Pendahuluan

1
Pendahuluan

• Rasio nilai Nasikin Misri 11
• Penilaian Saya
• UA ? Test ? PR X Y Z
• Dimana X gt Y gt Z
• Jam bicara Selasa, 13.00 16.00 WIB
• Buku acuan
• Buku Absorpsi, Leaching ., MG
• Transport Process Unit Operation 3rd ed.,
  Geankoplis, C.J.
• Mass-Transfer Operations, Treybal, R.E.
• Chemical Engineering Vol 2, Coulson, JM
  Richardson, J.F.

2
Absorpsi

• Dissolusi (pelarutan) ke dalam fasa liquid
• Pemanfaatan difusivitas tinggi dari molekul gas
• Koefisien partisi Henry's law (tek.
  uap/kelarutan)

3
Pendahuluan
Unabsorbed gas
Solvent

• Pemisahan atau pemindahan satu atau lebih
  komponen dari campuran gas ke dalam cairan yang
  sesuai
• Perpindahan massa yang besar peranannya dalam
  proses industri (setelah Distilasi)
• Dikontrol oleh laju difusi dan kontak antara 2
  fasa
• Fisika acetone-udara via absorpsi air
• Kimia NOx-udara via absorpsi air
• Peralatan mirip dgn distilasi
• Perbedaan operasi dgn distilasi
• Feed gas yg masuk dr bagian bawah
• Solvent liquid yg masuk dr bagian atas di bawah
  titik didih
• Difusi dari gas ke liquid yang irreversible
  (pada Distilasi equimolar counter-diffusion)
• Rasio laju alir LiquidGas gt D
• Packed Column lebih banyak dipakai

Feed
4
Prinsip dasar

• Kontak 2 phasa mencapai kesetimbangannya
• Sampai P 5 atm, Kelarutan (S) tidak berubah
• Suhu ? maka Kelarutan ?
• Hukum Henry
• the concentration of a solute gas in a solution
  is directly proportional to the partial pressure
  of that gas above the solution
• PA H CA
• PA tekanan parsial komponen A pada fasa gas
• H konstanta Henry
• CA konsentrasi komponen pada fasa liquid

5
Mekanisme Absorpsi
Interface
A
Film Liquid
Bulk Liquid
PAG
Batasan film liquid
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
B
PAi
Tekanan parsial gas A
CAi
D
Bulk gas
Film gas
Batasan film gas
CAL
E

• PAG Tek. Parsial pada fasa bulk
• PAi Tek. Parsial pada interface
• CAL Konsentrasi pada fasa liquid
• CAi Konsentrasi pada fasa interface

6
Difusi melalui gas stagnant
Absorpsi gas yang mengandung komponen dapat-larut
A dan tak-dapat-larut B melalui gas stagnant
menurut hukum Stephan
NA total perpindahan massa (mol/luas.waktu)
, z jarak pada arah perpindahan
massa CA,CB,CT konsentrasi komponen A, B dan
total gas, DV difusivitas fasa gas
(untuk gas ideal)
Jika PBM (PB2- PB1)/ ln (PB2/ PB1), maka
kG adalah koefisien transfer film gas
7
Difusi pada fasa liquid
DL difusivitas fasa liquid z jarak pada
arah perpindahan massa CA, CT konsentrasi
molar komponen A, B dan total gas
kL adalah koefisien transfer film liquid
8
Laju Absorpsi dan koefisien menyeluruh
Tekanan parsial gas A
Interface
A
D
PAG
E
PAi
B
F
PAe
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
CAi
CAe
CAL
Pada kondisi tunak
9
Laju Absorpsi dan koefisien menyeluruh
Tekanan parsial gas A
Interface
A
D
PAG
Pada kondisi tunak
E
PAi
B
F
PAe
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
CAi
CAe
CAL
kG dan kL sulit diukur, maka digunakan
KG dan KL adalah koefisien transfer menyeluruh
gas dan liquid
10
Hubungan antara koefisien-koefisien
Dengan asumsi bahwa larutan mengikuti hukum
Henry, maka
dan
sehingga

• Validitas persamaan-persamaan di atas bersyarat
• Harga H tidak bergantung pada jenis alat
• Tak ada resistansi interface yang signifikan
• Tak ada keterkaitan antara koefisien 2 lapisan
  film
• PR 1 J Tunjukkan bagaimana mendapatkan 3
  persamaan di atas dari laju absorpsi.

11
Laju Absorpsi dalam fraksi mol
Laju perpindahan massa dapat ditulis
dan
Jika m adalah gradien kurva kesetimbangan, maka
12
Faktor berpengaruh thdp K

• Tipe gas
• Sangat mudah larut (ammonia)
• Mudah larut (SO2)
• Sedikit (hampir tidak) larut (O2)
• PR 2 J
• Bagaimana hubungan antara koefisien (kG dan KG
  serta kL dan KL

13
Kolom dinding basah
Mengingat kurva kesetimbangan bukan garis lurus,
maka
Tekanan parsial gas A
Interface
A
D
PAG
dan
E
PAi
B
F
PAe
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
CAi
CAe
CAL
dan
dan
14
PR 3 J

• Komponen A terabsorb dari campuran A dan B dalam
  suatu menara yang liquidnya berarah menuruni
  dinding. Pada suatu titik bulk gas berkonsentrasi
  (mol fraksi ) 0,38 dan liquid 0,1. Menara
  beroperasi pada suhu 298 K dan 101,3 kPa dan data
  kesetimbangan spt pd tabel.
• Gas A berdifusi melalui gas B yang stagnan
  kemudian melalui liquid yang non difusiv.
  Koefisien perpindahan massa diketahui sbb kG
  1,465x10-3 kmol A/s.m2 kL 1,967x10-3 kmol
  A/s.m2. Hitunglah konsentrasi A pada kedua
  interface dan flux yang terjadi.

xA yA
0 0
0,05 0,022
0,10 0,052
0,15 0,087
0,20 0,131
0,25 0,187
0,30 0,265
0,35 0,385
15
Pendekatan lain
Beberapa penelitian thdp penguapan cairan ke arus
udara dalam tabung menunjukkan hubungan sbb
d diameter tabung zG ketebalan film B
konstanta Re Bilangan Reynold Dari slide
sebelumnya, diketahui bahwa
maka
maka
Dan beberapa pendekatan lainnya
16
Perhitungan peralatanAbsorpsi

• Plate
• Packed Towers

17
Jenis-jenis Plate (Tray)

• Kontak uap dan liquid efisien
• Sieve tray
• Paling banyak dipakai,
• Bentuk mirip dgn yg dipakai pada distilasi,
• lubang sederhana, Æ 3-12 mm, 5-15 luas tray
• Valve tray
• Modifikasi sieve tray dgn valve untuk mencegah
  kebocoran liquid pada saat tekanan uap rendah
• Mulai banyak dipakai

Sieve tray
18
Spray tower and Venturi
19
Buble cap tray
20
Packed

• Beragam jenis packing telah dikembangkan untuk
  memperluas daerah dan efisiensi kontak gas-liquid
• Ukuran 3 -75mm
• BahanInert dan murah spt tanah liat, porselin,
  grafit, plastik, etc.
• Packing baik 60-90 volume total

21
Desain Menara Absorpsi Piringan
L0, x0
V1, y1
L dan V laju alir total L dan V laju
alir komponen inert Untuk memudahkan
perhitungan, maka neraca massa dihitung
berdasarkan laju alir inert, bukan laju alir
total Jumlah mol komponen absorbent L.xn , L
L L.xn L L (1 .xn)
1
2
n
Ln, xn
Vn1, yn1
n1
N -1
N
VN1, yN1
LN, xN
22
Desain Menara Absorpsi Piringan
Neraca massa
pada kotak putus-putus berlaku sbb
Dan pada keseluruhan berlaku neraca massa sbb
Kedua pers. terakhir disebut Persamaan garis
operasi
23
Contoh Soal

• SO2 akan diabsorbsi dari udara oleh air murni
  pada suhu 20 oC. Gas masuk mengandung 20 mol SO2
  dan keluar diharapkan tinggal 2 fraksi mol pada
  tekanan 1 atm. Udara dan air masuk dengan laju
  inert 5,18 dan 333 kmol/jam.m2. Jika efisiensi
  tray adalah 25, maka hitunglah berapa jumlah
  tray teoritis dan aktual yang diperlukan.

24
Desain Menara Absorpsi Packing
L2, x2
V2, y2

• Persamaan garis operasi keseluruhan
• Untuk titik tetentu
• Jika komponen A sangat kecil konsentrasinya
  (dilute)
• Ini adalah gradien garis operasi
• L/V D y/D x
• Jika garis operasi berada di bawah garis
  kesetimbangan maka akan terjadi transfer dari L
  ke V, atau peristiwanya disebut sebagai Stripping

dZ
Penampang iris S
L1, x1
V1, y1
25
Disain menara packing

• Jika
• dA a S dz, dan d(Vy) d(Lx)
• Maka
• Dan VV(1-yAG)
• dan

A luas interface, m2 a luas interface
packing, m2/m3 S luas penampang menara, m2 z
tinggi menara
26
Disain menara packing

• Integrasi menghasilkan

Untuk dilute gas mixture (x dan y lt 0.1), maka
selisih-selisih pada V, L, y dan x dpt dianggap
konstan.
27
Lokasi garis operasi
(a) Absorpsi komponen A dari V ke L (b) Stripping
komponen A dari L ke V
28
Minimum L/G
y
Semakin tinggi kolom diperlukan
Pada (L/G)min nilai y2 yang diinginkan hanya
dapat dicapai dengan tinggi kolom tak terbatas
x
29
Pertimbangan Ekonomi

• Nilai optimum L/V bergantung pada neraca
  ekonomi
• L/V besar, maka L besar, sehingga (H kolom
  tetap, D besar) recovery L mahal/besar
• L/V kecil, maka L kecil, sehingga tinggi besar,
  harga kolom besar