Transcript Document 7626985

Pendahuluan




Rasio nilai Nasikin: Misri = 1:1
Penilaian Saya =
UA : ∑ Test : ∑ PR = X : Y : Z
Dimana X > Y > 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.
1
Absorpsi
Dissolusi (pelarutan) ke dalam fasa liquid;
Pemanfaatan difusivitas tinggi dari molekul
gas;
Koefisien partisi Henry's law  (tek.
uap/kelarutan)
2
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 Liquid:Gas > D
– Packed Column lebih banyak dipakai
Feed
3
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




4
Interface
A
Tekanan
parsial gas
A
PAi
Bulk gas
Batasan film gas
PAG
Film
Liquid
B
D
Film
gas
Batasan film liquid
Mekanisme Absorpsi
E
Bulk Liquid
CAi
CAL
Konsentrasi
zat A di dlm
fasa cair
PAG = Tek. Parsial pada fasa bulk
PAi = Tek. Parsial pada interface
CAL = Konsentrasi pada fasa liquid
CAi = Konsentrasi pada fasa interface
5
Difusi melalui gas stagnant
Absorpsi gas yang mengandung komponen dapat-larut A dan takdapat-larut B melalui gas stagnant menurut hukum Stephan:
N 'A   DV
CT dC A
CB dz
N’A = 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
N 'A 
DV CT
D P
C
P
ln B 2  V ln B 2
zG
C B1
RTz G
PB1
(untuk gas ideal)
Jika PBM = (PB2- PB1)/ ln (PB2/ PB1), maka
N 'A 
DV P PB 2  PB1
D P PA1  PA 2
 V
RTz G
PBm
RTz G
PBm
N 'A  kG ( PA1  PA2 )
kG adalah koefisien transfer film gas
6
Difusi pada fasa liquid
N 'A   DL
dC A
dz
DL
= difusivitas fasa liquid
z
= jarak pada arah perpindahan massa
CA, CT = konsentrasi molar komponen A, B dan total gas
N 'A  k L (C A1  C A2 )
kL adalah koefisien transfer film liquid
7
Laju Absorpsi dan koefisien
menyeluruh
Tekanan parsial
Interface
gas A
PAG
D
PAi
E
PAe
F
CAL
Pada kondisi tunak:
A
B
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
CAi
CAe
N  k G ( P AG  P Ai )  k L ( C Ai  C AL )
'
A
8
Laju Absorpsi dan koefisien
menyeluruh
Tekanan parsial
Interface
gas A
PAG
D
PAi
E
PAe
F
A
Pada kondisi tunak:
N 'A  k G ( P AG  P Ai )  k L ( C Ai  C AL )
CAL
B
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
CAi
CAe
kG dan kL sulit diukur, maka digunakan
N 'A  K G ( PAG  PAe )  K L (C Ae  C AL )
KG dan KL adalah koefisien transfer menyeluruh gas dan liquid
9
Hubungan antara koefisienkoefisien
Dengan asumsi bahwa larutan mengikuti hukum Henry, maka
1
1 Η
 
K G kG k L
sehingga
dan
1
Η

KG K L
1 1 1
 
K L kL Hk G
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.
10
Laju Absorpsi dalam fraksi mol
Laju perpindahan massa dapat ditulis:
N 'A  kG' ( y A  y Ai )  K G' ( y A  y Ae ) dan
N 'A  k L' ( x Ai  x A )  K L' ( x Ae  x A )
Jika m adalah gradien kurva kesetimbangan, maka
1
1 m
 '  '
'
K G kG k L
11
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
12
Kolom dinding basah
Mengingat kurva kesetimbangan bukan garis lurus, maka
Tekanan parsial
gas A
DB 
Interface
PAG
D
PAi
E
PAe
F
A
kG
kL
kG'
kG 
(1  y A )im
CAL
B
Konsentrasi zat A di dlm fasa cair
CAi
(1  y Ai )  (1  y AG )
(1  y A )im 
ln[(1  y Ai ) /(1  y AG )]
CAe
dan
kG'
k L'
N 
( y AG  y Ai ) 
( x Ai  x AL )
(1  y A )im
(1  x A )im
'
A
dan
k L'
kL 
(1  x A )im
(1  x A )im 
dan
(1  x AL )  (1  x Ai )
ln[(1  x AL ) /(1  x Ai )]
k L' /(1  x A )im ( y AG  y Ai )

kG' /(1  y A )im ( x AL  x Ai ) 13
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
14
Pendekatan lain
Beberapa penelitian thdp penguapan cairan ke arus udara dalam
tabung menunjukkan hubungan sbb:
d
 B Re 0,83
zG
d = diameter tabung
zG = ketebalan film
B = konstanta
Re = Bilangan Reynold
Dari slide sebelumnya, diketahui bahwa
kG 
maka
DV P
RTz G PBm
hD dPBm
 B Re 0,83
DV P
maka
kG RTPBm
1

 B Re 0,83
DV P
kG
Dan beberapa pendekatan lainnya
15
Perhitungan peralatan
Absorpsi


Plate
Packed Towers
16
Jenis-jenis Plate (Tray)
Kontak uap dan liquid efisien
 Sieve tray
– Paling banyak dipakai,
– Bentuk mirip dgn yg dipakai pada
distilasi,
– lubang sederhana,  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
17
Spray tower and Venturi
18
Buble cap tray
19
Packed




Beragam jenis packing telah
dikembangkan untuk
memperluas daerah dan
efisiensi kontak gas-liquid
Ukuran 3 -75mm
Bahan:Inert dan murah spt
tanah liat, porselin, grafit,
plastik, etc.
Packing baik: 60-90%
volume total
20
Desain Menara Absorpsi Piringan
V1, y1
L0, x0
L dan V = laju alir total
L’ dan V’ = laju alir komponen inert
1
Untuk memudahkan perhitungan, maka neraca massa
dihitung berdasarkan laju alir inert, bukan laju alir
total
2
Jumlah mol komponen absorbent = L.xn ,
n
L’ = L – L.xn
Vn+1, yn+1
n+1
Ln, xn
L’ = L (1 – .xn)
N -1
N
VN+1, yN+1
LN, xN
21
Desain Menara Absorpsi Piringan
Neraca massa
L0 x0  Vn 1 yn 1  Ln xn  V1 y1
pada kotak putus-putus berlaku sbb:
 x 
 y

 x 
 y 
L'  0   V '  n 1   L'  n   V '  1 
 1  y1 
 1  x0 
 1  yn 1 
 1  xn 
Dan pada keseluruhan berlaku neraca massa sbb:
 x 
 y

 x
L'  0   V '  N 1   L'  N
 1  x0 
 1  y N 1 
 1  xN
Kedua pers. terakhir disebut

 y 
  V '  1 
 1  y1 

Persamaan garis operasi
22
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.
23
Desain Menara Absorpsi Packing
V ,y
L ,x
Persamaan garis operasi keseluruhan:
2
2
2
2
 x   y 
 x 
 y 
L'  2   V '  1   L'  1   V '  2 
 1  x2   1  y1 
 1  x1 
 1  y2 
Untuk titik tetentu:
 x   y1   x1   y 
  L' 
  V ' 

L' 
  V ' 
 1  x   1  y1   1  x1   1  y 
d
Z
Penampang iris
S
Jika komponen A sangat kecil konsentrasinya (dilute):
L' x  V ' y1  L' x1  V ' y
Ini adalah gradien garis operasi

L’/V’ = D y/D x
V1, y1 L1, x1
Jika garis operasi berada di bawah garis kesetimbangan maka akan terjadi transfer
dari L ke V, atau peristiwanya disebut sebagai Stripping
24
Disain menara packing
V2, y2 L2, x2
Jika
dA = a S dz, dan d(Vy) = d(Lx)
Maka
N A' dA 
'
G
k a
k a
( y AG  y Ai ) Sdz 
( x Ai  x AL ) Sdz
(1  y A )im
(1  x A )im
kG' a
d (Vy AG ) 
( y AG  y Ai ) Sdz
(1  y A )im
k L' a
d ( Lx AG ) 
( x Ai  x AL ) Sdz
(1  x A )im
Dan V’=V(1-yAG)
Penampang iris
S
A = luas interface, m2
a = luas interface packing, m2/m3
S = luas penampang menara, m2
z = tinggi menara
 V ' y AG 
V'
 
d (Vy AG )  d 
dy AG
2
 (1  y AG )  (1  y AG )
VdyAG
kG' a

( y  y ) Sdz dan
1  yAG (1  y A )im AG Ai
dZ
'
L
V1, y1 L1, x1
LdxAL
k L' a

( x  x ) Sdz
1  xAL (1  x A )im Ai AL
25
Disain menara packing
Integrasi menghasilkan:
z
y1
0
y2
 dz  z 
y1
z

y2

Vdy
kG' aS
(1  y )( y  yi )
(1  y ) im
Vdy
K G' aS
(1  y )( y  ye )
(1  y ) em
z
x1
0
x2
 dz  z 

Ldx
k L' aS
(1  x)( xi  x)
(1  x) im
x1
z

x2
Ldx
K L' aS
(1  x)( xe  x)
(1  x) em
Untuk dilute gas mixture (x dan y < 0.1), maka selisih-selisih pada V, L, y dan x dpt dianggap konstan.
V
( y1  y2 )  kG' az ( y  yi ) M
S
V
( y1  y2 )  kG' az ( y  ye ) M
S
L
( x1  x2 )  k L' az ( xi  x) M
S
L
( x1  x2 )  k L' az ( xe  x) M
S
26
Lokasi garis operasi
Bawah kolom
Bawah kolom
y2
Atas kolom
x2
x1
Fraksi mol, x
Fraksi mol, y
Fraksi mol, y
y
y
Atas kolom
y2
x2
Fraksi mol, x
x1
(a) Absorpsi komponen A dari V ke L
(b) Stripping komponen A dari L ke V
27
y
Minimum
L/G
(x1, y1)
0.08
0.06
Operating Line
slope = L/G
0.04
Equilibrium Line - y = 0.75x
Semakin tinggi kolom
Minimum
diperlukan(L/G)min line
Pada (L/G)min nilai y2 yang diinginkan hanya dapat
dicapai dengan tinggi kolom tak terbatas
0.02
(x2, y2)
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
x
28
0.1
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

29