-1 Ln, xi n Gambar 3.3 Skema untuk Tray Absorber Nadhir, dkk. (2001) menentukan persamaan neraca massa untuk komponen liquid dan gas sebagai berikut : Neraca massa sisi liquida : L i, inxi, in Ni, z ri av Li, outxi, out.. Neraca massa sisi gas : 39

54 V i, in yi, in Vi, out yi, out Ni, z... Dalam setiap tray, perhitungan didasarkan pada perhitungan reaktor seri tangki berpengaduk (continnouos stirred tank reactor/ CSTR) jumlah tertentu (N). C N, j-1 Y i,j C 1,j Y i,j C 2,j Y i,j C N-1,j Y i,j Y i,j+1 Y i,j+1 Y i,j+1 Y i,j+1 C 3,j C N,j Gambar 3.4. Model satu tray dalam bentuk CSTR Secara rinci, persamaan-persamaan neraca massa tiap komponen dalam fase liquid dan gas bisa dituliskan sebagai berikut: Neraca massa di sisi liquida: Untuk i = MDEA, r = r 1 + r 2 Lj C L. C ( r)( V) i, j1 j i, j Untuk i = MDEAH +, 40

55 L C L C r( V) j 1 i, j1 j i, j Untuk i = HCO 3 0 Lj C L C r V) ( 1 i, j1 j i, j 1 Untuk i = HS L C L C r V) ( j 1 i, j1 j i, j 2 Untuk i = CO 2 L C L C j1 i, j1 j i, j i 1 0 N av rv... Neraca Massa di sisi gas: 0 Untuk i = CO 2, H 2 S dan N 2 Vi, j 1 Y i, j 1 Vi, jy i, j NiaV 0... Penelitian ini menggunakan pendekatan (simulasi) dengan pengembangan model matematik untuk fenomena transfer massa dan panas disertai reaksi kimia dalam proses absorpsi CO 2 pada kondisi isothermal. Asumsi yang digunakan pada penelitian ini yaitu: - Steady state - Isotermal - Perhitungan tiap tray didasarkan pada perhitungan CSTR 41

56 - Jumlah solven yang menguap diabaikan - Tekanan yang melalui kolom konstan 3.3 Penyelesaian Numerik Penyelesaian dari simulasi dan pemodelan ini menggunakan sitem persamaan aljabar. Sistem persamaan ini diselesaikan secara iteratif dimulai dari tray paling bawah. 3.4 Pembuatan Program Penyelesaian model matematis dari persamaan-persamaan yang telah disebutkan di atas dibuat dalam program Matlab. 3.5 Validasi Data Validasi dilakukan dengan cara membandingkan data hasil prediksi simulasi dengan data eksperimen yang telah dilakukan. 3.6 Analisa Model Matematis Model matematis yang telah dikembangkan akan digunakan untuk menganalisa proses yang terjadi di pabrik. 42

57 3.7 Variabel Penelitian Sistem yang dipelajari Tinggi Kolom : 230 cm Diameter Kolom : 6 cm Jenis Tray : Sieve Ukuran Tray : 6 cm Jumlah Tray : Kondisi yang dibuat tetap Laju alir gas masuk (total): 40,8 m 3 /jam Laju alir MDEA : 1,92 m 3 /jam Fraksi mol komponen feed gas masuk: - Udara : 0,8 - CO 2 : 0,1 - H 2 S :0, Variabel bebas (input) Suhu (C) : 30,40,50,60,70,80,90,100 Tekanan (atm) : 10,20,30,40,50,60 Konsentrasi MDEA (%wt): 10,20,30,40,50 Konsentrasi Potassium Methionine (% wt) : 1, 2, 3, 4, 5 43

58 3.7.4 Variabel respons (output) % recovery CO 2 dan H 2 S Distribusi konsentrasi komponen pada tray column Komposisi gas keluar 44

59 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Penggunaan model film dengan pendekatan enhancement factor secara simulasi yang dilakukan pada penelitian ini bertujuan untuk mengkaji secara teoritis keterkaitan antara proses absorpsi gas CO 2 dan H 2 S dengan menggunakan larutan Methyldiethanolamine (MDEA) berpromotor Potassium Methionine dalam sieve tray dengan variabel-variabel yang dapat mempengaruhi proses. Berdasarkan hasil simulasi ini dapat diketahui pengaruh berbagai kondisi operasi kolom terhadap performa kolom yang dinyatakan dalam persen recovery dan konsentrasi gas CO 2 dan H 2 S keluar kolom. Untuk membatasi masalah yang akan dibahas maka digunakan asumsi-asumsi sebagai berikut : proses absorpsi terjadi pada kondisi steady state, fase liquid mengandung komponen non-volatile sehingga tidak ada cairan yang menguap dan tidak ada energi yang hilang karena evaporasi, pola aliran liquid adalah plug-flow, reaksi pada fase liquid seluruhnya terjadi dalam film, properti fisik dari fase gas bergantung pada suhu dan mengasumsikan gas ideal, dan reaksi berlangsung dalam kondisi isothermal. Sistem yang dipelajari pada penelitian ini adalah hasil simulasi dengan program MATLAB dibandingkan dengan program HYSYS dan hasil eksperimen. Variabel-variabel yang digunakan adalah Temperatur pelarut ( C), Tekanan Operasi (atm), Konsentrasi MDEA (%wt), Konsentrasi promotor (%wt). 4.1 Pengaruh Temperatur Pelarut ( C) Terhadap Percent Recovery Berdasarkan hasil simulasi didapatkan hubungan antara temperatur terhadap percent recovery gas CO 2 dan H 2 S yang ditunjukan pada gambar 4.1 dan

60 Gambar 4.1 Grafik pengaruh temperatur larutan MDEA terhadap percent recovery CO 2. Tekanan 50 atm, suhu gas 30 C, konsentrasi MDEA 40%wt Gambar 4.2 Grafik pengaruh temperatur larutan MDEA terhadap percent recovery H 2 S. Tekanan 50 atm, suhu gas 30 C, konsentrasi MDEA 40%wt Berdasarkan Gambar 4.1 dan 4.2 dapat dilihat bahwa meningkatnya temperatur pelarut maka dapat meningkatkan %recovery gas CO 2 dan H 2 S. Hal ini dikarenakan dengan meningkatnya temperatur maka terjadi peningkatan pada laju reaksi, sehingga semakin banyak jumlah gas CO 2 yang bereaksi dengan solven yang mengakibatkan meningkatnya %recovery gas 46

61 CO 2 dan H 2 S. Hasil ini berkorelasi positif dengan hasil literatur bahwa konstanta laju reaksi dari MDEA dengan gas CO 2 merupakan fungsi temperatur. Namun kita juga harus memperhatikan faktor kelarutan gas, berdasarkan literatur kelarutan suatu gas didalam cairan dipengaruhi oleh temperatur. Dimana jika termperaturnya tinggi maka kelarutan gas di dalam cairan akan semakin mengecil begitu pula jika diturunkan maka kelarutan gas akan semakin meningkat. Hal ini terjadi karena pada temperatur tinggi molekul gas bergerak semakin cepat sehingga mudah meninggalkan pelarutnya. Tetapi jika melihat gambar 4.1 maupun 4.2 dengan adanya peningkatan suhu maka %recovery cenderung meningkat, hal ini menunjukan bahwa pengaruh laju reaksi lebih besar dibandingkan kelarutan gas terhadap %recovery. Selain itu peningkatan temperatur dapat meningkatkan nilai dari konstanta diffusivitas gas. Akibat dari peningkatan nilai ini maka laju perpindahan massa pada sisi tahanan liquid lebih mudah terjadi sehingga secara tidak langsung dapat meningkatkan laju absorpsi. (Danckwerts, 1970) Bila kita memperhatikan antara grafik 4.1 dan 4.2 pengaruh temperatur pada H 2 S mendapatkan %recovery yang lebih tinggi dibandingkan CO 2. Hal ini disebabkan reaksi antara H 2 S dengan MDEA berlangsung secara spontan, sedangkan CO 2 bereaksi secara lambat dengan MDEA maka dari itu ditambahkan promotor ke dalam larutan MDEA untuk meningkatkan %recovery CO 2 secara signifikan. (Danckwerts, 1970) 4.2 Pengaruh Tekanan (atm) Terhadap Percent Recovery Berdasarkan simulasi yang dilakukan, didapatkan hubungan antara tekanan berdasarkan percent recovery yang ditunjukan oleh gambar 4.3 dan

62 Gambar 4.3 Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap percent recovery CO 2. Suhu larutan 40 C, suhu gas 30 C, konsentrasi MDEA 40%wt Gambar 4.4 Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap percent recovery H 2 S. Suhu larutan 40 C, suhu gas 30 C, konsentrasi MDEA 40%wt Berdasarkan gambar 4.3 dan 4.4 dapat dilihat bahwa meningkatnya tekanan operasi maka dapat meningkatkan %recovery gas CO 2 dan H 2 S. Hal ini dikarenakan seiring meningkatnya tekanan maka kelarutan gas dalam cairan akan 48

63 meningkat, begitupun sebaliknya. Kelarutan gas dalam cairan ini meningkat karena jika tekanan ditingkatkan berarti nilai diffusivitas juga akan semakin meningkat, sehingga seolah-olah gas dipaksa untuk masuk ke dalam larutan. Bila kita memperhatikan antara gambar 4.3 dan 4.4 pengaruh tekanan terhadap H 2 S mendapatkan %recovery yang lebih tinggi dibandingkan CO 2. Namun, pengaruh konsentrasi promotor PM terhadap kenaikan tekanan pada gas H 2 S tidak menimbulkan kenaikan yang signifikan hal ini disebabkan karena kelarutan H 2 S lebih dipengaruhi dengan peningkatan nilai kelarutan dengan MDEA dibandingkan dengan kenaikan yang disebabkan oleh peningkatan laju reaksi dengan adanya promotor PM. Sedangkan pada gas CO 2 terjadi kenaikan dengan meningkatnya konsentrasi promotor pada proses operasi tekanan tinggi. Hal ini dikarenakan dengan adanya penambahan promotor maka reaksi antara MDEA dengan CO 2 berjalan lebih cepat disertai meningkatnya nilai dari kelarutan gas ke dalam solven. 4.3 Pengaruh Konsentrasi MDEA (%wt) Terhadap Percent Recovery Hasil yang diperoleh dari simulasi mendapatkan hubungan antara konsentrasi MDEA (%wt) terhadap percent recovery yang ditunjukan oleh gambar 4.5 dan

64 Gambar 4.5 Grafik pengaruh konsentrasi MDEA (%wt) terhadap percent recovery CO 2. Suhu larutan 40 C, suhu gas 30 C, tekanan 50 atm Gambar 4.6 Grafik pengaruh konsentrasi MDEA (%wt) terhadap percent recovery H 2 S Suhu larutan 40 C, suhu gas 30 C, tekanan 50 atm Berdasarkan Gambar 4.5 dan 4.6 dapat dilihat bahwa meningkatnya konsentrasi MDEA (%wt) maka dapat meningkatkan %recovery gas CO 2 dan H 2 S. Hal ini dikarenakan 50

65 bertambahnya konsentrasi akan meningkatkan laju penyerapan dari gas CO 2, dalam hukum aksi massa dijelaskan bahwa jika jumlah perbandingan antara reaktan dengan produk sangat besar maka reaktan bisa dianggap konstan sehingga disebut sebagai reaksi orde satu semu k 1 =k 2 C B 0. Dimana konsentrasi reaktan disemua tempat dalam fasa liquida adalah C B Pengaruh Konsentrasi Potassium Methionine (%wt) Terhadap Percent Recovery Berdasarkan hasil simulasi didapatkan hubungan antara temperatur terhadap percent recovery gas CO 2 dan H 2 S yang ditunjukan pada gambar 4.7 dan 4.8 Gambar 4.7 Grafik pengaruh konsentrasi PM (%wt) terhadap percent recovery CO 2 Suhu larutan 40 C, suhu gas 30 C, tekanan 50 atm dan konsentrasi MDEA 40%wt 51

66 Gambar 4.8 Grafik Pengaruh Konsentrasi (%wt) terhadap percent recovery H 2 S Suhu Larutan 40 C, suhu gas 30 C, tekanan 50 atm Berdasarkan gambar 4.7 dan 4.8 dapat dilihat bahwa dengan peningkatan konsentrasi PM maka dapat meningkatkan %recovery. Hal ini disebabkan karena Potassium Methionine berperan sebagai promotor pada pelarut absorpsi yang disertai reaksi pada sistem larutan MDEA. Pada grafik terlihat bahwa terjadi kenaikan begitu signifikan pada %recovery CO 2 dari 0-3%wt sedangkan pada rentang 3-5%wt cenderung akan menuju konstan. Sedangkan pada %recovery H 2 S kenaikan yang terjadi tidak begitu signifikan karena reaksi antara gas H 2 S dengan larutan MDEA sudah berlangsung secara spontan maka promotor tidak berpengaruh besar. 4.5 Distribusi Konsentrasi Komponen Dalam Gas Pada hasil simulasi dengan kondisi yang konstan yaitu temperatur 313 K, tekanan 50 atm, konsentrasi MDEA 40%wt dan konsentrasi PM 3%wt dapat diketahui nilainya pada setiap tray. Gas yang akan diabsorp dilewatkan melalui bagian bawah kolom terhitung tray ke-1 dan tray paling atas adalah tray-6. 52

67 Dibawah ini adalah hasil simulasi yang dinyatakan dalam fraksi mol pada tiap tray dengan menggunakan pendekatan enhancement factor. Gambar 4.9 Distribusi konsentrasi komponen gas CO 2 dan H 2 S di dalam tray column. Berdasarkan gambar 4.9 nilai fraksi mol gas CO 2 mengalami penurunan dari tray 1 sampai tray 5 dan cenderung konstan pada tray ke 5 hingga tray ke 6. Dari data tersebut menunjukan bahwa gas CO 2 dan H 2 S dari tray ke 1 hingga ke tray 6 semakin banyak gas yang terabsorp oleh MDEA. Konsentrasi CH 4 pada tiap tray dianggap sama atau tetap karena tidak terjadi absorpsi dan reaksi antara CH 4 dan MDEA. 4.6 Distribusi Konsentrasi Komponen Dalam Liquid Pada hasil simulasi dengan kondisi yang konstan yaitu temperatur 313 K, tekanan 50 atm, konsentrasi MDEA 40%wt dan konsentrasi PM 3%wt dapat diketahui nilainya pada setiap tray. Liquid sebagai absorben akan dilewatkan melalui bagian atas kolom terhitung tray ke-6 dan tray paling bawah adalah tray- 1. Dibawah ini adalah hasil simulasi yang dinyatakan dalam 53

68 fraksi mol pada tiap tray dengan menggunakan pendekatan enhancement factor. Gambar 4.10 Distribusi konsentrasi komponen liquid di dalam tray column 54

69 Gambar 4.11 Distribusi konsentrasi komponen liquid di dalam tray column Berdasarkan gambar 4.11 nilai fraksi mol MDEAH dan HCO3 yang terbentuk dari reaksi CO 2 dengan MDEA mengalami kenaikan dari tray 4 sampai tray 1 sedangkan pada tray 5 dan 6 bikarbonat masih sedikit yang terbentuk. Hal ini diperkuat dengan adanya penurunan fraksi mol dari MDEA dari tray ke 6 hingga tray ke 1 meskipun tidak terlalu signifikan. Begitu pula untuk HS, fraksi mol yang terbentuk semakin naik seiring dengan bertambahnya tray yang diiringi dengan penurunan fraksi dari MDEA. Keadaan ini menunjukan bahwa adanya reaksi yang terjadi antara gas CO 2 dengan MDEA pada tray 1 hingga tray 4 sedangkan pada tray 5 dan 6 kesetimbangan reaksi antara CO 2 dengan MDEA telah dicapai. 55

70 4.7 Validasi Data Simulasi MATLAB dengan HYSYS dan Eksperimen Hasil simulasi menggunakan program matlab di validasi dengan menggunakan hysys dengan perbandingan sebagai berikut : Tabel 4.1 Validasi hasil simulasi MATLAB dengan HYSYS : Variabel Hasil Simulasi skala laboratorium Pembanding MATLAB v6.1 HYSYS v8.8 Laju alir liquid (m 3 /hr) 40,8 40,8 Laju alir gas (m 3 /hr) 1,92 1,92 Tekanan (atm) Temperatur MDEA (K) Temperatur gas (K) Konsentrasi Absorben (%wt) 40% 40% Promotor (%wt) 3% 3% %Recovery CO 2 60, %Recovery H 2 S 93, Hasil validasi pada tabel 4.1 menunjukan adanya error pada %recovery pada CO 2 dan H 2 S masing-masing sebesar 7,604% dan 5,327%. Dari hasil tersebut terlihat bahwa perhitungan menggunakan model film dengan pendekatan enhancement factor memiliki kesalahan yang relatif kecil (kurang dari 10%). Hal ini menunjukkan bahwa hasil pemodelan tidak memiliki error yang besar jika dibandingkan dengan peranti lunak simulasi yang telah jamak digunakan di dalam industri, sehingga pemodelan ini dapat digunakan sebagai acuan dalam melakukan perhitungan. Tabel 4.2 Validasi hasil simulasi MATLAB dengan Eksperimen: Variabel Hasil Simulasi skala laboratorium Pembanding MATLAB v6.1 Eksperimen Laju alir liquida (m 3 /hr) 4,86 4,86 Laju alir gas (Nm 3 /hr) 0, Tekanan (atm)

71 Temperatur MDEA ( C) Temperatur gas ( C) Konsentrasi Absorben (%wt) 35% 35% Promotor (%wt) 5% 5% %Recovery CO 2 24,1812% 21,730% Hasil validasi pada tabel 4.2 menunjukan adanya error pada % recovery pada CO 2 sebesar 11,2802%. Dari hasil tersebut terlihat bahwa perhitungan menggunakan model film dengan pendekatan enhancement factor memiliki kesalahan yang cukup besar, hal ini dikarenakan model film tidak mempertimbangkan kondisi aktual yang terjadi pada saat eksperimen dilakukan. Pada eksperimen terdapat air yang terikut dalam sweet gas atau gas yang telah diabsorpsi, air yang terikut dalam gas yang telah terabsorpsi inilah yang tidak dipertimbangkan dalam simulasi, sehingga menyebabkan error yang cukup besar. 4.8 Perbendingan Hasil Simulasi Matlab Dengan Variasi Jenis Promotor Hasil simulasi menggunakan program matlab dibandingkan dengan promotor yang berbeda dengan perbandingan sebagai berikut : Tabel 4.3 Perbandingan Hasil Simulasi MATLAB dengan Berbagai Promotor : Hasil Simulasi Matlab Variabel Potassium Pembanding Piperazine Glycine Arginine Methionine Laju alir 40,8 40,8 40,8 40,8 liquid (m 3 /hr) Laju alir gas 1,92 1,92 1,92 1,92 (m 3 /hr) Tekanan (atm) Temperatur

72 MDEA (K) Temperatur gas (K) Konsentrasi Absorben (%wt) Promotor (%wt) %Recovery CO 2 %Recovery H 2 S % 40% 40% 40% 3% 3% 3% 3% 78,957 86,219 68,198 67,091 92,455 97,995 88,291 81,379 Hasil perbandingan pada tabel 4.3 menunjukan adanya perbedaan pada % recovery yang lebih kecil jika dibandingkan dengan piperazine, yakni pada CO 2 dan H 2 S masing-masing sebesar 5,838% dan 5,540%, namun jika dibandingkan dengan glycine dan arginine menunjukkan absorbansi yang lebih baik. Dari hasil tersebut dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan promotor potassium methionine kemampuan absorbansi CO 2 dan H 2 S lebih lemah jika dibandingkan dengan piperazine yang telah jamak di industri gas, namun menunjukkan kemampuan absorbansi yang lebih baik dibandingkan dengan arginine dan glycine yang juga banyak digunakan di industri gas. Sehingga penggunaan potassium methionine sebagai promotor layak untuk dipertimbangkan dalam industri purifikasi gas alam. 58

73 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Berdasarkan hasil simulasi yang telah dibuat, didapatkan kesimpulan sebagai berikut : 1. Model film dengan pendekatan enhancement factor dapat digunakan sebagai simulasi proses absorpsi gas CO 2 dan H 2 S menggunakan larutan MDEA dengan promotor Potassium Methionine pada sieve tray 2. Hasil simulasi ini telah dikaji secara teoritis pengaruhnya terhadap kinerja kolom dengan beberapa variabel operasi yaitu : Kenaikan temperatur sebesar 1 o C dapat meningkatkan %removal sebesar %, dan pada temperatur 90 0 C kenaikan %removal akan cenderung konstan. Kenaikan tekanan sebesar 1 atm dapat meningkatkan %removal sebesar %, dan pada tekanan 50 bar kenaikan %removal akan menjadi konstan. Peningkatan dalam penggunaan konsentrasi MDEA (%wt) akan mempengaruhi laju absorpsi sehingga setiap kenaikan 1 %wt akan meningkatkan %removal sebesar %. Peningkatan konsentrasi promotor dapat meningkatkan %removal secara signifikan, namun apabila konsentrasi promotor ditingkatkan hingga lebih dari 3% maka %removal yang dihasilkan cenderung menjadi konstan. 59

74 3. Dari hasil validasi simulasi matlab dengan HYSYS, %removal yang dihasilkan pada proses absorbsi gas CO2 masing-masing sebesar 84,866% dan 91,310%. Sedangkan dari hasil validasi simulasi matlab dengan eksperimen di laboratorium %removal yang dihasilkan pada proses absorpsi gas CO 2 masing-masing sebesar 33,6012% dan 21,730% Saran 1. Simulasi ditambah dengan unit stripper untuk mengevaluasi kinerja dari unit CO 2 removal secara keseluruhan 2. Melakukan perbandingan pendekatan model dengan menggunakan persamaan Maxwell-stefan yang mempertimbangkan interaksi antar molekul didalam perhitungannya. 60

75 DAFTAR PUSTAKA Astarita, G., (1967). Mass Transfer With Chemical Reaction, Amserdam : Elsevier Publishing Company. Altway, A., (2008). Perpindahan Massa Disertai Reaksi Kimia. Jakarta : BeeMarketer Institute. Al-Baghli, N.A., Pruess, S. A., Yesavage, V. F., & Selim, M. S., (2001). A rate-based model for the design of gas absorber for the removal of CO 2 and H 2 S using aqueous solutions of MEA and DEA. Colorado : Elsevier publishing company, 185, Austgen, M. David., Rochelle, T. Gary., (1991). Model of Vapor-Liquid Equilibria for Aqueous Gas-Alkanolamine System. Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 30, No. 3, pp Baniadam,M., Fathikalajahi,J., dan Rahimpour, M.R., (2009). Incorporation of Eulerian-Eulerian CFD framework in mathematical modeling of chemical absorption of acid gases into methyl diethanol amine on sieve trays, Shiraz : Chemical Engineering Journal, 151, Bishnoi, S., and Rochelle, G. T., (2000). Carbon Dioxide Absorption and Solution Equilibrium in Piperazine Activated Methyldiethanolamine. Austin : The University of Texas. Borhani, T.N.G., Afkhamipour, M., Azapour, A., & Manan, Z. A., (2016). Modeling study on CO 2 and H2S simultaneous removal using MDEA Solution.Journal of Industrial and Engineering Chemistry 24, Dankckwerts, P.V. (1970). Gas-Liquid Reaction. New York : Mc Graw-Hill book Company. xiii

76 Fuller, N., Edward, Paul, D., Schettler, (1966). A New Method For Prediction Of Bonary Gas-Phase Diffusion Coefficients. Industrial and Chemical Engineering. Vol. 58. Utah. Górak, A., and Kenig, E.Y., (2005). Integrated Chemical Processes: Synthesis, Operation, Analysis, and Control, pp Ibrahim, A.Y, (2014). Effects of piperazine on carbon dioxide removal from natural gas using qaueous methyl diethanol amine. Journal of Natural Gas Science and Engineering 21, Kohl, A., and Nielsen, R., (1997). Gas Purification, Texas : Gulf Publishing Company Houston. Lide, D. R. and H. P. R. Frederikse., (1995). CRC Handbook of Chemistry and Physics, 76th Edition. CRC Press, Inc., Boca Raton, FL. Perry, R.H., Green, D.W., (2008). Perry s Chemical Engineers Handbook. 7th Edition, Mc Graw-Hill. Rinker, E.B., (1994). Kinetics and Modelling of Carbon Dioxide Absorption into Aqueous Solutions of N- Methyldiethanolamine. California : Elsevier Science Ltd. Vol.50 No.5, pp Rozi, M. (2009). Simulasi absorpsi CO 2 dan H 2 S dengan larutan MDEA dalam kolom sieve-tray. Taylor, S., Krisna, R., (1982). Calculation of multicomponent mass tranfer at high tranfer rates. The Chemical Engineering Journal. Volume 25, Issue 1, Pages Van Loo, S. (2007). The removal of carbon dioxide with activated solution of methyl-diethanol-amine. Journal of Petroleum Science and Engineering 55, Weisenberger, S dan A. Schumpe. (1996). Estimation of Gas Solubilities in Salt Solutions at Temperatures from 273 K to 363 K. AIChE J. 42 (1), xiv

77 Wilhelm, E., R. Battino, and R. J. Wilcock. (1977). Lowpressure solubility of gases in liquid water. Chem. Rev., 77, xv

78 DAFTAR NOTASI a : spesific area per unit volume dari packed column, m 2.m -3 A : luas penampang kolom, m 2 C A : konsentrasi gas CO 2 dalam badan liquida, mol.m -3 C A0 : konsentrasi gas CO 2 dalam badan liquida awal, mol.m -3 C Ai : konsentrasi gas CO 2 dalam interface, mol.m -3 C Ae : konsentrasi gas CO 2 berkesetimbangan dalam liquida, mol.m -3 C B : konsentrasi akhir reaktan, mol.m -3 C i : konsentrasi ion-ion yang valensinya z i, mol.m -3 C N j-1 : konsentrasi dalam reaktor ke N pada tray j-1, mol.m -3 C N j : konsentrasi dalam reaktor ke N pada tray j, mol.m -3 C B0 : konsentrasi awal reaktan, mol.m -3 C o : konsentrasi gas pada saat t = 0, mol.m -3 : konsentrasi komponen B pada bulk, mol.m -3 C Rj : konsentrasi molar dari species j pada fasa liquid, kmol.m - 3 : konsentrasi komponen produk pada bulk, mol.m -3 C P : konsentrasi produk, mol.m -3 C OH - : konsentrasi OH -, mol.m -3 d i : driving force untuk difusi massa, m -1 D A : koefisien difusi gas CO 2, m 2.s -1 E : enhancement factor F : fluks diffusi, mol.m -2.s -1 G : kecepatan gas superficial, gmol.m -2.s -1 ; aliran total molar gas, mol s -1 G T : laju alir molar total gas H : konstanta Henry untuk reactive solution, Pa.m 3. mol -1 H 0 : konstanta Henry untuk pure water, Pa.m 3. mol -1 Kw : konstanta kesetimbangan air, mol.m -3 K 1 : konstanta kesetimbangan persamaan (2.36), mol.m -3 K 3 : konstanta kesetimbangan persamaan (2.38), mol.m -3 xvi

79 k : konstanta laju reaksi over-all first-order, s -1 k G : koefisien perpindahan massa sisi gas, mol.m -2.s -1 k c : konstanta kecepatan reaksi katalitik, lt.gmol -1.s -1 atau cm 3.gmol -1.s -1 k L : koefisien perpindahan massa sisi liquida, mol. m -2.s -1 k OH dan k OH : kostanta kecepatan reaksi, lt.gmol -1.s -1 atau cm 3.gmol -1.s -1 L : laju alir total molar liquida, mol/s; kecepatan superficial liquida, gmol.m -2.s -1 M : Bilangan Hatta Mj : berat molekul komponen j, kg.kgmole -1 N CO2 : Interfacial flux CO 2 per gas-liquid interfacial area, kmol.m -2.s -1 N i,z : Fluks molar i ke arah Z, kmol.m -1.s -1 n g : Total jumlah komponen pada fasa gas n L : Total jumlah komponen pada fasa liquid n p : Total jumlah produk reaksi pada fasa liquid n R : Total jumlah reaktan pada fasa liquid P : Tekanan total, bar P A : tekanan parsial gas CO 2, Pa P Ai : tekanan parsial gas CO 2 pada interface, Pa Q : notasi matrik metode kolokasi orthogonal r : kecepatan reaksi gas persatuan volume, mol.m -3.s -1 r A : laju reaksi A per unit volume, gmol.m -3 s -1 r OH : laju reaksi untuk K 2 CO 3 dengan amine, gmol.m -3 s -1 r 1, r 2 : laju reaksi R : laju absorpsi per unit luas permukaan setelah waktu kontak t, mol.m -2 s -1 : laju absorpsi rata-rata dalam waktu kontak t, mol.m -2 s -1 t : waktu, s T : temperatur, K V : volume liquida, m 3 V : Laju alir total molar gas, kmol.s -1 xvii

80 x x x j y y j y L Y A Y k z z z : koordinat film dari interface ke bulk liquida,m : mol fraksi fasa liquida : fraksi molar komponen j di fasa liquid : mol fraksi fasa gas : fraksi molar komponen j di fasa gas : ketebalan film : mol A dalam kolom per mol gas masuk : mol k dalam kolom per mol gas masuk : valensi ion : koordinat aksial, m : tinggi segmen, m Huruf Latin j : koefisen stoikiometrik komponen j L : liquid holdup packing, kg.m -3 : posisi axial tak berdimensi θ : waktu kontak elemen liquida-gas interface, s -1 : crpss sectional tower, m 2 δ : tebal film difusi, m µ : viscositas liquida, kg.m -1.s -1 π : 22/7 ρ L : densitas liquida, kg.m -3 ρ g : densitas gas, kg.m -3 : volumetric holdup, cm 3.cm -3 Г : fungsi gamma : difusivitas Eddy σ : Tegangan permukaan xviii

81 LAMPIRAN B LISTING PROGRAM (Matlab V6.1) % Program Simulasi Absorpsi Reaktif Gas CO2 dan H2S kedalam MDEA Berpromotor Potassium Methionine Menggunakan Tray Column clear clc disp(' '); disp('program Simulasi Absorpsi Reaktif Gas CO2 dan H2S kedalam MDEA Berpromotor Potassium Methionine Menggunakan Tray Column'); disp(' '); disp('tentukan variabel yang diinginkan'); N = input('masukkan jumlah tray: '); %jumlah tray D = input('masukkan diameter tray dalam cm: '); %diameter tray dalam cm (data 220 cm) AK = 3.14*D^2/4; %luas permukaan tray dalam cm2 hw = input('masukkan tinggi weir dalam cm: ') ; %tinggi weir dalam cm TS = input('masukkan tray spacing dalam cm: '); %tray spacing dalam cm Aa=0.67*AK; % Active area VL=Aa*hw;%volume liquid diatas tray TL= input('masukkan suhu liquid dalam degc: '); B-1

82 TLIN=TL+273; TG= input('masukkan suhu gas dalam degc: '); TGIN=TG+273; TLL=TLIN; TGG=TGIN; P = input('masukkan tekanan dalam atm: '); yco2in=input('masukkan fraksi CO2 dalam %:'); yh2sin=input('masukkan fraksi H2S dalam %:'); ych4in=1-yco2in-yh2sin; YYco2in=yCO2in; YYh2sin=yH2Sin; YYch4in=yCH4in; GV = input (' masukkan laju alir gas masuk, dalam m3/jam: '); LV = input (' masukkan laju alir liquid masuk, dalam m3/jam): '); %GV=36.76;% Laju alir gas dalam NM3/hr %LV=input('LV='); %LV=0.019;% Laju alir liquid dalam M3/hr wmdea= input('masukkan fraksi MDEA dalam %wt: '); %wmdea=40; wmdeain=wmdea/100; wpz= 2;%input('masukkan konsentrasi methionine dalam %wt: '); %wpz=3; wpzin =wpz/100; wh2oin=1-wmdeain-wpzin; MWMDEA= 119; MWCO2=44; MWH2S=34;MWCH4=16; MWPZ=86; MWH2O=18; MWG=yCO2in*MWCO2+yH2Sin*MWH2S+yCH4in*MWCH4; XMDEAin=(wMDEAin/MWMDEA)/(wMDEAin/MWMDEA+wPZ in/mwpz+wh2oin/mwh2o); B-2

83 XPZin=(wPZin/MWPZ)/(wMDEAin/MWMDEA+wPZin/MWP Z+wH2Oin/MWH2O); XWin=1-XMDEAin-XPZin; MWL=XMDEAin*MWMDEA+XPZin*MWPZ+XWin*MWH2O; XXMDEAin=XMDEAin; XMDEAHin=0; XXMDEAHin=XMDEAHin; XHCO3in=0; XXHCO3in=XHCO3in; XHSin=0; XXHSin=XHSin; XXPZin=XPZin; XXWin=XWin; R= ; %Konstanta gas dalam atm.m3/(kmol*k) RhoMDEA=1041; RhoH2O=(0.325*0.27^-((1- TL/647.13)^0.23))*1000; RhoPZ=(0.322* ^-((1- TL/661)^ ))*1000; RhoG=MWG*P/(R*TGG); RhoG0=MWG/(R*273); RhoL=1/(wMDEAin/RhoMDEA+wPZin/RhoPZ+wH2Oin/R hoh2o); GG=GV*RhoG0; LL=LV*RhoL; GMin=GV*RhoG0/MWG; LMin=LV*RhoL/MWL; RGL=GMin/LMin; GIN=GMin*10/36; C=RhoL/MWL; CMDIN=XMDEAin*C; iter1=0; eror1=1; YYco2out=0.3*YYco2in; YYh2sout=0.1*YYh2sin; B-3

84 while eror1>0.001 iter1=iter1+1; YYco2outs=YYco2out; YYh2souts=YYh2sout; XXMDEA(1)=XXMDEAin-RGL*(YYco2in- YYco2out+YYh2sin-YYh2sout); XXMDEAH(1)=XXMDEAHin+RGL*(YYco2in- YYco2out+YYh2sin-YYh2sout); XXHCO3(1)=XXHCO3in+RGL*(YYco2in- YYco2out); XXHS(1)=XXHSin+RGL*(YYh2sin-YYh2sout); XXPZ(1)=XXPZin; XXW(1)=XXWin; for i=1:n ii=i; YYch4(i)=YYch4in; if i==1 YYco2(1)=0.95*YYco2in; YYh2s(1)=0.85*YYh2sin; else YYco2(i)=0.95*YYco2(i-1); YYh2s(i)=0.85*YYh2s(i-1); end eror2=1; iter2=0; while eror2>0.001 iter2=iter2+1; if i==1 YYco2s=YYco2(1); YYh2ss=YYh2s(1); YYCDM=(YYco2in+YYco2(1))/2; YYHSM=(YYh2sin+YYh2s(1))/2; YYCH4M=YYch4in; YYT=YYCDM+YYHSM+YYCH4M; YCDM=YYCDM/YYT; YHSM=YYHSM/YYT; B-4

85 YCH4M=YYCH4M/YYT; PCO2=P*YCDM; PH2S=P*YHSM; XXMDEA(2)=XXMDEA(1)+RGL*(YYco2in- YYco2(1)+YYh2sin-YYh2s(1)); XXMDEAH(2)=XXMDEAH(1)- RGL*(YYco2in-YYco2(1)+YYh2sin-YYh2s(1)); XXHCO3(2)=XXHCO3(1)- RGL*(YYco2in-YYco2(1)); XXHS(2)=XXHS(1)- RGL*(YYh2sin-YYh2s(1)); XXPZ(2)=XXPZ(1); XXW(2)=XXW(1); TOTXX=XXMDEA(1)+XXHCO3(1)+XXMDEAH(1)+XXHS(1) +XXPZ(1)+XXW(1); XMDEA(1)=XXMDEA(1)/TOTXX; XMDEAH(1)=XXMDEAH(1)/TOTXX; XHCO3(1)=XXHCO3(1)/TOTXX; XHS(1)=XXHS(1)/TOTXX; XPZ(1)=XXPZ(1)/TOTXX; XW(1)=XXW(1)/TOTXX; CMD=XMDEA(1)*C; CMH=XMDEAH(1)*C; CW=XW(1)*C; CPZ=XPZ(1)*C; [ DCO2,DCH4,DH2S,KLCO2,KLH2S,KLCH4,AAA ] = KLGAS(TLL,TGG,GV,YCDM,YHSM,YCH4M,P); [KGCO2,KGH2S,KGCH4,MUG,DMCO2]= KGGAS(GV,YCDM,YCH4M,YHSM,TGG,P); [K1,K2,K3,K4,K5,kMDEACO2,kPZCO2,kMDEAH2S,kPZ H2S]=KONSTANTA( TLL,TGG,CW); B-5

86 [ HCD,HCH4,HHS ] =HEGAS(TGG,TLL,CMD,CMH,CPZ,CW,K1,K2,K3,K4,K5 ); MCO2=DCO2*(kMDEACO2*CMD+kPZCO2*CPZ)/KLCO2^2; MH2S=DH2S*(kMDEAH2S*CMD+kPZH2S*CPZ)/KLH2S^2; ECO2=sqrt(1+MCO2); EH2S=sqrt(1+MH2S); CCO2eq=CMH^2/(1000*CMD*K1*CW); CH2Seq=0; CCO2int=(KGCO2*PCO2+ECO2*KLCO2*CCO2eq)/(ECO2 *KLCO2+KGCO2*HCD); CH2Sint=(KGH2S*PH2S+EH2S*KLH2S*CH2Seq)/(EH2S *KLH2S+KGH2S*HHS); EiCO2=1+CMD/CCO2int; EiH2S=1+CMD/CH2Sint; RRCO2=ECO2*KLCO2*AAA*VL*(CCO2int-CCO2eq); RRH2S=EH2S*KLH2S*AAA*VL*(CH2Sint-CH2Seq); dyco2=rrco2/gin; dyh2s=rrh2s/gin; YYco2(1)=YYco2in-RRCO2/GIN; YYh2s(1)=YYh2sin-RRH2S/GIN; else YYco2s=YYco2(i); YYh2ss=YYh2s(i); YYCDM=(YYco2(i- 1)+YYco2(i))/2; YYHSM=(YYh2s(i- 1)+YYh2s(i))/2; YYCH4M=YYch4in; B-6

87 YYT=YYCDM+YYHSM+YYCH4M; YCDM=YYCDM/YYT; YHSM=YYHSM/YYT; YCH4M=YYCH4M/YYT; PCO2=P*YCDM; PH2S=P*YHSM; XXMDEA(i+1)=XXMDEA(i)+RGL*(YYco2(i-1)- YYco2(i)+YYh2s(i-1)-YYh2s(i)); XXMDEAH(i+1)=XXMDEAH(i)- RGL*(YYco2(i-1)-YYco2(i)+YYh2s(i-1)- YYh2s(i)); XXHCO3(i+1)=XXHCO3(i)- RGL*(YYco2(i-1)-YYco2(i)); XXHS(i+1)=XXHS(i)- RGL*(YYh2s(i-1)-YYh2s(i)); XXPZ(i+1)=XXPZ(i); XXW(i+1)=XXW(i); TOTXX=XXMDEA(i)+XXHCO3(i)+XXMDEAH(i)+XXHS(i) +XXPZ(i)+XXW(i); XMDEA(i)=XXMDEA(i)/TOTXX; XMDEAH(i)=XXMDEAH(i)/TOTXX; XHCO3(i)=XXHCO3(i)/TOTXX; XHS(i)=XXHS(i)/TOTXX; XPZ(i)=XXPZ(i)/TOTXX; XW(i)=XXW(i)/TOTXX; CMD=XMDEA(i)*C; CMH=XMDEAH(i)*C; CW=XW(i)*C; CPZ=XPZ(i)*C; [ DCO2,DCH4,DH2S,KLCO2,KLH2S,KLCH4,AAA ] = KLGAS(TLL,TGG,GV,YCDM,YHSM,YCH4M,P); B-7

88 [KGCO2,KGH2S,KGCH4,MUG,DMCO2]= KGGAS(GV,YCDM,YCH4M,YHSM,TGG,P); [K1,K2,K3,K4,K5,kMDEACO2,kPZCO2,kMDEAH2S,kPZ H2S]=KONSTANTA( TLL,TGG,CW); [ HCD,HCH4,HHS ] =HEGAS(TGG,TLL,CMD,CMH,CPZ,CW,K1,K2,K3,K4,K5 ); MCO2=DCO2*(kMDEACO2*CMD+kPZCO2*CPZ)/KLCO2^2; MH2S=DH2S*(kMDEAH2S*CMD+kPZH2S*CPZ)/KLH2S^2; ECO2=sqrt(1+MCO2); EH2S=sqrt(1+MH2S); CCO2eq=CMH^2/(1000*CMD*K1*CW); CH2Seq=0; CCO2int=(KGCO2*PCO2+ECO2*KLCO2*CCO2eq)/(ECO2 *KLCO2+KGCO2*HCD); CH2Sint=(KGH2S*PH2S+EH2S*KLH2S*CH2Seq)/(EH2S *KLH2S+KGH2S*HHS); EiCO2=1+CMD/CCO2int; EiH2S=1+CMD/CH2Sint; RRCO2=ECO2*KLCO2*AAA*VL*(CCO2int-CCO2eq); RRH2S=EH2S*KLH2S*AAA*VL*(CH2Sint-CH2Seq); dyco2=rrco2/gin; dyh2s=rrh2s/gin; YYco2(i)=YYco2(i-1)- RRCO2/GIN; YYh2s(i)=YYh2s(i-1)- RRH2S/GIN; B-8

89 end eror2=abs((yyco2(i)- YYco2s)/YYco2s)+abs((YYh2s(i)- YYh2ss)/YYh2ss); if iter2==100 eror2= ; end end end YYco2out=YYco2(N); YYh2sout=YYh2s(N); eror1=abs((yyco2out- YYco2outs)/YYco2outs)+abs((YYh2sout- YYh2souts)/YYh2souts); if iter1==100 eror1= ; end end RemCO2=(-YYco2(N)+YYco2in)/YYco2in; RemH2S=(-YYh2s(N)+YYh2sin)/YYh2sin; recco2=(yyco2in-yyco2(n))/yyco2in; disp(['suhu Liquid (K):',num2str(TLIN)]); disp(['suhu Gas (K):',num2str(TGIN)]); disp(['tekanan Operasi (atm):',num2str(p)]); disp(['konsentrasi MDEA (%wt):',num2str(wmdea)]); disp(['konsentrasi Methionine (%wt):',num2str(wpz)]); disp(' Distribusi Komponen pada tiap tray '); disp(['removal CO2=',num2str(RemCO2*100),'%']); disp(['removal H2S=',num2str(RemH2S*100),'%']); disp(['recovery CO2=',num2str(recCO2*100),'%']); B-9

90 disp(' '); disp([' Tray ke- ',' CO2 ',' H2S ',' CH4 ',' MDEA ',' MDEAH',' HCO3',' HS']); disp(' '); disp([' 1 ',num2str(yyco2(1)),' ', num2str(yyh2s(1)),' ',num2str(yych4(1)),' ',num2str(xxmdea(1)),' ',num2str(xxmdeah(1)),' ',num2str(xxhco3(1)),' ',num2str(xxhs(1))]); disp([' 2 ',num2str(yyco2(2)),' ', num2str(yyh2s(2)),' ',num2str(yych4(2)),' ',num2str(xxmdea(2)),' ',num2str(xxmdeah(2)),' ',num2str(xxhco3(2)),' ',num2str(xxhs(2))]); disp([' 3 ',num2str(yyco2(3)),' ', num2str(yyh2s(3)),' ',num2str(yych4(3)),' ',num2str(xxmdea(3)),' ',num2str(xxmdeah(3)),' ',num2str(xxhco3(3)),' ',num2str(xxhs(3))]); disp([' 4 ',num2str(yyco2(4)),' ', num2str(yyh2s(4)),' ',num2str(yych4(4)),' ',num2str(xxmdea(4)),' ',num2str(xxmdeah(4)),' B-10

91 ',num2str(xxhco3(4)),' ',num2str(xxhs(4))]); disp([' 5 ',num2str(yyco2(5)),' ', num2str(yyh2s(5)),' ',num2str(yych4(5)),' ',num2str(xxmdea(5)),' ',num2str(xxmdeah(5)),' ',num2str(xxhco3(5)),' ',num2str(xxhs(5))]); disp([' 6 ',num2str(yyco2(6)),' ', num2str(yyh2s(6)),' ',num2str(yych4(6)),' ',num2str(xxmdea(6)),' ',num2str(xxmdeah(6)),' ',num2str(xxhco3(6)),' ',num2str(xxhs(6))]); disp(' '); B-11

92 LAMPIRAN C DATA HASIL SIMULASI Tabel C.1 Pengaruh Temperatur Liquida ( C) T ( C ) PM 1% PM 2% PM 3% PM 4% PM 5% CO CO CO CO CO H2S H2S H2S H2S H2S Tabel C.2 Pengaruh Tekanan Operasi (atm) P (at m) 10 PM 1% PM 2% PM 3% PM 4% PM 5% C O2 H2 S C O2 H2 S C O2 H2 S C O2 H2 S C O2 H2 S C1

93 C Tabel C.3 Pengaruh Konsentrasi MDEA (%wt) M D E A PM 1% PM 2% PM 3% PM 4% PM 5% C O2 H2 S C O2 H2 S C O2 H2 S C O2 H2 S C O2 H2 S

94 C

95 Tabel C.4 Pengaruh Konsentrasi PM (%wt) PM CO2 H2S Tabel C.5 Distribusi Komponen Tiap Tray No mor Gas Liquid Tra y CO2 H2S CH4 MD EA MDE AH HCO 3 H2S C4

96 C5

97 RIWAYAT HIDUP PENULIS Alif Ramadhani Utomo dilahirkan di Gresik yang terletak di Propinsi Jawa Timur, pada tanggal 28 Februari 1995, merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Pendidikan formal yang telah ditempuhnya yaitu dimulai di SD Negeri Sidokumpul 2 Gresik, SMP Negeri 1 Gresik. Pada jenjang perkuliahan penulis melanjutkan studi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember jurusan Teknik Kimia angkatan Penulis memilih Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa, dan selanjutnya melakukan penelitian dengan judul Simulasi dan Pemodelan Absorpsi CO 2 dan H 2 S Dalam Larutan MDEA dengan Promotor Potassium Methionine (PM) Menggunakan Tray Column Data Pribadi Penulis Nama : Alif Ramadhani Utomo Tempat Tanggal lahir : Gresik, 28 Februari 1995 Alamat : Jalan Belibis I Blok AB/16 GKA RT/RW 003/009, Gresik Telp : aliframadhani6@gmail.com

98 RIWAYAT HIDUP PENULIS Veby Iqbal Hariadi dilahirkan di Surabaya yang terletak di Propinsi Jawa Timur, pada tanggal 14 Juni 1995, merupakan anak kedua dari dua bersaudara. Pendidikan formal yang telah ditempuhnya yaitu dimulai di SDN Klampis Ngasem I/246 Surabaya, SMPI Al-Azhar Kelapa Gading Surabaya, dan SMAN 20 Surabaya. Pada jenjang perkuliahan penulis melanjutkan studi di Institut Teknologi Sepuluh Nopember jurusan Teknik Kimia angkatan Penulis memilih Laboratorium Perpindahan Panas dan Massa, dan selanjutnya melakukan penelitian dengan judul Simulasi dan Pemodelan Absorbsi Gas CO 2 dan H 2 S Dengan Larutan MDEA Berpromotor Potassium Methionine Menggunakan Tray Column Data Pribadi Penulis Nama : Veby Iqbal Hariadi Tempat Tanggal lahir : Surabaya, 14 Juni 1995 Alamat : Jalan Teknik Sipil Perumahan ITS Blok W No. 8, Surabaya. Telp : vebyiqbal.k53@gmail.com