Laboratorium Perpindahan Massa dan Panas Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1 MODEL SIMULASI ABSORBSI GAS CO 2 DALAM LARUTAN METHYLDIETHANOLAMINE (MDEA) BERPROMOTOR PIPERAZINE (PZ) DALAM PACKED COLUMN Gede Sutrisna Adi W. (2310100066) Nizar Nazaruddin (2310100088) Pembimbing: Dr. Ir. Susianto, DEA Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.S
2 LATAR BELAKANG Perkembangan Ekonomi Dunia Peningkatan konsumsi bahan bakar Industri & Transportasi Emisi gas CO2 Absorbsi gas CO2
PERBANDINGAN BAHAN ABSORBAN 3 K2CO3 Kelebihan Stabil Pada Suhu tinggi Kelamahan Korosif Panas Regenerasi Tinggi Reaksi Penyerapan CO2 Lambat Ditambahkan Promotor : MDEA, DEA, MDEA AMINE Kelebihan Reaksi Penyerapan CO2 Cepat Panas Regenerasi Rendah Korosi Rendah Kelemahan Kurang Stabil Pada Suhu Tinggi Digunakan MDEA (Amine Tersier) Karena lebih tahan suhu tinggi
PENELITIAN TERDAHULU KINETIKA 4 Peneliti Judul Hasil yang didapat Hendy, Kathryn, Gabriel, 2011 Carbondioxide absorbtion into unpromoted and promoted borate-catalyst in potassium carbonate solution Perbandingan antara absorbsi CO 2 dengan dan tanpa promot0r asam borat J. Tim Cullinane, Carbondioxide absorbtion with aqueous potasium carbonate Piperazine meningkatkan rate absorbsi Gary T. Rochelle with promotor piperazine dan kapasitas absorbsi A new aqueous solven based on blenden N- Kinetika absorbsi CO 2 dengan solven Jean, Amann, MethylDiethanolamine and TerAmine for CO 2 recovery in MDEA dan TETA dengan enggunakan 2009 post combustion : Kinetic study film theory. Absorbtion and desorbtion mass transfer rate in chemically Pengukuran Chemical Enhancement Espen, Geert, enhanced reactive system Part I: Chemical enhancement Factor untuk proses absorbsi dan 2012 factor desorbsi dalam larutan MDEA Astarita, G Carbondioxide absorbtion in aqueous monoethanolamine Kinetika, dan mekanisme reaksi sesuai solutution dengan teori penetrasi Model kinetil absorbsi CO 2 dalam larutan Zhang Xu, Yang Absorbtion Rate of CO 2 into MDEA Aqueous Solution MDEA dengan promotor PZ, DEA, dan Yanhua, 2003 Blended with Piperazine and DEA PZ+MDEA
PENELITIAN TERDAHULU SIMULASI 5 Ahmadi,2008 C. Gomez, Borio, 2003 Nisa, et al, 2013 Ningsih et al, 2012 Altway, et al, 2008 Lanjutan Advance modeling in performance optimization for reactive separation in industrial CO 2 removal Simulation of Industrial Packed Column for Reactive Absorbtion of CO 2 Simulasi Absorpsi Reaktif CO2 Skala Industri Dengan Pelarut K2CO3 Berkatalis Simulasi Absorpsi Gas Multikomponen Dalam Larutan K2CO3 berpromotor MDEA Kajian ulang transfer massa disertai reaksi kimia pada absorpsi reaktif gas CO2 dalam packed column Model Matematika untuk absorbsi CO 2 dengan larutan potassium karbonat dengan katalis asam borat. Simulasi steady state untuk proses absorbsi CO 2 pada ammonia plant dengan variasi dari berbagai variable proses Model matematika untuk absorpsi gas CO2 dalam larutan K2CO3 dengan promotor ACT-1 Model simulasi absorpsi gas CO2 dalam dengan pelarut K2CO3 disertai promotor MDEA Perbandingan transfer massa dalam proses absorpsi untuk berbagai model
6 PERUMUSAN MASALAH Bagaimana pembuatan model matematik untuk proses absorbsi gas CO 2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column? Bagaimana validasi model matematik untuk proses absorbsi gas CO 2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column? Bagaimana pengaruh variable seperti suhu, tekanan, dan konsentrasi promotor terhadap laju absorbsi dan percent recovery untuk proses absorbsi gas CO 2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column?
7 Tujuan Percobaan Membuat model matematik proses absorbsi gas CO 2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column, Melakukan validasi model matematik dengan membandingkan hasil prediksi dengan data lapangan dan Mengkaji secara teoritis pengaruh berbagai variable proses seperti suhu, tekanan, konsentrasi promotor terhadap laju absorbsi dan percent recovery. Manfaat Percobaan Dengan model matematik yang dibuat dapat dimanfaatkan untuk membantu memprediksi performa dan perancangan dari packed column sekala industri
8 METODOLOGI Mulai Studi Literatur Pembuatan Model Matematis Penyelesaian Numerik Validasi Model Matematik Simulasi Pengambilan Data Selesai
9 SISTEMYANG DITINJAU Tinggi Kolom Diameter Kolom Ukuran Packing Atas 15,85 m 1,83 m 0,05 m Bawah 18,29 m 3,05 m 0,07 m Laju alir gas masuk : 204020 kg/jam Fraksi mol komponen gas masuk -CO 2 : 0,1847 - N 2 : 0,2082 -CO : 0,0025 - CH 4 : 0,0032 -H 2 : 0,5988 - Argon : 0,0025
10 VARIABEL Variabel Input Suhu operasi Laju Alir Tekanan operasi Konsentrasi Promotor PZ Variabel Output Konsentrasi gas keluar Persen recovery gas CO2 Distribusi konsentrasi pada packing
10 MODEL MATEMATIKA Kinetika Reaksi Kesetimbangan Reaksi Model Matematika Transfer Massa Data Kelarutan Gas
11 MODEL MATEMATIK SISTIM I CO2 RaAdz MDEA LdC 0 B r{ C 0 A. r{ C B, C 0 A, C 0 B 0 B } dv L } dv L 0 k (gas terlarut) dc dz 0 K R K L aa dc dz 0 B B L RaA
12 MODEL MATEMATIK SISTIM II CO2 G in in 0 Y Y C C A k (gas terlarut) G in Konsentrasi CO2 pada interface k C Aout L in 0 Y Y L C C Ai K G K out B B K yap EkLC Ek k He L G Ae B K
13 PENYELESAIAN NUMERIK Penyelesaian numeric yang digunakan pada penelitian ini adalah dengan menggunaka metode kolokasi orthogonal. Proses ini menghasilkan serangkaian persamaan aljabar yang simultan. Persamaan-persamaan tersebut kemudian diselesaikan dengan metode Newton Raphson, C C Bj Kj C C Bin Kin BZ H T Z H T T T NC 1 i 0 NC 1 i 0 H H ji ji E ( C i ( C %Removal 1 * K Y * A C C Y Ain 0 K Aout 0 A ) )
PENGARUH TEMPERATUR LEAN 14 peningkatan %Removal terjadi karena peningkatan laju reaksiyang meningkat seiring meningkatnya temperature. Hasil ini berkorelasi positif dengan hasil kajian literature yang dilakukan oleh Wen Xu, dkk (1992)
PENGARUH TEMPERATUR SEMI LEAN 15 Kenaikan temperature pada semilean menaikan %Removal lebih besar dibanding temperature lean karena Rate Semilean lebih besar dibanding Rate Lean
16 PENGARUH RATE LEAN Hal ini dikarenakan peningkatan laju aliran larutan dapat meningkatkan turbulensi dalam aliran yang membuat turunnya tahanan pada sisi liquid. Karena tahanan pada sisi liquid berkurang maka absorbsi gas menuju liquida dapat berlangsung lebih cepat.
PENGARUH TEKANAN KOLOM 18 Hasil ini berkorelasi positif dengan literature, dimana disebutkan tekanan berpengaruh pada kelarutan dari gas didalam solven.
PENGARUH KONSENTRASI PROMOTOR 19 Hal ini disebabkan karena piperazine dapat membantu meningkatkan absorbsi yang disertai reaksi pada system larutan MDEA.
DISTRIBUSI KONSENTRASI LIQUID PADA PACKING 20 Bawah Atas semakin kebawah maka reaksi antara MDEA dengan CO2 akan menjadi semakin cepat dibuktikan dengan profil konsentrasi produk R-HCO 3 yang turun secara signifikan pada packing bagian bawah.
DISTRIBUSI GAS TERLARUT PADA PACKING 21 Bawah Atas Semakin tinggi kolom maka konsentrasi gas terlarut cenderung menurun.
22 VALIDASI MODEL Error 0.1767%
KESIMPULAN 23 %removal terbesar diberikan oleh perubahan temperature lean solution yang mampu memberikan nilai maksimum 99.3%. Pada konsentrasi katalis 1%, kenaikan temperature lean sebesar 1 C dapat meningkatkan %removal sebesar 0.05%. Sedangkan kenaikan temperature semilean sebesar 1 C dapat menaikan %removal sebesar 0.09%. Peningkatan tekanan kolom dapat meningkatkan kelarutan gas sehingga meningkatkan laju absorpsi. Pada konsentrasi katalis 1%, setiap kenaikan tekanan 1 atm dapat meningkatkan %removal sebesar 0.233%. Peningkatan laju alir lean dan semilean dapat meningkatkan laju absorpsi. Sedangkan setiap kenaikan laju alir semilean 1000 kg/jam dapat manaikan %removal sebesar 0.001%. Peningkatan konsentrasi promoter dapat meningkatan %removal secara signifikan, namun apabila konsentrasi promoter ditingkatkan terus %removal cenderung menjadi menurun. nilai yang maksimum yang diacapai pada konsentrasi promoter 10% adalah sebesar 99.63%.
24 SARAN Simulasi divalidasi dengan data pabrik lain untuk meningkatkan akurasi dari model matematis yang dibuat. Simulasi ditambah dengan unit stripper untuk mengevaluasi kinerja dari unit CO 2 removal secara keseluruhan.
TERIMA KASIH Atas Perhatiannya