SATUAN OPERASI-2 ABSORPSI I Kelas : 4 KB Kelompok Disusun Oleh: : II Ari Revitasari (0609 3040 0337) Eka Nurfitriani (0609 3040 0341) Kartika Meilinda Krisna (0609 3040 0346) M. Agus Budi Kusuma (0609 3040 0348) Nyimas Nur Komala Dewi (0609 3040 0351) Sampuspita Sari (0609 3040 0356) Yolanda Desriani (0609 3040 0359) Dosen Pembimbing : Ir. Nyayu Zubaidah, M.Si JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA 2012
I. Tujuan Percobaan ABSORPSI I Mahasiswa dapat menentukan perbedaan tekanan udara sepanjang kolom kering sebagai fungsi dan laju alir udara dengan laju alir yang berbeda-beda. Mahasiswa dapat menguji perbadaan tekanan udara sepanjang kolom sebagai fungsi laju alir udara untuk beberapa laju alir yang berbeda sepanjang kolom. II. Alat dan bahan yang digunakan Satu unit peralatan absorpsi Udara tekan Air III. Gambar Alat ( terlampir ) IV. Dasar Teori Absorpsi gas atau penyerapan gas merupakan proses perpindahan massa. Pada absorpsi gas, uap yang diserap dari campurannya dengan gas tidak aktif atau lembab (inert gas) dengan bantuan zat cair dimana gas terlarut (solute gas) dapat larut banyak atau sedikit. Alat yang banyak digunakan dalam absorpsi gas dan beberapa operasi lain adalah menara isian. Piranti ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk silinder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi pada bagian bawah. Pemasukan zat cair dan distribusinya pada bagian atas. Sedang pengeluaran gas dan cair masing-masing di atas dan di bawah. Serta suatu zat padat diatas penyangga. Bentukan ini disubut isian menara atau tower packing. Jenis-jenis menara isian yang diciptakan orang banyak sekali macamnya. Tetapi ada beberapa jenis yang lazim digunakan. Macam-macam menara isian terbagi menjadi 2 yaitu yang diisikan dengan mencurahkan secara acak ke dalam menara dan disusun kedalam menara dengan tangan. Persyaratan pokok menara isian : Harus tidak bereaksi dengan fluida didalam menara. Tidak terlalu berat. Harus mengandung cukup banyak laluan arus Harus memungkinkan terjadinya kontak antara gas dan zat cair Tidak teralu mahal.
Absorpsi 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. Karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisik. Kegunaan utama dari absorpsi adalah pembersihan gas (misalnya gas buang) dan pemisahan campuran gas (bertujuan untuk memperoleh kembali komponen tertentu). Absorpsi juga berperan penting dalam kaitannya dengan proses-proses kimia, misalnya pada pembuatan asam sulfat dan asam nitrat. Absorben Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Persyaratan absorben : Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang besar. Memiliki tekanan uap yang rendah Tidak korosif. Mempunyai viskositas yang rendah Stabil secara termis. Murah Absorber Absorber atau alat tempat terjadinya absorbsi adalah tempat campuran gas dan absorben yang dikontakkan satu sama lain secara intensif, yang biasanya berlawanan. Absorben didistribusikan sebaik mungkin yaitu permukaannya dibuat luas dengan bantuan perlengkapan yang khusus misalnya benda pengisi, penyemprot, benda rotasi atau pelat. Fungsi absorpsi dalam Industri Meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya. Contoh : Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses Kolom Absorpsi Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan
melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. Gambar Kolom Absorber Struktur dalam absorber : Bagian atas : Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair. Bagian tengah : Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi Bagian bawah : Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor. Prinsip Kerja Kolom Absorpsi Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer dari satu fase cairan ke fase lainnya, terjadi hampir pada setiap reaktor kimia. Proses ini dapat berupa absorpsi gas, destilasi, pelarutan yang terjadi pada semua reaksi kimia. Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan kebawah menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi packing dengan dua tingkat. Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan dari gas yang dimasukkan tadi.
Gambar Prinsip Kerja Kolom Absorpsi Proses pengolahan kembali pelarut dalam kolom absorber Konfigurasi reaktor akan berbeda dan disesuaikan dengan sifat alami dari pelarut yang digunakan. Aspek Thermodynamic (suhu dekomposisi dari pelarut), Volalitas pelarut, dan aspek kimia/fisika seperti korosivitas, viskositas, toxisitas, saat volalitas pelarut sangat rendah,contohnya pelarut tidak muncul pada aliran gas, proses untuk meregenerasinya cukup sederhana yakni dengan memanaskannya. Berikut beberapa contoh gambar dari proses diatas : 1. Contoh pertama Cairan absorber yang akan didaur ulang masuk kedalam kolom pengolahan dari bagian atasnya dan akan dicampur /dikontakan dengan stripping vapor.gas ini bisa uap atau gas mulia dengan kondisi termodinamika yang telah disesuaikan.dengan pelarut yang terpolusi. Absorber yang bersih lalu digunakan kembali di absorpsi kolom. 2. Contoh kedua
Absorber yang akan didaur ulang masuk ke kolom pemanasan stripping column.the stripping vapor dibuat dari cairan pelarut itu sendiri.bagian yang telah didaur ulang lalu digunakan lagi untuk menjadi absorber. 3. Contoh ketiga Sebuah kolom destilasi juga dapat digunakan untuk mendaur ulang. Absorber yang terpolusi dilewatkan kedalam destilasi kolom. Dibawahnya, pelarut dikumpulkan dan dikirim kembali ke absorber. Aplikasi kolom Absorber Bidang utama penggunaan absorpsi adalah pembersihan gas dan pemisahan campuran gas, teknologi Refrigerasi, teknologi proses pembuatan formalin dan Proses pembuatan asam nitrat. 1) Teknologi Refrigerasi Refrigerasi absorpsi merupakan siklus yang digerakkan oleh energi termal. Berbeda dengan sistem refrigerasi konvensional, energi mekanik yang diperlukan oleh refrigerasi absorpsi sangat kecil. Diagram refrigerasi absorpsi efek tunggal dapat dilihat pada Gambar berikut ini:
Diagram siklus refrigerasi absorpsi efek tunggal 2) Teknologi Proses Pembuatan Formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 182 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 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. 3) Proses pembuatan asam nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air menjadi asam nitrat. Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm. Peralatan Absorpsi Gas 1. Menara sembur Menara sembur terdiri dari sebuah menara, dimana dari puncak menara cairan disemburkan dengan menggunakan nosel semburan. Tetes tetes cairan akan bergerak ke bawah karena gravitasi, dan akan berkontak dengan arus gas yang naik ke atas. Nosel semburan dirancang untuk membagi cairan kecil kecil. Makin kecil ukuran tetes cairan, makin besar kecepatan transfer massa. Tetapi apabila ukuran tetes cairan terlalu kecil, tetes cairan dapat terikut arus gas keluar. Menara sembur biasanya digunakan umtuk transfer massa gas yang sangat mudah larut.
2. Menara gelembung Menara gelembung terdiri dari sebuah menara, dimana di dalam menara tersebut gas didispersikan dalam fase cair dalam bentuk gelembung. Transfer massa terjadi pada waktu gelembung terbentuk dan pada waktu gelembung naik ke atas melalui cairan (gambar 2). Menara gelembung digunakan untuk transfer massa gas yang relatif sukar larut. Gelembung dapat dibuat misalnya dengan pertolongan distributor pipa, yang ditempatkan mendatar pada dasar menara. 3. Menara paking Menara paking adalah menara yang diisi dengan bahan pengisi, gambar 3. Zat cair masuk lalu didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada operasi yang ideal membasahi permukaan isian secara seragam. Gas yang mengansung zat terlarut masuk ke ruang pendistribusi yang terdapat di bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah antar isian, berlawanan arah dengan aliran zat cair.
Jenis-jenis isian menara (packing) Isian menara terbagi atas dua jenis yaitu yang diisikan dengan mencurahkan secara acak ke dalam menara dan yang disusunkan ke dalam menara dengan tangan. Persyaratan pokok yang diperlukan untuk packing yaitu : Tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara Tidak terlalu berat Memungkinkan terjadinya kontak yang baik antara zat cair dan gas. Mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan terlalu tinggi.
4. Menara Pelat Salah satu tipe distributor Liquid Menara pelat adalah menara yang secara luas telah digunakan dalam industri. Menara ini mempunyai sejumlah pelat dan fasilitas yang ada pada setiap pelat, maka akan diperoleh kontak yang sebaik-baiknya antara fase cair dengan fase gas. Fasilitas ini dapat berupa topi gelembung (bubble caps) atau lubang ayak (sieve). Pada pelat topi gelembung dan lubang ayak, gelembung ± gelembung gas akan terbentuk. Transfer massa antar fase akan terjadi pada waktu gelembung gas terbentuk dan pada waktu gelembung gas naik ke atas pada setiap pelat. Cairan akan mengalir dari atas ke bawah melintasi pelat di dalam kolom. V. Prosedur Kerja A. Perbedaan Tekanan Udara Sepanjang Kolom Kering. Mengeringkan kolom yang akan digunakan dengan menggunakan laju alir udara maksimum. Menghubungkan bagian atas dan bawah kolom dengan manometer air dengan menggunakan katup S1 dan S2. Membaca perbedaan tekanan sepanjang kolom untuk beberapa range laju alir udara. B. Perbedaan Tekanan Udara Sepanjang Kolom Dengan Laju Alir Air. Mengisi tangki dengan air hingga ¾ penuh. Menghidupkan pompa atau mengatur C1 sehingga didapat laju alir 1 L/min sepanjang kolom. Mengalirkan udara dari bawah kolom basah sebagai fungsi dan laju alir udara. Mencatat beda tekanan udara sepanjang kolom sebagai fungsi dan laju alir udara.
Mencatat perbedaan tekanan sepanjang kolom sebagai fungsi dan laju alir udara untuk beberapa laju alir berbeda sehingga 1 L/min. memperhatikan perubahan kolom pada setiap pergantian laju alir. VI. Data Pengamatan Laju Alir Air 20 40 60 80 100 120 140 (L/menit) 1,0 0,9 1,3 2,4 5 7,6 10,8 18,1 2,0 1,58 2,23 6 8,7 13 16,1 26,2 3,0 1,4 3 6,8 13 18,6 61 74 4,0 1,99 3,4 8,2 16,8 34,8 70 72 5,0 4,2 12,2 29,4 72 77 74 71 6,0 5.8 16,4 33 66,4 77,8 88,8 91 7,0 10 29,1 56,3 85 92 96 90 Tabel Data Pengamatan pada Kolom Basah Laju Alir Air (L/menit) Log Laju Alir Udara (L/min) 20 40 60 80 100 120 0-0,64576 0,11394-0,22185 0,08636 0,34342 0,64345 0,30103 0,2-0,39794-0,09691 0,07918 0,57978 0,76342 0,47712 0,3 0 0 0,44715 0,68124 0,04921 0,60206 0,5 0,53147 0,70757 0,85733 0,17609 1,54406 0,69897 0,62325 0,79239 1,00000 1,23044 - - 0,77815 0,76343 1,18184 0,07918 - - - 0,8451 1 VII. Analisa Percobaan Pada praktikum kali ini yaitu proses pemisahan dengan menggunakan metode Absorbsi. Metode absorbsi ini dapat dilakukan pad fluida yang relatif berkonsentrasi rendah maupun yang bersifat konsentrat. Prinsip kerja pada metode ini yaitu dengan memanfaatkan besarnya difusivitas molekul-molekul gas pada larutan tertentu yang digunakan. Percobaan pertama yaitu menggunakan Kolom Kering yang hanya dialiri udara. Pada saat mengamati, dapat dilihat bahwa semakin besar laju alir udara maka skala nilai pembacaan pada manometer akan semakin meningkat. Hal inilah yang mengakibatkan penurunan laju alir udaranya. Secara umum, nilai atau angka ketinggian dari Manometer dan penurunan laju alir ialah konstan., namun pada praktikum kali ini tidak karena disebabkan oleh beberapa faktor non teknis seperti pembacaan nilai manometer yang kurang teliti dll.
Sedangkan untuk percobaan kedua engenai perbedaan tekanan udara sepanjang kolom dengan laju alir. Berbeda dengan percobaan pertama, kali ini yang digunakan ialah kolom basah yang dialiri air dan udara. Prinsipnya yaitu dengan membuat kontak antara air dan udara yang terjadi pada kolom, dimana air dialirkan dari atas dan gas dialirkan dari kolom bagian bawah. Hal ini dilakukan karena berat jenis dari gas lebih rendah sehingga dialirkan dari bawah dan memungkinkan untuk gas merambat dengan mudah. Pada kedua percobaan tersebut, terdapat beberapa hal penting yang dapat dianalisa dari tabel yang ada, bahwa beberapa dari perbedaan tekanan yang terjadi (ada yang stabil pada saat peningkatan dan penurunannya) mungkin disebabkan oleh tidak adanya ruang lalauan untuk zat cair mengalir sehingga lajunya terhambat. Perlu diperhatikan juga untuk mengamati nilai manometer dengan teliti untuk meminimalisir kesalahan dalam pengambilan data dan perhitungan. VIII. Kesimpulan Dari praktikum yang telah dilakukan maka dapat disimpulkanbahwa : Penurunan tekanan pada kolom basah lebih besar dibandingkan dengan penurunan tekanan kering. Semakin besar laju alir maka semakin besar pula penurunan tekanannya. Menara isian akan bekerja sesuai dengan sample yang dipakai. Semakin tinggi laju flow air pada kolom, maka semakin tinggi beda tekanan udara pada kolom dan menyebabkan terjadinya fluiding. IX. Daftar Pustaka Effendi, Sahrul.2012.Petunjuk Praktikum Satuan operasi 2.Palembang: POLSRI Gambar Alat
Peralatan absorbsi laju alir udara (L/menit) beda tekanan (Pa) 40 0
beda tekanan 60 9,8 80 9,8 100 19,6 120 98 140 294 160 313,6 grafik laju alir udara vs beda tekanan 350 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 laju alir udara Series1 Laju Alir Beda Tekanan (Pa)
Beda tekanan (Pa) Air (L/menit ) 20 40 60 80 100 120 140 160 1 0 0 0 9,8 9,8 9,8 98 68,6 2 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 78,4 166,6 490 3 9,8 9,8 9,8 9,8 9,8 294 686 1176 4 9,8 19,6 225,4 9,8 98 1666 3430 4116 5 0 9,8 19,6 9,8 2940 4214 4312 4018 6 235,2 166,6 784 2254 1372 4508 3724 4704 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Grafik Beda Tekanan Vs Laju Alir Air laju alir air 6,0 laju alir air 5,0 laju alir air 4,0 laju alir air 3,0 laju alir air 2,0 laju alir air 1,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Laju Alir Air