A. Definisi dan Prinsip Dasar Absorbsi

Gambar 1. Kolom absorber

Absorpsi merupakan proses yang terjadi ketika suatu komponen gas (absorbat) berdifusi ke dalam cairan (absorben) dan membentuk suatu larutan. Prinsip dasar dari absorpsi adalah memanfaatkan besarnya difusivitas molekul-molekul gas pada larutan tertentu dan dapat dilakukan pada gas-gas atau cairan yang relatif berkonsentrasi rendah maupun yang berkonsentrasi tinggi (konsentrat). Bila campuran gas dikontakkan dengan cairan yang mampu melarutkan salah satu komponen dalam gas tersebut dan keduanya dikontakkan dalam jangka waktu yang cukup alam pada suhu tetap, maka akan terjadi suatu kesetimbangan dimana tidak terdapat lagi perpindahan massa. Driving force dalam perpindahan massa ini adalah tingkat konsentrasi gas terlarut (tekanan parsial) dalam total gas melebihi konsentrasi kesetimbangan dengan cairan pada setiap waktu.

Sebagai contoh adalah penyerapan ammonia dari campuran ammonia-udara oleh zat inert. Campuran amonia-udara dengan konsentrasi tertentu memasuki bagian bawah kolom absorpsi, bergerak anik secara berlawanan arah (countercurrent) dengan zat inert yang bergerak turun melalui bagian atas kolom, gas amonia yang terlarut dalam udara yang keluar akan turun dan sementara konsentrasi amonia dalam zat inert akan naik. Setelah absorspsi terjadi, maka zat inert akan diregenerasi kembali dengan cara distilasi sehingga gas amonia yang terbawa dapat terlepas dari gas inert. Selanjutnya zat inert akan digunakan kembali untuk penyerapan amonia yang masih tersisa di campuran amonia-udara. Hal yang perlu diketahui dalam aplikasi absorpsi adalah bahwa laju absorpsi dapat ditingkatkan dengan cara memperluas permukaan kontak.

Tabel 1. Perbedaan distilasi, absorpsi, ekstraksi, dan leaching

DistilasiAbsorpsiEkstraksiLeaching

Prinsip pemisahanPerbedaan titik didih dan tekanan uapPerbedaan difusivitas dan tekanan uapPerbedaan sifat fisika dan kimia-

Fasa Cair - GasCair - GasCair - CairPadat Cair

Kondisi operasi :

suhu

tekananSuhu masuk dan keluar berbedaSuhu dan tekanan tetapSuhu dan tekanan tetapSuhu dan tekanan tetap

Peralatan paling banyak dipakaiTray columnPacked column--

Berdasarkan interaksi antara absorbent dan absorbate, absorpsi dibedakan menjadi:

Absorpsi Fisika

komponen yang diserap pada absorpsi ini memiliki kelarutan yang lebih tinggi (dibanding komponen gas lain) dengan pelarut (absorben) tanpa melibatkan reaksi kimia.

Contoh: Absorpsi menggunakan pelarut shell sulfinol, SelexolTM, RectisolTM (LURGI), flour solvent (propylene carbonate).

Absorpsi Kimia

melibatkan reaksi kimia saat absorben dan absorbat berinteraksi. Reaksi yang terjadi dapat mempercepat laju absorpsi, serta meningkatkan kapasitas pelarut untuk melarutkan komponen terlarut.Contoh: Absorpsi yang menggunakan pelarut MEA, DEA, MDEA, Benfield Process (Kalium Karbonat)

B. Faktor yang Mempengaruhi Laju Absorpsi

Luas pemukaan kontak

Semakin besar permukaan gas dan pelarut yang kontak, maka laju absorpsi yang terjadi juga akan semakin besar. Hal ini dikarenakan, permukaan kontak yang semakin luas akan meningkatkan peluang gas untuk berdifusi ke pelarut.

Laju alir fluida

Jika laju alir fluida semakin kecil, maka waktu kontak antara gas dengan pelarut akan semakin lama. Dengan demikian, akan meningkatkan jumlah gas yang berdifusi.

Konsentrasi gas

Perbedaan konsentrasi merupakan salah satu driving force dari proses difusi yang terjadi antar dua fluida.

Tekanan operasi

Peningkatan tekanan akan meningkatkan efisiensi pemisahan.

Temperatur komponen terlarut dan pelarut

Temperatur pelarut hanya sedikit berpengaruh terhadap laju absorpsi.

Kelembaban Gas

Kelembaban yang tinggi akan membatasi kapasitas gas untuk mengambil kalor laten, hal ini tidak disenangi dalam proses absorpsi. Dengan demikian, proses dehumidification gas sebelum masuk ke dalam kolom absorber sangat dianjurkan.

C. Jenis-jenis Kolom Absorber

Sieve tray

Pada kolom absorber jenis ini uap akan mengalir ke atas melalui lubang-lubang berukuran diameter 3-12 mm dan melalui cairan absorben yang mengalir. Luas penguapan atau lubang-lubang ini biasanya sekitar 5-15% luas tray. Dengan mengatur energi kinetika dari gas-gas dan uap yang mengalir melalui lubang ini, maka dapat diupayakan agar cairan tidak jatuh mengalir melalui lubang-lubang tersebut. Kedalaman cairan pada tray dipertahankan dengan overflow pada tanggul (outlet weir).

Valve tray

Menara valve tray adalah bentuk modifikasi dari bentuk menara sieve tray dengan penambahan katup-katup (valves) untuk mencegah kebocoran atau mengalirnya cairan ke bawah pada saat tekanan uap rendah. Oleh karena itu, valve tray menjadi sedikit lebih mahal daripada sieve tray. Kelebihan valve tray adalah memilliki rentang operasi laju alir yang lebih lebar daripada sieve tray.

Spray tower

Menara jenis ini memiliki tingkat efisiensi yang rendah.

Bubble-cap tray

Jenis ini telah dipakai lebih dari 100 tahun lalu, namun penggunaannya mulai digantikan oleh jenis valve tray sejak tahun 1950. Alasan utama berkurangnya pemakaian bubble-cap tray adalah alasan ketidakekonomisan.

Packed Bed

Menara absorpsi ini paling banyak digunakan karena luas permukaan kontak dengan gas yang cukup besar.

Sementara itu, aliran fluida dalam kolom absorber dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

Cross-flow

Counter-current

Co-current

Gambar Aliran a) Cross-flow dan b) Countercurrent dalam Plate ColumnD. Aplikasi Absorbsi

Absorpsi H2O dari gas alam

Pada plant H2O removal, zat yang akan diabosrb adalah gas pengotor H2O yang terdapat pada gas alam. Absorben yang umum digunakan oleh unit operasi CO2 removal plant adalah Trietilglygol (TEG). Proses absorpsi menggunakan TEG adalah sangat fleksibel dan cocok untuk penghilangan senyawa CO2, H2S, dan sulfur hingga mencapai level yang diinginkan. Spesifikasi gas yang akan diproses dapat bervariasi mulai dari 5% CO2 untuk sales gas atau lebih rendah untuk spesifikasi LNG (kurang dari 50 ppmv CO2, kurang dari 4 ppmv H2S). aMDEA memiliki sifat tidak korosif sehingga membuat senyawa ini menjadi pelarut yang stabil secara kimia dan termal sehingga sebagian besar plant dapat terbuat dari karbon steel. Selain itu juga tidak dibutuhkan pasivator logam berat atau korosi inhibitor. Sistem aktivator tidak membentuk produk degradasi korosi yang tinggi. Hal tersebut akan mencegah masalah seperti korosi, erosi, pembentukan scaling, dan foaming.

E. Neraca Massa Absorbsi

Untuk memahami persamaan neraca massa yang berlaku pada kolom absorber, perhatikan gambar berikut:

Gambar. Diagram neraca massa untuk packed columnNeraca massa

Pada menara absorpsi akan terjadi variasi komposisi secara kontinu dari suatu stage ke stage lain diatasnya. Neraca massa bagian atas kolom

Neraca massa total

: La + V = L + Va(1)

Neraca massa komponen A

:Laxa + Vy = Lx + Vaya(2)

Neraca massa keseluruhan

Neraca massa total

: La + Vb = Lb + Va (3)

Neraca massa komponen A

: Laxa + Vbyb = Lbxb + Vaya (4)

Persamaan garis operasinya

:

5)

Ket:

V= laju alir molal fasa gas dan L adalah fasa liquid pada titik yang sama di menara.F. Koefisien Transfer Massa Gas Menyeluruh

Koefisien transfer massa gas menyeluruh (Overall Mass Transfer Coefficient, gas concentration) merupakan parameter yang erat kaitannya dengan laju difusi atau perpindahan massa gas ke liquid. Semakin besar nilai koefisien, semakin besar pula laju difusi gas. Persamaan yang digunakan untuk menentukan KOG adalah sebagai berikut:

(6)

Ket:

KOG= koefisien transfer massa gas menyeluruh (gr.mol/atm.m2.sekon)

Ga= jumlah gas terlarut dalam liquid

a= luas spesifik (440 m2/m3)

AH= volume kolom

Pi= Fraksi mol inlet tekanan total

Po= Fraksi mol outlet tekanan total

Persamaan diatas menunjukkan bahwa semakin besar nilai koefisien transfer massa gas, maka jumlah gas yang terlarut dalam liquid akan lebih banyak. Selain itu, persamaan tersebut menunjukkan adanya pengaruh tekanan kolom dalam menentukan nilai koefisien transfer massa gas. Hal ini karena pengaruh adanya isian pada kolom yang menyebabkan pressure drop yang selalu harus diperhitungkan dalam kolom isian. Semakin besar pressure drop maka perpindahan massa gas ke liquid akan semakin kecil.

G. Laju Absorpsi

Gambar. Lokasi komposisi antar-muka (interface)

Laju absorpsi dapat diketahui dengan menggunakan koefisien individual atau koefisien keseluruhan berdasarkan pada fasa gas atau liquid. Koefisien volumetrik biasa digunakan pada banyak perhitungan, karena akan lebih sulit untuk menentukan koefisien per unit area dan karena tujuan dari perhitungan desain secara umum adalah untuk menentukan volume absorber total.

Laju absorpsi per unit volume packed column ditunjukkan dalam beberapa persamaan dimana x dan y adalah fraksi mol komponen yang diabsorp :

r = kya (y yi) (7)r = kxa (xi x)(8)r = Kya (y y*)(9)r = Kxa (x* x)(10)Komposisi antar-muka (yi,xi) dapat diperoleh dari diagram garis operasi menggunakan persamaan (7) dan (8) :

(11)

Driving force keseluruhan dapat dengan mudah ditentukan sebagai garis vertikal atau horizontal pada diagram x-y. Koefisien keseluruhan diperoleh dari kya dan kxa menggunakan slope lokal kurva kesetimbangan m.

(12)

(13)

H. Faktor Pemilihan Solven

Terdapat beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam pemilihan solven, terutama faktor fisik :

Kelarutan gas

Kelarutan gas yang tinggi akan meningkatkan laju absorpsi dan menurunkan kuantitas solven yang diperlukan. solven yang memiliki sifat yang sama dengan bahan terlarut akan mudah dilarutkan. Jika gas larut dengan baik dalam frkasi mol yang sama pada beberapa jenis solven, maka harus dipilih solven yang memiliki berat molekul terkecil. Sehingga akan diperoleh fraksi mol gas terlarut lebih besar. Jika terjadi reaksi kimia dalam absorpsi, maka kelarutan akan sangat besar. Namun jika pelarut akan diregenerasi, maka reaksi tersebut harus reversible.

Volatilitas

Pelarut harus memiliki tekanan uap yang rendah karena jika gas yang meninggalkan kolom absorpsi jenuh dengan pelarut, maka akan ada banyak solven yang terbuang. Bila diperlukan, dapat digunakan cairan pelarut kedua, yaitu pelarut yang volatilitasnya lebih rendah untuk menangkap porsi gas yang teruapkan.

Korosivitas

Material bangunan menara absorpsi sebisa mungkin tidak dipengaruhi oleh sifat solven. Solven atau pelarut yang korosif dapat merusak menara, sehingga diperlukan material menara yang mahal atau tidak mudah dijumpai.

Viskositas

Viskositas pelarut yang sangat rendah amat disukai karena memungkinkan laju absorpsi yang tinggi, meningkatkan karakter flooding dalam kolom, pressure drop yang kecil, dan sifat perpindahan panas yang baik.

_1488580399.unknown

_1488580401.unknown

_1488580403.unknown

_1488580404.unknown

_1488580405.unknown

_1488580400.unknown

_1488580397.unknown