absorbsi prof

TRANSPORT PROCESSES AND UNIT OPERATION CHRISTIE J. GEANKOPLIS

TERJEMAHAN ABSORBSI

1

ABSORBSI

10.6 PROSES ABSORBSI PADA PLATE DAN PACKED TOWER

10.6A Peralatan dari Absorbsi dan Destilasi

1. Pengenalan dari absorbsi

Absorbsi adalah proses perpindahan massa uap dari larutan A dalam

campuran gas yang diserap (diabsorbsi) yang berarti suatu cairan yang mana

larutannya mudah atau sulit larut. Campuran gas biasanya terdiri dari gas inert dan

larutan. Cairan pada umumnya immicible dalam fasa gas; sehingga vaporasi

menjadi fase gas yang relatif rendah. Contoh tipe dari absorbsi yaitu larutan NH3 dari udara bercampur dengan air. Kemudian, larutan diperoleh lagi dengan cara

destilasi. Dalam proses kebalikannya yaitu desorpsi atau stripping yang

mempunyai persamaan prinsip. Desorpsi adalah pemindahan sebuah komponen

didalam cairan yang dikontakkan dalam gas.

2. Tipe-tipe Tray (plate) tower dari absorbsi dan destilasi

Untuk memenuhi hubungan efesiensi antara liquid dan gas pada absorbsi

dan destilasi yang sering dipakai adalah tray tower pada umumnya dipakai jenis

sieve tray. (pada gambar 10.6 a dan bab 11.4a)

Gambar 10.6-1 Bagian Kontak Tray : (a) Detail dari menara sieve tray, (b)

menara dengan bubble cap tray.

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com


TERJEMAHAN ABSORBSI

2

A Sieve Tray

Pada dasarnya, jenis yang sama dari sieve tray digunakan di dalam

penyerapan gas (absorbsi) dan di dalam penyulingan (destilasi). Di dalam sieve

tray, uap air meluap melalui lubang sederhana dalam tray dengan cairan yang

mengalir. Diameter ukuran lubang berkisar dari 3 sampai 12 mm, dan umumnya

berukuran 5 mm. Vapor area dari holes varies antar 5 sampai 15% dari tray area.

Cairan dijaga agar tetap pada permukaan tray dan dicegah agar tidak mengalir

turun kelubang oleh energi kinetik dari uap air atau gas. Kedalaman cairan pada

tray dijaga dengan overflow, saluran bendungan. Overflow cairan mengalir

kedalam downspout pada tray berikutnya.

B. Valve Tray

Suatu modifikasi dari sieve tray adalah valve tray, yang terdiri dari

bukaan pada tray dan suatu lift-valve yang melindungi masing-masing bukaan,

penyediaan suatu variabel untuk membuka area yang bervariasi oleh uap air arus

kebocoran cairan [yang] yang menghambat sepanjang pembukaan pada uap air

tingkat tarip rendah. Karenanya, tray jenis ini dapat beroperasi pada suatu

cakupan laju alir yang lebih besar dibanding sieve tray, tetapi biayanya 20% lebih

tinggi dibanding suatu valve tray. Saat ini valve tray sedang banyak digunakan.

C. Bubble cup Tray

Bubble-cup tray, seperti pada gambar 10.6-1b,telah digunakan untuk

lebih 100 tahun, tetapi sejak 1950 mereka telah menggantinya dengan sieve-type

atau valve tray karena biayanya yang hamper duakali dari tipe sieve tray. Di

dalam babble cup tray, uap air atau gas rises naik sampai ke bukaan di dalam tray

ke dalam bubble cups. Kemudian gas mengalir sepanjang slot di dalam batas luar

dari tiap cup dan yang naik melalui cairan yang mengalir.



TERJEMAHAN ABSORBSI

3

3. Packed Tower untuk Absorbsi dan Destilasi

Packed tower yang digunakan untuk countercurrent yang berlanjut

dengan kontak cairan dan gas di dalam penyerapan dan juga untuk kontak vapor-

liquid didalam penyulingan.Menara seperti gambar 10.6-2 terdiri dari suatu kolom

silindris yang berisi inlet gas dan ruang distribusi berada di bawah,pintu masuk

liquid dan ruang disrtibusi berada di puncak, untuk outlet gas juga berada di

puncak, outlet liquid berada di bawah, dan suatu packing atau filling beradapada

tower. Gas masuk kedalam ruang distribusi pada bagian bawah packed melalui

bukaan atau celah dalam packed dan kontak dengan cairan yang turun mengalir

melalui operasi yang sama. Area yang besar dapat mengkontakkan gas dan liquid

yang diberikan oleh packing.

Gambar 10.6-2. Aliran dan karakteristik packed tower untuk absorbsi

Banyak jenis packed tower yang berbeda telah dikembangkan. Jenis

umum packing yang sering digunakan dapat ditunjuk pada gambar 10.6-3. Seperti

packing komersial lainnya packed tower berukuran antara 3 mm sampai 75 mm.

Umumnya packed tower terbuat dari material murah dan tanpa daya seperti tanah

liat, porselin, grafit, atau plastik. High void ruang antara 60 sampai 90% adalah

karakteristik yang baik untuk packing. Packing permit volum cairan yang relatif



TERJEMAHAN ABSORBSI

4

besar untuk memberikan countercurrently pada gas yang mengalir sepanjang

bukaan relatif rendah, gas terjadi kehilangan tekanan. Jenis yang sama packed ini

juga digunakan di dalam separasi vapor-liquid proses destilasi.

Gambar 10.6-3 Jenis isian menara : (a) rashing ring, (b) lessing ring, (c) berl

saddle, (d) palt ring

Stacked packing mempunyai ukuran 75 mm dapat juga dibuat lebih

besar dari itu. packing adalah stacked yang tegak lurus, dengan salur terbuka yang

terus bergerak sampai kealas. adventage dari kehilangan tekanan gas yang lebih

rendah adalah offset yang lebih sedikit pada sebagian gas-liquid yang

dihubungkan didalam stacked packing. Tipe khusus Stacked packing adalah wood

grids, drip-point grids, spiral partition rings, dan lainnya.

Pada packed tower pemilihan ukuran dan jenis bahan packed harus

ditentukan dan arus cairan harus dibatasi, Gas mengalir pada batas,yang

dihubungkan dengan flooding velocity. Di atas percepatan gas ini tower tidak bisa

operasikan. Pada velocity gas yang rendah aliran liquid akan mengarah kebawah

melalui packed yang tidak dipengaruhi oleh arus gas yang naik. Ketika laju alir

gas ditingkatkan pada percepatan gas rendah, kehilangan tekanan adalah

sebanding dengan laju alir dengan power 1,8. Laju alir gas dapat dihubungkan

dengan loading point. Laju alir gas flowdown dan akumulasi lokal atau pools start

cairan dapat dilihat dalam packing. Kehilangan tekanan dari gas dimulai menuju



TERJEMAHAN ABSORBSI

5

pada tingkat yang lebih cepat. Ketika laju alir gas di dalam ditingkatkan,

akumulasi atau holdup cairan meningkat. Di flooding point, cairan tidak dapat lagi

mengalir turun ke packed dan di blow out dengan gas tersebut.

Dalam suatu tower operasi nyata velocity gas berada dibawah flooding.

Jumlah yang ekonomis untuk velocity gas maksimum adalah sekitar one holf kira-

kira sekitar flooding velocity. Hal ini tergantung pada suatu saldo ekonomi antar

biaya yang pokok dan biaya beban tetap pada peralatan (S').

10.6.B Rancangan dari plate menara absorpsi.

1. Garis operasi turunan

Plate menara absorpsi memiliki beberapa diagram aliran proses seperti

proses bertahap countercurrent pada gambar 10.6.2 dan terlihat seperti tray

menara vertikal pada gambar 10.6.4. pada kasus cairan A yang terdifusi didalam

gas B yang terperangkap,seperti pada absorpsi cairan aseton (A) dari Udara (B)

oleh air. Molekul dari udara yang terperangkap dan air inert yang tetap didalam

menara keseluruhan,jika laju adalah V kg mol udara inert / s dan L kg mol

pelarut air inert / s, atau dalam kg mol inert /s m2 atau dalam unit british lb mol

inert/h ft2, dan persamaan umum pada komponen A pada gambar 10.6.4 adalah :

(10.6.1)

Persamaan menjadi

(10.6.2)

Dimana x adalah mol fraksi A dalam gas,Ln adalah total mol liquid / s,

dan Vn+1 adalah total mol gas / s. Total aliran / s dari cairan dan dari gas yang

bergantian pada menara. persamaan(10.6.2) adalah persamaan umum atau garis

operasi untuk menara absorpsi,serupa dengan persamaan (10.3.13). Untuk proses

-

+

-

=

-

+

- +

+

1

1

1

1

0

0

1'

1'

1'

1'

yyV

xx

LY

YV

xx

LN

N

N

N

-

+

-

=

-

+

- +

+

1

1

1

1

0

0

1'

1'

1'

1'

yyV

xx

LY

YV

xx

Ln

n

n

n



TERJEMAHAN ABSORBSI

6

tahap contercurrent,kecuali pada steam inert,L dan V sebagai gantinya

digunakan Laju alir L dan V. Persamaan (10.6.2) berhubungan dengan konsentrasi

yn+1 pada steam gas dan xn pada liquid.Term V,L dan y1 adalah tetap dan

biasanya tau kapan digunakan.

2. Grafik Hubungan jumlah Tray.

Plot persamaan garis operasi (10.6.2) seperti y dan x akan membentuk

sebuah garis kurva. Jika x dan y ditentukan bervariasi,penyebut 1 x dan 1 x

akan ditutup pada 1,0. dan membentuk garis yang agak lurus. Dengan slop L/V.

Jumlah tray teoritikal dapat ditentukan dengan tahap yang mudah,seperti yang

terlihat pada 10.3.3 untuk proses contercurrent.

Contoh : Absorpsi dari SO2 pada menara tray.

Menara tray yang di rancang untuk absorbsi SO2 dari udara steam oleh

air murni pada 293 0K (68 F). Gas tersebut berisi 20 mol % SO2 dan sisanya 2 mol

% pada tekanan total 101,3 kPa. Laju alir udara inert adalah 150 kg

udara/h.m2,dan laju alir air masuk adalah 6000 kg air/h.m2 . Asumsi efisiensi

keseluruhan tray adalah 25%, berapa banyak tray teoritik dan tray aktual yang

dibutuhkan? Asumsi menara bekerja pada 293 K (200).

Solusi :

Pertama dihitung laju alir molarnya,

V = 150/29 = 5,18 mol udara inert/h.m2

L = 6000/18 = 333 kg air inert/h.m2

Seperti yang terlihat pada gambar 10.6.4,yN+1 = 0,20 dan y1 = 0,20 dan

x0 = 0. dimasukkan kepersamaan 10.6.1 dan didapat xN.

00355,002,01

02,018,51

33320,01

20,018,5)0(333

=

-

+

-

=

-

+

N

N

N

xx

x

Subtitusi kodalam persamaan (10.6.1),menggunakan V dan L dalam

kg mol/h.m2 sebagai pengganti kg mol/s.m2



TERJEMAHAN ABSORBSI

7

-

+

-

=

-

+02,01

02,018,51

33320,01

20,018,5)0(333N

N

xx

Untuk memplot garis operasi dengan cara lain,umumnya titik tengah

dapat dihitung, dengan yn+1 = 0,13 dan disubtitusi kepersamaan operasi berikut:

-

+

-

=

-

+02,01

02,018,51

33307,01

07,018,50x

n

xx

Diperoleh xn = 0,000855. Untuk menghitung titik tengah lainnya kita

mengatur yn+1 = 0,13 dan diperoleh xn= 0,00201. dua titik akhir dan dua titik

tengah pada garis operasi diplot seperti pada gambar 10.6.5, untuk data

kesetimbangannya diperoleh dari apendik A3. garis operasi ini dalam bentuk

kurva. Jumlah tray teoritikal di tentukan secara bertahap diperoleh 2,4 tray

teoritikal. Jumlah trqay aktual adalah 2,4/0,25 = 9,6 tray

10.6.C Merancang Packed Tower Absorpsi

1. Cara mendapatkan operating - line (garis operasi)

Pada kasus difusi Zat A terlarut menjadi gas stagnant dan kemudian

menjadi fuida stagnant, maka neraca massa total komponen A untuk Packed

Tower absorpsi seperti terlihat pada gambar 10.6-6 adalah;

)1

(')1

(')1

(')1

('2

2

1

1

1

1

2

2

yyV

xxL

yyV

xxL

-+

-=

-+

- (10.6-3)

Dimana:

L = kg mol liquid inert / s atau kg mol liquid inert / s m2

V = kg mol gas inert / s atau kg mol gas inert / s m2

Y1 = fraksi mol A dalam gas

X1 = fraksi mol A dalam liquid



TERJEMAHAN ABSORBSI

8

Gambar 10.6-5 Theoretical number of trays for absorption of SO2

dalam contoh 10.6-1

Aliran L dan V konstan keseluruh tower, tapi aliran total L dan V tidak

konstan.Kesetimbangan sekeliling Dashed-line box pada gambar 10.6-6

memberikan persamaan operating line seperti berikut,

Gambar 10.6-6 Material Balance for a countercurrent packed absorption tower

)1

(')1

(')1

(')1

('1

1

1

1

yyV

xxL

yyV

xxL

-+

-=

-+

- (10.6-4)



TERJEMAHAN ABSORBSI

9

Persamaan ini bila diplotkan pada koordinat XY, akan memberikan

kurva garis seperti gambar 10.6-7a. Persamaan (10.6-4) biasa ditulis dalam fungsi

(batasan) tekanan parsial (p1) dari A, dimana, y1 / (1 y1) = p1 / (P p1) dan

seterusnya. Jika x dan y sangat kecil (dilute), (1 - x) dan (1 - y) biasa dianggap 1,0

dan persamaan (10.6-4) menjadi,

Lx + Vy1 @ Lx1 + Vy (10.6-5)

sehingga didapat slope dan operating- line yang lurus. Saat larutan

berpindah dari L ke aliran V, proses ini disebut stripping, pada saat operating-line

terletak dibawah equilibrium-line, yang ditunjukkan pada gambar 10.6-7b.

Gambar 10.6-7 location of operating line: a) for absorption of A from V to L

stream, b) for striping of A from L to V stream

2. Memperkecil dan rasio yang optimum untuk L/ V

Dalam proses absorpsi, aliran gas inlet (masuk V1) dan komposisi y1

pada umumnya ditentukan. Konsentrasi keluar y2 biasanya juga ditentukan oleh si

perancang. Sedangkan konsentrasi x2 yang dimasuki oleh liquid sering

disesuaikan dengan keperluan dari proses. Oleh karena itu, jumlah aliran liquid

masuk L2 / L boleh untuk memilih.



TERJEMAHAN ABSORBSI

10

Gambar 10.6-8 Minimum liquid / gas ratio for absorption

Pada gambar 10.6-8 aliran V1 dan konsentrasi y2, x2 dan y1 ditentukan.

saat operating-line mempunyai slope minimum dan mengenai garis equilibrium

pada titik P1, maka aliran liquid L akan minimum saat Lmin. Nilai x1 maksimum

pada x1max saat Lminimum. Pada titik P driving force (y y*; y yi; x* - x; x1 x

) semuanya nol. Untuk menyelesaikan Lmin, maka nilai y1 dan x1max disubtitusi

kedalam persamaan operating-line. Dalam beberapa kasus lain, jika equilibrium

line kurvanya concavely downward nilai L minimum dapat dicapai dengan

tangensial dari operational-line yang memotong ke equilibrium-line.

Pemilihan rasio L/V yang optimum ini digunakan untuk merancang

packed tower karena menimbang dari Economic Balance. Didalam absorpsi,

diperlukan diameter tower yang besar untuk sebuah aliran liquid yang besar

sehingga sangat tinggi nilai atau value yang diperlukan. Biaya recovering larutan

dari liquid melalui proses destilasi juga menjadi tinggi. Aliran kecil liquid hasil

dari dalam tower yang tinggi akan memakan biaya yang mahal. Sesuai pendekatan

dari aliran liquid optimum pilihan nilai yang dipakai sekitar 1,5 pada rasio dari

rata rata slope operating-line ke arah equilibrium-line proses absorpsi tersebut.

Nilai faktor ini dapat berubah, tergantung pada nilai zat terlarut dan tipe towernya.



TERJEMAHAN ABSORBSI

11

3. Film dan koefisien perpindahan massa total dalam packed tower

Sebenarnya sangat sulit menghitung secara eksperimen area interfacial

atau luas antar permukaan (A) m2 antara fasa L dan V, begitu juga dalam hal

menghitung koefisien film (kx, ky) dan koefisien total (kx, ky). Biasanya

perhitungan atau pengukuran secara eksperiment dalam packed tower diambil dari

yield koefisien perpindahan massa volumetrik digabung dengan area interfacial

dan koefisien perpindahan massa.

Untuk mendapatkan luas antar permukaan (m2) dalam volume pack (m3),

yaitu volume packing dalam tinggi dz (m) adalah S dz.

dA = aS dz (10.6-6)

dimana, S adalah m2 dikali section luas tower. Sehingga film volumetrik dan

koefisien perpindahan massa kemudian didapatkan sebagai berikut

molfraksipackingmsmolkgaK y 3' = fraksimolpackingms

molkgaK x 3' = (SI)

molfraksipackingfthmollbaK y 3' = fraksimolpackingfth

mollbaK x 3' = (English)

4. Metode untuk merancang packed tower

Pada proses absorpsi A dari B stagnant, dengan persamaan operating line

(10.6-4). Untuk diferensial dari tinggi tower dz yang terlihat pada gambar 10.6-

6, yaitu mol A meninggalkan equal V dan memasuki mol L.

d(LVy) = d(Lx) (10.6-7)

dimana: V = kg mol total gas / s

L = kg mol total liquid / s

D(Vy) = d (Lx) = kg mol A yang berpindah / s dalam tinggi dz



TERJEMAHAN ABSORBSI

12

Tiap A kg mol ditransfer /s dari persamaan (10.6-7) harus equal dengan

perpindahan A kgmol /s dari persamaan perpindahan massa dari NA.

( )ALAiiMA

xAAG

iMA

yA xxx

kyy

yk

N --

=--

=)1(

')(

)1('

; (10.4-8)

dimana, (1 - y)iM dan (1-xA)iM didapat dari persamaan (10.4-6) dan (10.4-7).

Dikalikan dengan sisi kiri dari persamaan (10.4-8 ) dengan dA dan dua sisi rumus

aS dz dari persamaan (10.6-6).

( ) dzSxxx

akdzSyy

yak

dAN ALAiiMA

xAiAG

iMA

yA --

=--

=)1(

')(

)1('

(10.6-8)

dimana, NA dA = kgmol A yang berpindah / s dalam tinggi dz m (lb mol/h)

( ) ( ) ( ) dzSyyyak

Vyd AiAGiMA

yAG --

=1

' (10.6-9)

( ) ( ) ( ) dzSxxxakVxd ALAi

iMA

xAL --

=1

' (10.6-10)

sehingga V = V(1 - yAG) atau V = V/(1 - yAG)

( ) ( ) ( )AGAG

AG

AGAG

AGAG y

dyVy

ydVy

yVdVyd

-=

-

=

-

=1

'1

'1

' (10.6-11)

subtitusi V ke V/(1- yAG) kedalam persamaan (10.6-11) dan kemudian persamaan

(10.6-11 ke (10.6-9)

( ) ( ) dzSyyyak

ydyV

AiAGiMA

y

AG

AG--

=- 1

'1

(10.6-12)



TERJEMAHAN ABSORBSI

13

Diulangi lagi ke persamaan (10.6-10) sehingga L =L/(1 - xAL)

( ) ( ) dzSxxxak

xdxV

ALAiiMA

x

AL

AL--

=- 1

'1

(10.6-13)

Huruf dibawah seperti A, sG, L dan integral didroping, jadi persamaan akhirnya

digunakan koefisien film.

( ) ( )( )

---

==z y

yi

iM

y yyyyaSk

dyVzdz0

1

2 11

' (10.6-14)

( ) ( )( )

---

==z x

xi

iM

x xxxxaSk

dxLzdz0

1

2 11

' (10.6-15)

Dengan cara yang sama, persamaan akhir ini bisa menggunakan semua

koefisien.

( ) ( )( )

---

=1

2 *11

'

y

y

iM

y yyyyaSK

dyVz (10.6-16)

( ) ( )( )

---

=1

2 *11

'

x

x

iM

x xxxxaSK

dxLz (10.6-17)



TERJEMAHAN ABSORBSI

14

Pada kasus umum, untuk equilibrium dan operating-line biasanya kurva,

kxa, kya, Kxa, Kya dengan berbagai variasi dengan total aliran dari fluida dan

gas. Kemudian persamaan (10.6-14) (10.6-17) harus diintegralkan secara grafik.

Metode yang dilakukan untuk konsentrasi campuran akan dibahas pada sesi 10.7.

Metode untuk dilute gas akan diterangkan pada sesi selanjutnya.\

10.6.D Menyederhanakan Metode Design untuk Absorbsi dari Campuran

gas Cair dalam Packed tower

Keadaan yang sangat menguntungkan dari proses absorbsi ialah absorbsi

pada gas A cair, kasus ini yang akan menjadi pertimbangan pada prosedur

penyederhanaan design.

Kosentrasi bisa dianggap cair dengan tujuan teknik design ketika fraksi

mol y dan x dalam gas dan cair kurang dari 0,10 atau 10%. Aliran akan bervariasi

dari yang kurang dari 10% dan koefisien transfer massa yang kurang dari 10% ini

juga. Sebagai hasilnya, harga rata-rata dari aliran V dan L dan koefisien transfer

massa pada bagian atas dan bawah tower diambil sebagai batas integral. Demikian

juga, bentuk (1 1)iM/(1 y), (1 y).M/(1 y), (1 x)iM/(1 x), dan (1 x).M/(1

x) dapat diambil sebelah luar dan harga rata-rata dari harga pada batas atas dan

bawah untuk tower yang digunakan. ( sering bentuk ini dibatasi pada 1 dan dapat

keluar bersamaan). Persamaan (10.6-14) (10.6-17) didapat

Z = ( )

-

-- 1

211

'y

yiav

iM

y yydy

yy

aSKV (10.6-18)

Z = ( )

-

-

- 121

1'

x

xiav

iM

x xxdx

xx

aSKL (10.6-19)

Z = ( )

*-

-- 1

211

'y

yav

M

y yydy

yy

aSKV (10.6-20)



TERJEMAHAN ABSORBSI

15

Z = ( )

-*

-

- 121

1'

x

xav

M

x xxdx

xx

aSKL (10.6-21)

Ketika penyelesaiannya adalah cairan, garis operasi pada dasarnya akan

lurus. Asumsi garis kesetimbangan yang kira-kira jaraknya lebih lurus dari

konsentrasi yang digunakan (y yi) variasi linear dengan y dan juga dengan x.

y yi = ky + b (10.6-22)

dimana k dan b konstan. Maka, integral dari persamaan (10.6-18) dapat

diintegralkan sebagai berikut :

( ) --

=-

1

2

21y

yMii yy

yyyy

dy (10.6-23)

dimana (y yi)M adalah log rata-rata driving force.

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]22112211

/ln iiii

Mi yyyyyyyyyy

-----

=- (10.6-24)

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]****

-----

=*-2211

2211

/ln yyyyyyyyyy M (10.6-25)

Jika bentuk (1 y)iM/(1 y) dianggap 1,0, maka subtitusi persamaan (10.6-

23)sampai (10.6-18) sama dengan persamaan (10.6-19) (10.6-21), hasil akhirnya

:

( ) ( )Miy yyazkyySV

-=- '21 (10.6-26)

( ) ( )Mix xxazkxxSL

-=- '21 (10.6-27)

( ) ( )My yyazkyySV

*-=- '21 (10.6-28)



TERJEMAHAN ABSORBSI

16

( ) ( )Mx xxazkxxSL

-*=- '21 (10.6-29)

Dimana sisi kiri ialah kg mol absorbsi/s.m2 (lb mol/h.ft2) dari

kesetimbangan material dan sisi kanannya ialah laju persamaan untuk trasfer

massa. Harga V adalah rata-rata (V1 + V2)/2 dan Ladalah (L1 + L2)/2.

Persamaan (10.6-26) sampai (10.6-29) dapat digunakan pada jalan yang

agak berbeda. Langkah umum pembahasan dibawah ditunjukkan pada gambar

10.6-9.

1. Garis operasi persamaan (10.6-4) diplotkan sebagaimana dalam gambar 10.6-9

sebagai garis yang lurus. Dihitung V1, V2 dan Vav = (V1 + V2)/2, juga dihitung

L1, L2 dan Lav = (L1 + L2)/2.

2. Harga rata-rata percobaan dari koefisien film kya dan kxa yang didapat atau

yang dihasilkan dari hubungan empiris. Antara komposisi yi1 dan xi1 pada poin

y1, x1 dalam tower dihitung dari garis plot P1M1 dimana slope dihitung dari

persamaan (10.6-30) :

Slope = akak

ykxak

y

x

iMy

iMx -=--

)1/()1/(

'

'

(10.6-30)

Slope )1/()1/(

1'

1'

yakxak

y

x

--

-@ (10.6-31)

Jika bentuk (1 x)iM dan (1 y)iM digunakan, prosedurnya adalah trial

dan error, sebagaimana contoh 10.4-1. bagaimanapun, ketika penyelesaiannya

cair, bentuk (1 x1) dan (1 y1) dapat digunakan dalam persamaan (10.6-31)

tanpa trial dan error dan dengan error yang kecil dalam slope. Jika koefisien kya

dan kxa kira-kira jarak konsentrasi, maka dapat digunakan, yaitu bentuk (1 x)iM

dan (1 y)iM. Untuk garis P2M2 pada tower terakhir yang lain, harga dari yi2 dan

xi2 dihitung dengan menggunakan persamaan (10.6-30) atau (10.6-31) y2 dan x2.



TERJEMAHAN ABSORBSI

17

3. Jika keseluruhan koefisien kya digunakan, *1y dan *2y dihitung sebagaimana

ditunjukkan gambar 10.6-9. Jika kya digunakan, *1x dan *2x yang diperoleh.

4. Hitung log rata-rata driving force (y yi)M dari persamaan (10.6-24) jika kya

digunakan. Untuk kya, (y y*) dihitung dari persamaan (10.6.25). Gunakan

koefisien cairan, dihitung driving force yang cocok.

5. Hitung tinggi kolom z m dari subtitusi ke bentuk yang cocok dari persamaan

(10.6-26) (10.6-29).

6.

Gambar 10.6-9 Garis operasi dan komposisi antar permukaan dala packed tower

untuk absorpsi gas cair.



TERJEMAHAN ABSORBSI

18

CONTOH 10.6-2 Absorbsi Aceton dalam Packed Tower

Aceton diabsorbsikan dari air dalam packed tower yang mempunyai

daerah cross-sectional 0,186 m2 pada 293 K dan 101,32 kPa (1 atm). Udara yang

masuk mengandung 2,6 % mol aceton dan yang keluar 0,5 %. Aliran gas 13,65 kg

mol udara inert/h (30,1 lb mol/h). Aliran air yang masuk adalah 45,36 kg mol

air/h (100 lb mol/h). Koefisien film untuk aliran yang diberikan dalam tower kya

= 3,78 x 10-2 kg mol/s.m3.fraksi mol (8,50 lb mol/h.ft3.fraksi mol) dan kxa = 6,16

x 10-2 kg mol/s.m3.fraksi mol (13,85 lb mol/h.ft.fraksi mol). Data kesetimbangan

diberikan dalam Appendix A.3

a. Hitung tinggi tower dengan menggunakan kya

b. Ulangi dengan menggunakan kxa.

c. Hitung kya dan tinggi tower.

Penyelesaian :

Dari appendix A.3-21 untuk aseton-air

xA = 0,0333 fraksi mol

pA = 30/760 = 0,0395 atm atau yA 0,0395 fraksi mol

maka garis kesetimbangan pada :

yA = m xA

0,0395 = m (0,0333) y = 1,186x

m = 1,186

Garis kesetimbangan ini diplotkan dalam gambar 10.6-10. Diberikan data

L = 45,36 kg mol/h

V = 13,65 kg mol/h

y1 = 0,026

y2 = 0,005

x2 = 0

subtitusi ke persamaan (10.6-3) untuk kesetimbangan material keseluruhan

dengan menggunakan laju aliran kg mol/h sebagai pengganti kg mol/s.



TERJEMAHAN ABSORBSI

19

-

+

-

=

-

+

- 005,01005,065,13

136,45

026,01026,065,13

01036,45

1

1

xx

x1 = 0,00648

point y1, x1 dan y2, x2 diplotkan dalam gambar 10.6-10 dan garis lurus yang

digambarkan untuk garis operasi.

Gunakan persamaan (10.6-31) slope kira-kira pada y1, x1 ialah

60,1)026,01/(1078,3

)00648,01/(1016,6)1/()1/(

2

2

1'

1'

-=-

--=

--

-@-

-

xx

yakxakslope

y

x

Plotkan garis ini melalui y1, x1, garis ini memotong garis kesetimbangan pada yi1

= 0,0154 dan xi1 = 0,0130. Juga, *1y = 0,0077. Gunakan persamaan (10.6-30)

untuk menghitung slope yang lebih akurat, harga mula-mula untuk yi1 dan xi1 akan

digunakan dalam penyelesaian trial dan error. Subtitusi ke persamaan (10.4-6),

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]

( ) ( )( ) ( )[ ] 979,0020,01/0154,01ln

026,010154,01

1/1ln11

11

11

=-----

=

-----

=-yyyyiy

i

iiM

Gunakan persamaan (10.4-7),

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]

( ) ( )( ) ( )[ ] 993,00130,01/00648,01ln

0130,0100648,01

1/1ln11

11

11

=-----

=

-----

=-i

iiM xx

xxx



TERJEMAHAN ABSORBSI

20

Gambar 10.6-10 Daerah komposisi antar permukaan untuk contoh 10.6-2

Subtitusi ke persamaan (10.6-30)

( )( ) 61,1929,0/1078,3

993,0/1016,61/1/

2

2

'

'

-=-=--

-=-

-

xx

yakxakslope

iMy

iMx

Maka, slope rata-rata dan harga interface yang cukup akurat.

Untuk slope pada point y2, x2.

( )( )

( )( ) 62,1005,01/1078,3

01/1016,61/1/

2

2

2'

2'

-=-

--=

--

-@-

-

xx

yakxakslope

y

x

Slope diubah sedikit dalam tower. Plotkan garis ini, yi2 = 0,0020, xi2 = 0,0018,

dan *2y = 0.

Subtitusi ke persamaan (10.6-24),

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]

( ) ( )( ) ( )[ ] 00602,00020,0005,0/0154,0026,0ln

0020,0005,00154,0026,0

/ln 22112211

=-----

=

-----

=-ii

iiMi yyyy

yyyyyy



TERJEMAHAN ABSORBSI

21

Untuk menghitung total molar laju aliran dalam kg mol/s,

smolkgxLLLL

smolkgxxxVVV

smolkgxy

VV

smolkgxy

VV

av

av

/10260,13600

36,45'

/10852,32

)10811,3()10893,3(2

/10811,3005,013600/65,13

1'

/10893,3026,013600/65,13

1'

221

333

21

3

22

3

11

-

---

-

-

==@@@

=+

=+

=

=-

=-

=

=-

=-

=

Untuk bagian (a), subtitusikan ke persamaan (10.6-26) dan penyelesaiannya,

( ) ( )

( ) ( ) ( )

)27,6(911,1

00602,01078,3005,00260,0186,0

10852,3 23

'21

ftmz

zxx

yyazkyyS

VMiy

av

=

=-

-=-

--

Untuk bagian (b), digunakan persamaan yang sama untuk persamaan (10.6-24),

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]

( ) ( )( ) ( )[ ] 00368,000018,0/00648,00130,0ln

00018,000648,00130,0

/ln 22112211

=-----

=

-----

=-xxxxxxxx

xxii

iiMi

Subtitusi ke persamaan (10.6-27) dan penyelesaian,

( ) ( ) ( )

mz

zxx

936,1

00368,01016,6000648,0186,0

10260,1 22

=

=- --



TERJEMAHAN ABSORBSI

22

Chek bagian (a) ini dengan teliti,

Untuk bagian (c), subtitusikan ke persamaan (10.4-25) untuk point y1, x1,

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]( ) ( )

( ) ( )[ ] 983,0026,01/0077,01ln026,010077,01

1/1ln11

.11

*1

1*1 =

-----

=-----

=-yyyyMy

Koefisien transfer massa keseluruhan kya pada point y1, x1 dihitung dari subtitusi

persamaan (10.4-24)

( ) ( ) ( )

molfraksimsmolkgxak

xxak

xakm

yakyak

y

y

iMxiMyMy

./10183,2

993,0/1016,6186,1

979,0/1078,31

983,0/1

1/'

1/1

.1/1

32'

22'

'''

-

--

=

+=

-+

-=

-

Subtitusi ke persamaan (10.6-25),

( ) ( ) ( )( ) ( )[ ]

( )( ) ( )[ ] 01025,000050,0/0077.00260,0ln

00050,0)0077,00260,0(

/ln 22112211

=-----

=

-----

=*-**

**

yyyyyyyyyy M

Akhirnya disubtitusikan ke persamaan (10.6-28),

( ) ( ) ( )

mz

zxx

944,1

01025,010183,20050,00260,0186,0

10852,3 23

=

=- --

Chek bagian (a) dan (b) ini.



TERJEMAHAN ABSORBSI

23

10.6E Model dari Packed Tower yang digunakan dari unit transfer

Ada beberapa metode yang digunakan dalam packed tower. Yang sering

digunakan yaitu konsep transfer unit. Banyak kasus umum dari difusi A sampai

stagnant dan B tidak berdifusi lagi. Contoh (10.6-14) - (`10.6-17)

( )( )( ) --

-=

1

2 11y

y i

iMG yyy

dyyHz (10.6-32)

( )( )( ) --

-=

1

2 11x

x i

iML xxx

dxxHz (10.6-33)

( )( )( ) --

-=

1

2 *11y

y

iMOG yyy

dyyHz (10.6-34)

( )( )( ) --

-=

1

2 *11x

x

iMOL xxx

dxxHz (10.6-35)

dimana,

( )

-=

=

SyakV

aSkVH

iMyyG 1'

(10.6-36)

( )

-

=

=

SxakL

aSkLH

iMxxL 1'

(10.6-37)

( )

-=

=

SyakV

aSkVH

iMyyOG 1'

(10.6-38)



TERJEMAHAN ABSORBSI

24

( )

-

=

=

SxakL

aSkLH

iMxxOL 1'

(10.6-39)

Unit dari H adalah m (ft). HG adalah tinggi dari sebuah transfer unit

berdasarkan film gas. Nilai dari tingginya transfer unit lebih konstan daripada

koefisien transfer massa. Sebagai contoh, kya sering proporsinal dengan V 0,7.

Nilai rata rata dari koefisien transfer massa, (1 - y)iM . (1 - y)M . (1 - x)iM dan (1 x)M, maka harus digunakan persamaan (10.6-36)-(10.6-39).

Integral dari sisi kanan dari persamaan (10.6-32)-(10.6-35) adalah jumlah

transfer unit NG, NL, NOG, NOL, sangat respek. Sehungga tinggi dari packed tower

yakni,

Z = Ha Na = HL NL = HOG NOG = HOL NOL (10.6-40)

Persamaan ini sangat dasar, tidak berbeda dari yang menggunakan

koefisien transfer massa. Masih memerlukan kya dan kxa untuk menentukan area

antar permukaan konsentrasi. (1 - y)iM/(1 - y) dapat diabaikan, yang mana nilainya

dekat dengan 1,0 dalam persamaan (10.6-32). Jumlah absorpsi yang lebih besar

(y1 y2) atau driving force yang lebih kecil (y - yi), maka number yang lebih

besar dari unit transfer No dan tower yang lebih tinggi.

Dimana larutan yang dilute dengan konsentrasi dibawah 10%, rumus (1-

y)iM/ (1 - y) . (1 - x)iM/ (1 -x), (1 - y)M/(1 - y) dan (1 - x)M/(1 - x) dapat dibawa

keluar integralnya dan nilai rata rata yang digunakan. Persamaan ini menjadi ,

( )

-

-

-==

1

211 y

y iav

iMGGG yy

dyy

yHNHz (10.6-41)



TERJEMAHAN ABSORBSI

25

( )

-

-

-==

1

211 x

x iav

iMLLL xx

dxx

xHNHz (10.6-41)

( )

-

-

-==

1

2 *11 y

yav

iMOGOGOG yy

dyy

yHNHz (10.6-41)

( )

-

-

-==

1

2 *11 y

yav

iMOLOLOL xx

dx

xHNHz (10.6-41)

Jika operasi dan garis keseimbangan kedua garis lurus dan larutan dilute, dapat

ditunjukkan integralnya dalam persamaan (10.6-23) yang valid.

( ) --

=-

1

2

21y

y Mii yyyy

yydy (10.6-23)

kemudian disubtitusi ke dalam persamaan (10.6-41) yang serupa dengan

persamaan (10.6-42)-(10.6-44).

Contoh 10.6-3: Pemakaian dari unit transfer dalam packed tower

Ulangi contoh 10.6-2 dengan menggunakan unit transfer dan tinggi dari unit

transfer berikut.

a. Gunakan HG dan NG untuk menghitung tinggi tower

b. Gunakan HOG dan NOG untuk menghitung tinggi tower



TERJEMAHAN ABSORBSI

26

Penyelesaian:

Bagian (a) kya = 3,78 * 10^-2 kgmol/s m3

Fraksi mol dari contoh 10.6-2 dari persamaan (10.6-36)

HG = aSKVy'

(10.6-36)

Rata rata V adalah 3,852 x 10^-3 kgmol / s dan S = 0,186 m2.

Subtitusi dan selesaikanlah.

HG = )186.0)(21078.3(

310852.3-

-x

x = 0.548 m

Sehingga larutannya dilute, nomor dari transfer unit dari persamaan (10.6-41)

adalah,

NG =

-

-y

y iM1

)1( -2

1

y

y iyydy (10.6-45)

Suhu didalam tanda kurung tersebut akan dievaluasi pada titik 1 dan 2.

dari titik y1 = 0.026, yi1 = 0,0154 dari contoh 10.6-2. Begitu juga dari persamaan

(10.4-6) didalam contoh 10.6-2, (1 - y)iM = 0,979; juga untuk 1 y = 1 0,026 =

0,974.

Pada titik 1

Pada titik y2 = 0,005, yi2 = 0,002. Disubtitusi kedalam persamaan (10.4-6). (1

y)iM = 0,997 dan 1- y = 1- 0,005 = 0,995.

005.1974.0979.0

1)1(

==-

-yiMy



TERJEMAHAN ABSORBSI

27

Pada titik 2

002.1995.0997.0

1)1(

==-

-y

y iM

Oleh karena itu, nilai rata rata dalam tanda kurung persamaan (10.6-45) adalah,

003.12

002,1005.11

)1(=

+=

-

-yiMy

Menggunakan persamaan (10.6-23) integralnya yaitu,

i

y

y yydy-

1

2

= Myy

yy)( 121

-- (10.6-23)

Dari contoh 10.6-2, (y - yi)M = 0,00602. Disubtitusi persamaan (10.6-23) ke dalam

persamaan (10.6-45)

NG = ( )Mii

avMi

yyyy

yy

-

-

-

- 21

)1( (10.6-46)

Subtitusi ke dalam persamaan (10.6-46)

NG =1.003

-

00602.0005.0026.0 = 3.50 transfer units

Akhirnya, disubtitusi kedalam persamaan (10.6-40)

Z = HG NG = (0.548)(3.50) = 1.918m



TERJEMAHAN ABSORBSI

28

Dari bagian b)

Gunakan Kya = 2,183 x 10^-2 kgmol /s m3. Fraksimol dari contoh 10.6-2 dan

subtitusi kedalam persamaan (10.6-38)

HOG = aSKVy'

= mx

x 949.0)186.0)(210183.2(

310852.3=

--

Nomor dari unit transfer dari persamaan (10.6-43) akan menjadi seperti

pada saat integral dalam persamaan (10.6-23)

NOG =avy

y

--

1)1(

Myyyy*)(

21

-- (10.6-47)

Subtitusi (y y*)M = 0,01025 dari contoh 10.6-2 dan yang hal hal yang

diketahui ke dalam persamaan(10.6-47) dan yang pada tanda kurung bisa disebut

nilainya 1,0

NOG = (1.0) itstransferun05.201025.0

005.0026.0=

-

Akhirnnya, dengan persamaan (10.6-40)

Z = HOG NOG = 0.949(2.05) = 1.945 m

Sebagai catatan bahwa nomor unit transfer NOG dari 2,05 adalah tidak

sama seperti NG = 3,50.


absorbsi prof

Documents