JudulJudul

Penurunan kadar senyawa Penurunan kadar senyawa olefin dalam gas iso-olefin dalam gas iso-

butana dengan metode butana dengan metode adsorpsiadsorpsi

Disajikan olehDisajikan oleh SetiadiSetiadi

Departemen Teknik Gas & PetrokimiaDepartemen Teknik Gas & PetrokimiaFakultas Teknik - Universitas Fakultas Teknik - Universitas

IndonesiaIndonesia

Terima kasih atas kesempatan ikut serta dalam Terima kasih atas kesempatan ikut serta dalam

Seminar Nasional Teknik Kimia Seminar Nasional Teknik Kimia SOEBARDJO SOEBARDJO BROTOHARDJONOBROTOHARDJONO, ,

UPN “VETERAN“ Jawa TimurUPN “VETERAN“ Jawa Timur

Latar BelakangLatar Belakang

Senyawa olefin bersifat reaktif. Karena ikatan

rangkap carbon

Produk LPG :

• Isobutana (±88 %)

• Propana

• Olefin (3-6 %)

Penurunan kadar olefin dalam LPG

• Bahan bakar kompor gas rumah tangga (LPG)

• Potensi sebagai refrigerant (pengganti CFC, chemical perusak lapisan ozon)Utilis

asiUtilis

asi

Petroleum Oil (±4%)

Crackin

g in FCC

Scope of work

Metode adsorpsiMetode adsorpsi - - KeistemewaaannyaKeistemewaaannya

3 Metode : Hydrotreating Destilasi ekstraksi Destilasi fraksionasi

Tujuan Penelitian

1. Adsorpsi untuk penurunan kadar olefin: uji kemampuan adsorben molekuler-sieve & karbon aktif

2. Mendapatkan kurva terobosan berbagai suhu, Penentuan laju adsorpsi serta model adsorpsi isotermis.

• Relatif sederhana dan lebih ekonomis

• Penyisihan komponen berkadar rendah

• Final step pemurnian produk

Metode Adsorps

i

Pelaksanaan Pelaksanaan penelitianpenelitian

Vent

AB

C

D

E F

G

H

Diagram rancangan experimen

50 ml/min

Perlu didapatkan kurva terobosan, C0ut vs waktu

Sistem adsorsi aliran kontinyu

Memantau

Cout & waktu

Berdasar neraca massa Berdasar neraca massa olefinolefin

d(q.W)d(q.W)FFinin.C.Cinin – F – Foutout.C.Coutout = ---------- = ----------

dtdt

FFinin = laju alir olefin masuk (cc/menit)= laju alir olefin masuk (cc/menit)FFoutout = laju alir olefin keluar (cc/menit)= laju alir olefin keluar (cc/menit)CCinin = konsentrasi olefin masuk (μmol/cc)= konsentrasi olefin masuk (μmol/cc)CCoutout = konsentrasi olefin keluar (μmol/cc)= konsentrasi olefin keluar (μmol/cc)qq = jumlah olefin teradsorp / gram adsorben= jumlah olefin teradsorp / gram adsorbenWW = berat adsorben yang digunakan (gr)= berat adsorben yang digunakan (gr)dtdt = perubahan waktu adsorpsi (menit)= perubahan waktu adsorpsi (menit)

diturunkan diperoleh sebagai berikut:diturunkan diperoleh sebagai berikut:

dq dWdq dWW. ----- + q . ------ = FW. ----- + q . ------ = Finin.C.Cinin – F – Foutout.C.Coutout dt dt dt dt

FinFin

CCinin

FoutFout

CoutCout

Pengolahan data / Pengolahan data / PerhitunganPerhitungan

0

d(q.W) dt

Accumulation

Perhitungan olefin Perhitungan olefin teradsorpsiteradsorpsi

C* = Cin

0

1

2

3

4

5

6

0 20 40 60 80

Waktu adsorpsi (menit)

Cou

t (m

ol/c

c)

Diintegrasikan dengan kondisi batas :

t = 0 → q = 0 (tidak ada olefin yang teradsorpsi)

t = t* → q = q* (tercapai kesetimbangan adsorpsi)

Cout berubah terhadap waktu adsorpsi

q*= F/W {(Cin.∆t)-( ∫ Cout dt )}

q*

Luasan dibawah kurva

Luasan diatas kurva terobosan

Kurva terobosan adsorpsi olefin menggunakan molecular sieve 5A

pada berbagai temperatur (W = 2 g, F gas = 50 ml/min)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 20 40 60 80 100

Waktu Adsorpsi (menit)

Cou

t (μ

mol

/cc)

Tadsorpsi 20 oC Tadsorpsi 30 oC

Tadsorpsi 40 oC Tadsorpsi 50 oC

50 oC

40 oC

30 oC

20 oC

Cout=Cin=C*

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0 20 40 60 80 100

Waktu Adsorpsi (menit)

Cou

t (μm

ol/c

c)

Tadsorpsi = 20 oC

Tadsorpsi = 30 oC

Tadsorpsi = 40 oC

Tadsorpsi = 50 oC

Kurva terobosan adsorpsi olefin menggunakan 20% H3BO3/

karbon aktif pada berbagai temperatur (W = 2 g, F gas = 50 ml/min)

20 oC

30 oC

40 oC

50 oC

Cout=Cin=C*

Jumlah olefin teradsorpsi (q) vs waktu pada molecular-sieve 5A pada berbagai temperatur (W = 2 g, F gas = 50 ml/min)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 20 40 60 80 100

Waktu Adsorpsi (menit)

q (μ

mol

/gr.

mol

-sie

ve)

T = 20 oC T = 30 oC

T = 40 oC T = 50 oC

20 oC

30 oC

40 oC

50 oC

q*

q*

q*

q*

Jumlah olefin teradsorpsi (q) vs waktu pada 20% H3BO3/ karbon

aktif pada berbagai temperatur (W = 2 g, F gas = 50 ml/min)

0

500

1000

1500

2000

2500

0 20 40 60 80 100

Waktu adsorpsi (menit)

q (μ

mol

/gr

karb

on a

ktif

)

T = 20 oC T = 30 oCT = 40 oC T = 50 oC

30 oC

40 oC

50 oC

20 oCq*

q*

q*

q*

Kapasitas adsorpsi

Suhu Adsorpsi

(oC)

Molekuler-sieve 5A20% H3BO3/Karbon

aktif

Cout

(µmol/cc)q*

(µmol/gr)Cout

(µmol/cc)q*

(µmol/gr)

20304050

2.402.422.432.44

1740.61479.91132.3 849.3

2.452.462.462.47

2362.51747.61032.5 725.7

Note : T semakin naik q* semakin menurun

T=20-30 oC, Kapasitas adsorbsi 20% H3BO3/Karbon aktif lebih tinggi

T=40-50 oC, Kapasitas adsorbsi Molekuler sieve 5A lebih tinggi

Perbandingan kemampuan adsorben pada temperatur 20 oC.Diambil data hasil uji adsorpsi dgn. data adsorben dari data sumber pustaka [Adsorption equilibrium data handbook by Valenzuela and Myers, Prentice Hall (1989)]

0

500

1000

1500

2000

2500

q (

µm

ol/g

r)

20 oC

Jenis adsorben

20%H3BO3/Karbon Aktif

molekuler-sieve

Karbon AktifnonimpregnasiZSM-5

0

2

4

6

8

0 20 40 60 80 100Waktu Adsorpsi (menit)

ln (q

*-q)

20 oC 30 oC 40 oC

50 oC

Linearisasi Laju adsorpsi Olefin dengan molecular-sieve 5A

Laju adsorpsi olefin formulasi Lagergren;

d(q*- q)- = kads . (q*- q) ln(q*- q) = kads. t dt

Linearisasi Laju adsorpsi Olefin dengan 20% H3BO3/karbon aktif

0

2

4

6

8

10

0 20 40 60 80 100

Waktu Adsorpsi (menit)

ln (

q*-q

) T = 20 oC T = 30 oC

T = 40 oC T = 50 oC

30 oC

40 oC

50 oC

20 oC

Temp.

(oC)

Kads

(μmol/gr.menit)

Koefisien korelasi (R2)

Mol.-sieve 5A

20%H3BO3/ Karbon

Mol.-sieve 5A

20%H3BO3/ Karbon

20 0.099 0.080 0.99 0.956

30 0.074 0.072 0.98 0.943

40 0.069 0.080 0.95 0.983

50 0.054 0.074 0.96 0.983

T=20-30 oC, Koef. Laju adsorpsi Molekuler sieve 5A lebih tinggi

T=40-50 oC, Koef. Laju adsorpsi 20% H3BO3/Karbon lebih tinggi

cenderung menurun cenderung konstan

y = 0.0002x + 0.0005

R2 = 0.9941

0

0.0002

0.0004

0.0006

0.0008

0.001

0 0.5 1 1.5 2 2.51/Cout

1/q

y = 0.3019x + 3.1336R2 = 0.9723

3.0

3.1

3.1

3.2

3.2

3.3

3.3

-0.4 -0.2 0 0.2 0.4log Cout

log

q

Pengujian data kesetimbangan hasil eksperimen

Kurva linearisasi 1/Cout vs. 1/q, adsorpsi isotermal model Langmuir

Kurva linearisasi log Cout vs log q,

adsorpsi isotermal model Freundlich

Data kesetimbangan adsorpsi mengikuti model adsorpsi Langmuir maupun Freunlich

•Degree of coverage : medium coverage [G.C Bond (1987), Heterogeneous Catalysis:Principles

&applications]

•Adsorbate olefin berkadar rendah [cenderung membentuk monolayer adsorption ]

Penurunan kadar senyawa olefin dapat dilakukan dengan menggunakan adsorben jenis molekuler sieve & 20 % H3BO3/karbon aktif dengan proses kontinyu aliran gas iso-butana.

Terbentuk pola kurva terobosan S-curve. Kemampuan Molekuler-sieve 5A dan 20 % H3BO3/karbon aktif menurunkan kadar olefin masing-masing sampai 0,3 μmol/cc dan 0,2 μmol/cc pada 20 oC.

Penambahan adsorption site asam borat pada permukaan adsorben dapat meningkatkan kemampuan adsorpsi terhadap senyawa olefin.

Adsorpsi olefin dapat mengikuti model adsorpsi langmuir maupun Freundlich.

Laju kinetika adsorpsi olefin dapat diformulasikan dengan baik dengan tingkat koefisien korelasi yang tinggi.

• Armor, John N., Environmental Catalysis, ACS Symposium Series, Washington DC, 1994.

• Bond, G.C., Heterogenous Catalysis, Principles and Aplication, Clarendon Press, Ofxord, 1987.

• Douglas Ruthven, M., Adsorption, Encyclopedia of Chemical Technology, Vol.1, 4th Ed.,Wiley Inter Science.

• Frank, Slejko, L., “Adsorption Technology”, Marcell Dekker, Inc., New York, 1985

• Gaser, R.P.H., An Introduction to Chemisorption and Catalysis by Metals, Clarendon Press, Oxford,1985.

• Kirk Othmer, encyclopedia of chemical technology, vol 1, Jhon wiley and Sons Publishing

• Lee, Y.S. and Su C.C, Experimental studies of isobutane (R600a) as the refrigerant in domestic refrigeration system, Applied Thermal engineering 22 (2002) 507-519

• M.A Alsaad and M.A. Hammad, The application of propane/butane mixture for domestic refrigerators, Applied Thermal Engineering 18 (1998) 911-918

• Setiadi and Sudirman, Pengaruh rasio B/(Al+B) terhadap aktivitas katalis Alumina-Alumina borat pada reaksi dehidrasi etanol menjadi etilena, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Proses Kimia (ISSN : 1410-9891), Depok (2000), pp. F.7.1~ 7.8

• Tamon, H., dan Okazaki, M., Influence of Acidic surface Oxides of Activated Carbon on Gas Adsorption Characteristics, Carbon, Vol. 34, No. 6, hlm. 741-746, 1996.

• Wongwises, Somchai; Nares Chimres, Experimental study of hydrocarbon mixture to replace HFC-134a in a domestic refrigerator, Energy Conversion and Management (2004), article in press