13

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Absorpsi merupakan proses penyerapan yang terjadi pada seluruh

permukaan bahan atau zat hingga kedalam zat tersebut yang berlangsung dalam

suatu kolom atau absorber. Proses penyerapan yang terjadi tersebut merupakan

suatu fenomena fisik ataupun kimiawi sewakru atom, molekul, ataupun ion

memasuki suatu fase limbak (bulk) lain yang dapat berupa gas, cairan, ataupun

padatan. Proses absorpsi ini tentunya berbeda dengan proses adsorpsi karena

penyerapan molekul dilakukan melalui volume bukan melalui permukaan

(penyerapan terjadi hingga kebagian dalam absorben).

Dalam proses absorpsi, zat yang diserap disebut fase terserap (absorbat)

sedangkan zat yang menyerap disebut absorben kecuali zat padat. Absorben dapat

pula berupa zat cair karena itu absorpsi dapat terjadi antara zat cair dengan zat cair

atau gas dengan zat cair. Beberapa faktor-faktor yang mempengaruhi proses

absorpsi, yaitu:

1) kemampuan pelarut yang digunakan sebagai absorben

2) laju alir dari pelarut

3) jenis atau tipe kolom yang digunakan

4) kondisi operasi yang sesuai, dll

Di dalam suatu kolom absorber, gas yang akan diserap dialirkan pada

bagian bottom kolom, sedangkan liquid atau pelarut dialirkan pada bagian top

kolom. Hal ini disebabkan karena gas lebih ringan dan mudah menyebar daripada

liquid, sehingga kontak antara liquid dan gas akan berlangsung dengan baik dan

juga mempengaruhi banyaknya gas yang diserap oleh pelarut atau liquid.

Proses absorpsi yang terjadi didalam wetted wall absorption column dapat

menggambarkan adanya perpindahan massa didalam kolom tersebut. Perpindahan

massa ini terjadi akibat adanya penyerapan (dalam hal ini berupa absorpsi) yang

terjadi didalam kolom tersebut.Apabila suatu sistem terdiri dari dua komponen

atau lebih, dimana konsentrasi masing – masing berbeda, maka ada

13

kecenderungan massa untuk berpindahsecara alami dalam sistem. Perpindahan

massa merupakan perpindahan suatu unsur atau suatu senyawa dari konsentrasi

yang lebih tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah.

Perpindahan massa merupakan peristiwa penting dalam proses industri,

misalnya dalam penghilangan polutan dari suatu aliran keluaran pabrik dengan

absorpsi, pemisahan gas dari air limbah, difusi neutron dalam reaktor nuklir dan

lain-lain. Dalam kehidupan sehari-hari perpindahan massa pun sering terjadi

seperti halnya kita masukan gula ke dalam secangkir kopi, dimana gula tersebut

akan larut dan kemudian berdifusi secara seragam ke dalam secangkir kopi

tersebut.

Dengan adanya perpindahan massa yang terjadi, maka selanjutnya akan

ditemui pula suatu bilangan yang merupakan koefisien dari perpindahan massa.

Dimana koefisien perpindahan massa itu sendiri merupakan besaran empiris yang

diciptakan untuk memudahkan persoalan-persoalan perpindahan massa antar

fase.Absorpsi gas merupakan operasi dimana campuran gas dikontakan dengan

liquid yang bertujuan untuk melewatkan suatu komposisi gas atau lebih dan

menghasilkan larutan gas dalam liquid. Absorpsi gas oleh zat padat digunakan

pada gas masker.

Pada operasi absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas ke fase

liquid. Kecepatan larut gas dalam absorben liquid tergantung pada kesetimbangan

yang ada, karena itu diperlukan karakteristik sistem gas liquid.Absorpsi gas

memiliki tujuan antara lain adalah untuk menghilangkan komposisi tertentu

campuran gas. Selain itu, dengan absorpsi dapat dihasilkan larutan khusus,

misalnya O2 murni.

1.2. Permasalahan

Masalah yang akan dibahas dalam percobaan ini adalah:

1) Faktor apa saja yang mempengaruhi banyaknya O2 yang terserap?

2) Bagaimanakah menentukan koefisien perpindahan massa dalam liquid?

3) Bagaimanakah pengaruh laju aliran udara pada Wetted Wall Adsorbtion

Column terhadap Koefisien Perpindahan Massa (KL), Reynold Number (Re)

dan Sherwood Number (Sh)?

13

4) Bagaimanakah pengaruh laju aliran aor pada Wetted Wall Adsorbtion Column

terhadap Koefisien Perpindahan Massa (KL), Reynold Number (Re) dan

Sherwood Number (Sh)?

1.3. Tujuan

Adapun tujuan yang diharapkan dari praktikum ini adalah:

1) Mengetahui prinsip dan cara kerja Wetted Wall Absorption Column.

2) Mengetahui hubungan antara Reynold number, Sherwood number dan

koefisien perpindahan massa.

3) Mengetahui faktor-faktor yang mempengaruhi absorpsi.

1.4. Manfaat

Manfaat dari percobaan ini adalah:

1) Dapat mengetahui cara kerja dan aplikasi alat wetted wall absorption secara

lebih jelas.

2) Dapat mengetahui dan membandingkan pemakaian laju aliran udara dan air

yang berbeda pada wetted Wall Absorption Column.

3) Dapat menghitung dan menganalisa besarnya nilai Koefisien Perpindahan

Massa (KL), nilai Reynold Number (Re) dan nilai Sherwood Number (Sh) dari

suatu senyawa kimia dengan menggunakan metode wetted wall absorption

column..

4) Dapat mengetahui hubungan antara nilai Sh dengan nilai Re dengan melihat

grafik.

5) Dapat mengetahui secara langsung proses terjadi absorpsi apabila suatu gas

dilewati pada suatu cairan.

13

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Absorbsi

Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan

cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan

pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-

gaya fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia

(pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan

dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi.

Proses absorpsi di berbagai industri di ikuti dengan reaksi kimia. Reaksi

yang terjadi di dalam komponen absorpsi dengan reagen dalam cairan absopsi

adalah reaksi secara umum. Terkadang reagan dan produk dari reaksi keduanya

dapat larut seperti absopsi pada karbodioksida dalam pelarut etanol atau pelarut

alkalin yang lain. Sebaliknya pembakaran gas yang terdiri dari sulfur dioksidasi

dapat dikontakan dengan batu kapur untuk membentuk kalsium sulfat yang tidak

dapat larit. Gas absopsi merupakan operasi dimana campuran gas dikontakan

dangan cairan bertujuan untuk melarutkan satu atau lebih komponen gas sehingga

terbentuk larutan gas dalam likuid. Sebagai contih, gas dari produk coler dicuci

dengan water untuk melepaskan amonia kemudian dengan oil untuk melepaskan

benzen dan toluen. Pada operasi ini meemrlukan perpindahan massa subtansi dari

aliran gas ke likuid. Proses absorpsi sangat banyak ditemukan dalam kehidupan

sehari-hari, salah satu contoh dari proses absorpsi yang sering terdapat pada

kehidupan kita sehari-hari:

1) Formalin

Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas

dapat dihasilkan melalui proses absorbsi. Formaldehid sebagai gas input

dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang

mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 550C,

dimasukkan ke dalam absorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung

larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37–40%. Bagian terbesar dari

13

metanol, air,dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari

menara, dan hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas

terjadi dibagian atas absorber dengan counter current contact.

2) Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2)

Pada proses pembuatan asam nitrat. Tahap akhir dari proses berlangsung

dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkat kolom terjadi reaksi oksidasi NO

menjadi NO2 dan reaksi absorpsi NO2 oleh air menjadi asam nitrat.  Kolom

absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Kolom absorpsi

dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan

kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm.

2.2 Absorben

Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan

diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia.

Adapun persyaratan dari absorben:

1. Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin

(kebutuhan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil).

2. Selektif

3. Memiliki tekanan uap yang rendah

4. Tidak korosif.

5. Mempunyai viskositas yang rendah

6. Stabil secara termis.

7. Murah

Peralatan yang digunakan dalam operasi absorpsi mirip dengan yang

digunakan dalam operasi distilasi. Namun demikian terdapat beberapa hal

perbedaan yang menonjol pada kedua operasi tersebut, yaitu sebagai berikut:

a) Umpan pada absorpsi masuk dari bagian bawah kolom, sedangkan pada

distilasi umpan masuk dari bagian tengah kolom.

b) Pada absorpsi cairan solven masuk dari atas kolom di bawah titik didih,

sedangkan pada distilasi cairan solven masuk bersama bagian tengah kolom.

c) Pada absorpsi difusi dari gas ke cairan bersifat irreversible, sedangkan pada

distilasi difusi yang terjadi adalah equimolar counter diffusion.

13

d) Rasio laju alir cair terhadap gas pada absorpsi lebih besar

2.3. Teori Dasar Peristiwa Absorpsi

Ada tiga teori dasar yang menjelaskan tentang peristiwa absorpsi, yaitu:

1) Teori Dua Film (Double Film Theory)

Pada berbagai proses pemisahan, materi berdifusi dari satu fase ke fase

lainnya dan laju difusi di dalam kedua fase itu akan mempengaruhi laju

perpindahan massa keseluruhan. Dalam teori Whitman menyatakan bahwa

kesetimbangan diasumsikan terjadi pada permukaan batas (interface) antara fase

gas dan cairan sehingga tahanan perpindahan massa pada kedua fase ditambahkan

untuk memperoleh tahanan keseluruhan. Model ini menggambarkan tentang

adanya lapisan difusi. Perpindahan massa yang terjadi ditentukan oleh konsentrasi

dan jarak perpindahan massa, yaitu ketebalan film tersebut.

Hal yang membuat perpindahan massa antara fase menjadi lebih rumit

ialah perpindahan kalor dan diskontinuitas (ketaksinambungan) yang terdapat

pada antar muka. Yang terjadi karena konsentrasi atau fraksi mol zat terlarut yang

terdifusi hampir tidak pernah sama kedua sisi antarmuka itu. Sebagai contoh,

dalam destilasi campuran biner, Y*A lebih besar dari XA dan gradian didekat

permukaan gelembung. Untuk absorpsi gas yang sangat mudah larut, fraksi mol di

dalam zat cair pada antarmuka akan lebih besar dari fraksi mol didalam gas.

Suku 1/Ky dapat dianggap sebagai tahanan menyeluruh terhadap

perpindahan massa, sedang suku m/Kx dan 1/Ky adalah tahanan di dalam film zat

cair dan film gas. “Film” ini tidak selalu merupakan lapisan stagnan yang

mempunyai ketebalan tertentu agar teori dua Film berlaku. Perpindahan massa di

dalam salah satu Film dapat berlangsung melalui difusi melalui lapisan batas

laminar atau melalui difusi keadaan taksteadi, seperti umpamanya dalam teori

penetrasi dan koefisien menyeluruh masih bisa didapatkan. Dalam beberapa

masalah tertentu, misalnya perpindahan melalui film stagnan ke fase dimana teori

penetrasi diperkirakan berlaku, koefisien teori penetrasi mengalami perubahan

kecil karena adanya perubahan konsentrasi pada antar muka, namun efek ini

hanya mempunyai nilai akademis semata-mata.

Jika cairan mempunyai komposisi tetap, konsentrasi pada bagian film akan

13

menurun dari A* pada permukaan sampai Ao pada cairan bagian ruah. Di sini tidak

terjadi konveksi pada film dan gas terlarut melewati film tersebut hanya oleh

difusi molekuler. Proses difusi berlangsung efektif  bila lapisan film tipis. Lapisan

film yang tipis tidak menyebabkan tahanan dari lapisan itu makin kecil, sehingga

proses perpindahan massa tidak terganggu.

Untuk mendapatkan lapisan yang tipis, kondisi dari kedua aliran fase harus

diatur yaitu diusahakan membuat aliran yang turbulen, karena pada lapisan film

yang tipis akan diperoleh gradien konsentrasi yang kecil, sehingga proses absorpsi

berjalan sangat cepat dengan keadaan menjadi steady state. Ketika suatu zat

berpindah dari satu fase ke fase yang lain melaluisuatu interface diantara

keduanya maka resistance di kedua fase tersebut menyebabkan gradien

konsentrasi. Untuk sistem dimana konsentrasi solute dalam gas dan liquid adalah

kecil, maka laju perpindahan massa dapat dinyatakan oleh persamaan yang

memperkirakan laju perpindahan massa yang sebanding dengan perbedaan

diantara konsentrasi bulk dan konsentrasi dalam interface gas-liquid.

2) Teori Higbie (Higbie Theory)

Teori penetrasi ini dikemukakan oleh Higbie yang menyatakan bahwa

mekanisme perpindahan massa melalui kontak antara dua fasa, yaitu fasa gas dan

fasa liquid. Dalam pernyataannya, Higbie menekankan agar waktu kontak lebih

lama. Higbie, untuk pertama kalinya menerapkan teori ini untuk absorpsi gas

dalam liquid yang menunjukkan bahwa molekul-molekul yang berdifusi tidak

akan mencapai sisi lapisan tipis yang lain jika waktu kontaknya pendek.

Teori Higbie ini menyebutkan bahwa turbulensi akan menaikkan

difusivitas pusaran, hal ini akan menentukan waktu kontak perpindahan massa

yang terjadi untuk setiap keadaan massa. Difuivitas pusaran ini terjadi dalam

keadaan setimbang antara fase gas dan liquid.

3) Teori Danckwerts (Danckwerts Theory)

13

Teori penetrasi juga dikembangkan oleh Danckwerts yang menyatakan

bahwa unsur-unsur fluida pada permukaan secara acak akan diganti oleh fluida

lain yang lebih segar dari aliran tindak. Teori ini digunakan dalam keadaan khusus

di mana dianggap massa difusivitas pusaran berlangsung dalam waktu yang

bervariasi dan dianggap laju perpindahan massa tidak tergantung dari waktu

perpindahan unsur dalam fase cairan tindak pada keadaan stagnan. Sehingga

perpindahan massa yang terjadi di interface merupakan harga dari jumlah zat yang

terabsorpsi.

2.4. Penggunaan Absorpsi

Absorpsi gas oleh zat padat digunakan pada gas masker. Alat berikut ini

berisi arang halus yang, yang berfungsi menyerap gas-gas yang tidak diinginkan,

misalnya gas yang beracun. Arang halus yang juga dipergunakan untuk membuat

vakum, dengan temperatur yang rendah dapat dibuat vakum sampai 10-4 mm.

Grafit yang juga dipergunakan sebagai pelumas karena molekulnya yang pipih

sehingga mudah bergeser terhadap satu sama lain. Grafit memang sangat

menguntungkan, akan tetapi ternyata bahwa pada temperatur yang tinggi sifat

pelumas grafit sangat berkurang dan kembali lagi apabila temperatus direndahkan

(dikurangi). Dengan analisis kimia kadang-kadang diperoleh kesulitan, hal ini

disebabkan oleh karena adanya daya serap dari beberapa endapan terhadap ion-ion

dalam larutan.

Saat ini dunia dihadapkan pada permasalahan lingkungan yang cukup

besar yang tingginya kandungan gas pencemar sebagai dampak dari kegiatan

industri.  Gas pencemar tersebut antara lain SO2, CO2 dan H2S. Teknologi absorpsi

dapat digunakan untuk mengurangi bahaya lingkungan yang ditimbulkan.

Contohnya adalah absorpsi pengotor CO2 dari gas alam dengan menggunakan

absorben metil dietanol amina (MDEA) yang telah ditambahkan aktivator

(aMDEA). Absorber dibedakan berdasarkan kegunaannya. Ada banyak sekali

kegunaan absorber. Berdasarkan kegunaan dari absorber, maka absorber dibagi

menjadi:

1) Packed Tower.

13

Dipilih untuk menangani material yang sangat korosif, liquid yang

berbuih, tower yang diameternya besar dan melibatkan pressure drop yang

rendah.

2) Plate Tower.

Dirancang untuk operasi absorpsi gas atau stripping gas yang memiliki

banyak persamaan untuk menurunkan angka. Perbedaanya terletak pada

pemisahan yang didasarkan pada pemdistribusian berbagai substansi antara fase

gas dan liquid ketika seluruh komponen antara dua fase.

3) Stirred Tank.

Digunakan pada sistem reaksi kimia di mana gas akan diabsorpsi terlebih

dahulu dan kemudian akan bereaksi dengan suatu komponen dengan larutan. Alat

ini memiliki kelebihan ketika reaksi berjalan lambat, dalam hal ini pada fase

liquid, sehingga membutuhkan residence time yang lama dibandingkan dengan

waktu yang disediakan.

4) Sparged Tower.

Mempunyai efisien dan massanya lebih rendah dibandingkan stirred tank.

5) Spray Chamber.

Digunakan untuk skala besar dengan sistem dasarnya untuk mengalirkan

SO2 dari boiler gas buangan yang dikeluarkan dari stasiun pembakaran batubara.

6) Venturi Scrubber.

Umumnya digunakan untuk mengalirkan bahan-bahan partikel dari aliran

gas ke penyerapan uap terlarut.

7) Falling Film Absorber.

Tipe ini sangat cocok untuk skala besar atau komersil di mana panas yang

diperbolehkan selama absorpsi sangat tinggi. Absorpsi gas adalah operasi di mana

campuran gas dikontakkan dengan liquid untuk tujuan melewatkan suatu

komposisi gas atau lebih dan menghasilkan larutan gas dalam liguid. Pada operasi

absorpsi gas terjadi perpindahan massa dari fase gas ke liquid. Kecepatan larut gas

dalam absorben liquid tergantung pada kesetimbangan yang ada, karena itu

diperlukan karakteristik kesetimbangan sistem gas-liquid.

Bila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan liquid yang tidak mudah

menguap, yang akan larut sampai tercapai keadaan setimbang. Konsentrasi gas

13

yang larut disebut kelarutan gas pada kondisi temperatur dan tekanan yang telah

ada. T=konstan, kelarutan gas akan bertambah bila nilai P dinaikkan pada

absorben yang sama. Gas yang berbeda mempunyai kelarutan yang berbeda. Bila

campuran gas dikontakkan dengan liquid pada kondisi tertentu, kelarutan

setimbang, gas tidak akan saling mempengaruhi kelarutan gas, yang dinyatakan

dalam tekanan parsial dalam campuran gas. Bila dalam campuran gas ada gas

yang sukar larut maka kelarutan gas ini tidak mempengaruhi kelarutan gas yang

mudah larut. Pada beberapa komponen dalam campuran gas akan mudah untuk

larut dalam liquid, kelarutan masing-masing gas tidak akan saling mempengaruhi

bila gas ttidak dipengaruhi oleh sifat liquid. Hal ini biasanya hanya terjadi pada

larutan yang bersfat ideal. Karakteristik larutan ideal yaitu:

1) Gaya rata-rata tolak menolak dan tarik menarik dalam larutan tidak berubah,

dalam campuran bahan, volume larutan berubah secara linear.

2) Pencampuran bahan tidak ada panas yang diserap dan akan dilepaskan.

3) Tekanan uap total larutan berubah secara linear dengan komposisi.

Suatu alat yang banyak digunakan dalam absorpsi gas dan beberapa

operasi lain ialah menara isian. Alat ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk

sekunder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi

pada bagian bawah, pemasukan zat cair dan distributornya pada bagian atas,

sedang pengeluaran gas dan zat cair masing-masing pada bagian atas dan bagian

bawah serta tower packing. Penyangga itu harus mempunyai fraksi ruang terbuka

yang cukup besar untuk mencegah terjadinya pembanjiran pada piring penyangga

itu. Zat cair yang masuk disebut weak liquor berupa pelarut murni atau larutan

encer zat terlarut di dalam pelarut, didistribusikan di atas isian itu dengan

distributor, sehingga pada operasi yang ideal membebaskan permukaan isian

secara seragam. Gas yang mengandung zat terlarut disebut fat gas, masuk ke

ruang pendistribusian yang terdapat di bawah isian dan mengalir ke atas melalui

celah-celah antara isian berlawanan arah dengan aliran zat cair. Isian itu

memberikan permukaan yang luas untuk kontak zatcair dan gas serta membantu

terjadinya kontak antara kedua fase.

Persyaratan pokok yang diperlukan untuk isian menara ialah:

1) Harus tidak bereaksi kimia dengan fluida di dalam menara.

13

2) Harus kuat, tetapi tidak terlalu berat.

3) Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu

banyak zat cair yang terperangkap atau menyebabkan penurunan tekanan

terlalu tinggi.

4) Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair

dengan gas.

5) Harus tidak terlalu mahal.

Prinsip-prinsip absorpsi tergantung pada banyaknya gas atau zat cair yang

akan diolah sifat-sifatnya, rasio antara kedua arus itu, tingkat perubahan

konsentrasi dan pada laju perpindahan massa persatuan volume isian. Laju

optimum zat cair untuk absorpsi didapatkan dengan menyeimbangkan biaya

operasi untuk kedua unit dan baiaya tetap untuk peralatan. Bila gas hanya

diumpankan ke dalam menara absorpsi, suhu di dalam menara itu berubah secara

menyolok dari dasar menara ke puncaknya. Kalor absorpsi zat terlarut

menyebabkan naiknya suhu larutan, penguapan pelarut cenderung menyebabkan

suhu turun. Efeknya secara menyeluruh ialah peningkatan suhu larutan, tetapi di

dekat dasar kolom suhu itu bisa sampai melewati maksimum. Bentuk profil suhu

bergantung pada laju penyerapan zat terlarut, penguapan dan kondensasi pelarut,

serta perpindahan kalor antara kedua fase. Pada wetted wall columns, liquid murni

yang mudah menguap dialirkan kebawah di dalam permukaan pipa ciecular

sementara itu gas ditiupkan dari atas atau dari bawah melalui pusat inti

pengukuran kelajuan penguapan liquid ke dalam aliran gas diatas permukaan.

2.5. Tipe-tipe Kolom Absorpsi

Dalam perhitungan ukuran Tower Absorpsi, faktor yang sangat penting

untuk diperhatikan adalah nilai koefisien transfer atau tinggi unit transfer.

Sementara itu untuk kecepatan aliran total gas dan cairan akan ditentukan oleh

suatu proses, hal ini sangat penting untuk menentukan aliran yang cocok per unit

area yang melalui column. Aliran gas dibatasi dengan tidak boleh melebihi

kecepatan flooding, dan akan ada hasil drop jika kecepatan cairan sangat rendah.

Hal ini cocok untuk menguji sebuah pengaruh dari kecepatan aliran gas dan cairan

pada koefisien transfer, dan juga dalam halnya menyelidiki pengaruh variabel.

13

Operasi perpindahan massa dilaksanakan di dalam tower yang di desain untuk

kotak dua fase peralatan ini diklasifikasi ke dalam 4 tipe utama yang metodenya

digunakan untuk menghasilkan kontak interfase.

1) Spray tower

Spray tower terdiri dari chamber-chamber besar dimana gas mengalir dan

masuk serta kontak dengan liquid di dalam spray nozzles. Spray nozzles didesain

untuk aliran liquid yang mempunyai bilangan pressure drop besar maupun kecil,

untuk aliran liquid yang mempunyai flow rate yang kecil maka cross area

kontaknya harus besar. Laju aliran yang mempunyai drop falls menentukan waktu

kontak dan sirkulasinya. Serta influensasi transfer massa antara dua fase dan harus

kontak terus-menerus. Hambatan pada transfer yaitu pada fase gas dikurangi

dengan gerakan swirling dari falling liquid droplets.

Spray tower digunakan untuk transfer massa larutan gas yang tinggi

dimana dikontrol laju perpindahan massa secara normal pada fase gas. Untuk

ketinggian yang rendah, efisiensi ruang spray kira-kira mendekati packed tower,

tetapi untuk ketinggian yang melebihi 4 ft efisiensi spray tower turun dengan

cepat. Sedangkan kemungkinan berlakunya interfase aktif yang sangat besar

dengan terjadinya sedikit penurunan, pada prakteknya ditemukan

ketidakmungkinan untuk mencegah hubungan ini, dan selama permukaan

interfase efektif berkurang dengan ketinggian, dan spray tower tidak digunakan

secara luas.

2) Bubble Tower

Pada Bubble tower gas terdispersi menjadi fase liquid didalam fine bubble.

Kontak perpindahan massa terjadi didalam bubble formation dan bubble rise up

melalui liquid. Gerakan bubble mengurangi hambatan fase liquid. Bubble tower

digunakan dengan sistem pengontrolan laju dari perpindahan massa pada fase

liquid yang absorpsinya adalah relatif fase gas. Mekanisme dasar perpindahan

massa terjadi didalam bubble tower dan juga alirannya counter di dalam tank

bubble batch dimana gas ini terdispensi di dalam bottom tank.

3) Bubble Tower

Pada bubble tower, kontak perpindahan massa terjadi di dalam bubble

formation dan bubble rise up melalui liquid. Arah aliran counter current dimana

13

gas terdispersi di bottom tower. Pada bubble tower ini gas terdispersi menjadi fase

cair didalam fine bubble. Small gas bubble menentukan luas area. Kontak

perpindahan massa terjadi didalam bubble formation dan bubble rise up melalui

cairan. Gerakan gelembung mengurangi hambatan liquid-phase. Bubble tower

digunakan dengan sistem dimana pengontrolan laju dari perpindahan massa pada

phase liquid yang absorpsinya adalah relatif fase gas. Gambar ini menunjukkan

panjang kontak dan aliran phase mengalir didalam bubble tower. Mekanisme

dasar perpindahan massa terjadi didalam bubble tower dan juga alirannya

berlawanan didalam tank bubble batch dimana gas ini terdispensi didalam bottom

tank.

Gambar2.3.Bubble Cap Tray pada Diameter Column yang Besar

(Sumber: http://www.google.co.id/imgres?client=opera&rls)

4) Plate column

Penggunaan plate column lebih luas bila dibandingkan dengan packed

column secara spesial untuk destilasi. Keuntungan dari plate column adalah:

1) Menyiapkan kontak lebih positif antara dua fase liquid.

2) Dapat menghandle cairan lebih besar tanpa terjadi floading.

3) Lebih mudah dibersihkan.

5) Wetted-Wall ColoumnDalam laboratorium, Wetted-Wall Coloum telah digunakan oleh

sejumlah pekerja dan mereka telah membuktikan pentingnya menentukan

berbagai faktor, dan mengadakan basis dari hubungan yang telah dikembangkan

untuk Packed Tower. Likuid dengan lapisan film yang tipis mengalir turun pada

13

bagian dalam pipa vertikal dengan aliran gas cocurrent atau countercurrent yang

disebut dengan wetted wall tower. Seperti yang telah digunakan pada studi teoritis

perpindahan massa, karena permukaan interfacial diantara fase dapat dikontrol

dan mampu diukur. Di industri, alat ini digunakan sebagai absorber

hydrochloricacid, dimana absorbsi disertai oleh panas yang sangat tinggi. Dalam

keadaan ini wetted wall tower dikelilingi dengan aliran cooling water. Multi tube

alat yang digunakan untuk distilasi dimana liquid film dihasilkan pada bagian atas

oleh kondensasi parsial dari kenaikan vapour. Penurunan tekanan gas dalam tower

ini mungkin lebih lambat dari pada alat kontak gas likuid lainnya, untuk memberi

perlengkapan kondisi operasi.

Data yang paling baik mass-tranfer antara luas permukaan pipa dan

aliran fluida sebaiknya digunakan wetted-wall column, alasan prinsip penggunaan

kolom ini adalah pengamatan perpindahan massa yaitu kontak luas permukaan

antara dua fasa yang hasilnya bisa akurat.

2.6. Perpindahan Massa pada Wetted Wall Columns

Suatu porses dimana terjadi suatu perpindahan suatu unsur pokok dari

daerah yang berkonsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah dinamakan perpindahan

massa. Jika sejumlah campuran gas yang terdiri dari dua jenis molekul atau lebih,

di mana konsentrasi masing-masing berbeda, maka masing-masing molekul ini

cenderung menuju ke komposisi yang sama. Proses ini terjadi secara

alami.Perpindahan massa makroskopis tidak tergantung pada konveksi dalam

sistem. Proses ini didefinisikan sebagai difusi molekul. Difusi hanya terjadi dalam

campuran, maka pengaruh tiap komponen harus diperhitungkan. Misalnya untuk

mengetahui laju difusi dari setiap komponen relatif terhadap kecepatan campuran.

Kecepatan campuran harus dihitung dari kecepatan rata-rata dari setiap

komponen.

Pada persamaan perpindahan massa ditunjukkan hubungan antara flux dari

substant yang terdifusi dengan gradient konsentrasi. Persamaan yang berlaku pada

perpindahan massa di bawah ini sering dikenal dengan persamaan Hukum Frek’s.

JA,Z = -DAB (1)

13

keterangan:

JA,Z = molar flux pada Z

= perubahan konsentrasi

DAB = difusitas massa atau koefisien difusitas komponen A yang terdifusi

Nilai koefisien difusivitas masing-masing fase akan berbeda-beda.

Koefisien difusivitas untuk gas akan didapatkan lebih tinggi, yaitu antara 5.10-6 –

10-5 m2/s; untuk liquid 10-10 – 10-9 m2/s dan untuk solid 10-14 – 10-10 m2/s.

Perpindahan massa konvektif termasuk perpindahan antara fluida yang bergerak

atau dua fluida yang bergerak dan juga fluida yang tidak tercampur. Model ini

tergantung pada mekanisme perpindahan dan karakterisitk dari gerakan fluida.

Persamaan laju perpindahan massa konvektif dituliskan sebagai berikut:

NA = k . A (2)

keterangan:

NA = Perpindahan massa molar zat A

A = Perbedaan konsentrasi antara permukaan dengan konsentrasi rata-rata fluida.

k = Koefisien perpindahan massa konvektif.

Mekanisme perpindahan massa antara permukaan dan fluida termasuk

perpindahan massa molekul. Mekanisme tersebut akan melalui lapisan tipis fluida

stagnan dan aliran laminer. Beberapa operasi perpindahan massa yang termasuk

difusi suatu komponen gas ke suatu komponen yang tidak berdifusi antara lain

adalah absorpsi dan humidifikasi. Persamaan yang digunakan untuk

menggambarkan koefisien perpindahan massa konvektif adalah:

(3)

keterangan:

NAZ = laju perpindahan molar

DAB = difusivitas

P = tekanan

13

R = konstanta gas

T = temperatur

Z = jarak

Persamaan ini diperoleh dari teori lapisan atau film theory, di mana gas

melewati permukaan liquid. Teori lapisan ini didasarkan pada model dimana

tahanan untuk berdifusi dari permukaan liquid ke aliran gas diasumsikan terjadi

dalam suatu stagnant film atau laminer film tebal . Dengan kata lain

menunjukkan tebal lapisan liquid.

Data dari perpindahan massa perm pipa dan aliran fluida telah ditentukan

dengan menggunakan wetted wall columns. Alasan mendasar untuk menggunakan

kolom-kolom ini untuk penyelidikan perpindahan massa adalah untuk

mengkontakkan luas area antara dua fase sehingga dapat dihitung dengan tepat.

Koefisien perpindahan massa konvektif falling liquid film dikorelasikan oleh

vivian dan peacemen dengan korelasi:

(4)

keterangan:

Z = Panjang

DAB = Difusivitas massa antara komponen A dan B]

= Densitas liquid B

= Viskositas liquid B

g = Percepatan gravitasi

Sc = Schmidt Number (dievaluasikan pada temp film liquid)

Re = Reynold number

Koefisien film liquid lebih rendah 10 sampai 20% daripada pers secara

teoritis untuk absorpsi dalam film lam. Pada wetted wall columns, liquid murni

yang mudah menguap dialirkan ke bawah di dalam permukaan pipa sirkular

sementara itu gas ditiupkan dari atas atau dari bawah melalui pusat inti

pengukuran kelajuan penguapan liquid ke dalam aliran gas diatas permukaan.

13

Pada wetted wall columns, cairan murni yang mudah menguap dialirkan

ke bawah di dalam permukaan pipa sirkular sementara itu gas ditiupkan dari atas

atau dari bawah melalui pusat inti pengukuran kelajuan penguapan likuid ke

dalam aliran gas diatas permukaan. Untuk menghitung koefisien PM untuk fase

gas, gunakan perbedaan gas-gas dan likuid menghasilkan variasi untuk. Untuk itu,

Sherwood dan Gilland menetapkan nilai-nilai untuk Re dari 2000 sampai 35000,

sc dari 0,6 sampai 2,5 dan tekanan gas 0,1 sampai 3 atm.Hubungan data-data

tersebut secara empirik adalah:

(5)

keterangan:

Sh = Sherwood number

Re = Reynold number

Sc = Schmidt number

Dalam beberapa operasi perpindahan massa, massa berubah antara dua

fase. Contohnya dalam peristiwa absorpsi. Salah satu alat yang digunakan untuk

mempelajari mekanisme yang terjadi dalam operasi perpindahan massa adalah

wetted wall column. Pada wetted-wall column, area kontak antara dua fase dibuat

sedemikian rupa. Dalam operasi ini aliran lapisan tipis liquid (Thin Liquid Film)

sepanjang dinding kolom kontak dengan gas. Dalam percobaan ini gas yang

digunakan adalah udara biasa. Lama waktu kontak dengan gas dan liquid ini

relatif singkat selama operasinya normal. Kecepatan falling film tidak dipengaruhi

oleh proses difusi. Pada proses ini terjadi perpindahan massa dan perpindahan

momentum. Berikut persamaan differensial untuk perpindahan momentum;

(6)

keterangan:

= shear stress

= density

g = gravitasi

y = jarak

13

Persamaan untuk profil kecepatan:

(7)

keterangan:

Vx = kecepatan arah x

= tebal film

= viskositas

Persamaan untuk kecepatan maksimum;

(8)

keterangan:

Vmax = kecepatan maximum

Proses absorpsi yang terjadi didalam wetted wall absorption column dapat

menggambarkan bahwa adanya perpindahan massa yang terjadi didalam kolom

tersebut.

2.7. Persamaan Dasar Wetted Wall Absorption Column

a) Koefisien Perpindahan Massa untuk Aliran Gas

Koefisien perpindahan massa untuk aliran gas dapat ditunjukkan oleh

persamaan:

= 0,23 Re0,83 Sc

0,44 (9)

keterangan:

B = densitas liquid B

Re = Reynold Number

DAB = massa difusivitas komponen A yang menjadi likuid

Sc = bilangan number Schmidt.

b) Koefisien Perpindahan Massa Untuk Lapisan Film (Persamaan Vivian dan

Peaceman).

13

=

(10)

keterangan:

Z = panjang.

DAB = difusivitas massa antara komponen A dan B.

= densitas liquid B.

= viskositas liquid B.

g = percepatan gravitasi.

Sc = schmidt number.

Re = reynold number.

2.8. Kriteria Pemilihan Pelarut

Tujuan utama dalam proses absorpsi ialah untuk mendapatkan kemurnian

tertinggi dari suatu zat, hal serupa dapat kita lihat dari proses pembuatan asam

klorida (HCl), solvent dispesifikasikan sebagai produk alamiah. Ada beberapa

tujuan dalam proses absorpsi apabila tujuan utama dari proses absorpsi ialah

untuk mengembalikan unsur utama gas atau senyawa, ada beberapa pelarut yang

dapat dipilih.

Air merupakan salah satu pelarut yang paling mudah ditemui. Selain itu,

air memiliki harga yang murah sehingga penggunaan air sebagai pelarut sangat

ekonomis. Selain harga dan jumlah yang terdapat beberapa karakteristik yang

harus diperhatikan dalam pemilihan pelarut. Beberapa karakteristik yang harus

diperhatikan diantaranya adalah:

1) Volatilitas pelarut. Tekanan uap yang rendah akan menyebabkan pelarut

menjadi pelarut jenuh ketika proses absorpsi telah selesai. Semakin kecil

volatilitas sebuah pelarut, maka make up pelarut akan semakin kecil.

2) Kelarutan gas. Dalam pemilihan pelarut diharapkan gas memiliki kelarutan

yang tinggi. Kelarutan gas yang tinggi dapat meningkatkan laju proses

absorpsi. Selain itu, dengan kelarutan gas yang tinggi dapat menurunkan

jumlah pelarut yang digunakan sehingga proses absorpsi lebih ekonomis

karena tidak menggunakan banyak pelarut.

3) Tidak korosif. Pelarut dan gas yang bersifat korosif menyebabkan korosi pada

material dan peralatan, sehingga baik pelarut maupun gas yang diabsorpsi

20

13

diusahakan bukan senyawa yang korosif. Pelarut dan gas yang bersifat korosif

dapat merusak peralatan sehingga biaya material menjadi tinggi.

4) Viskositas. Pelarut dengan viskositas rendah lebih disukai dalam absorpsi.

Pelarut dengan viskositas rendah disukai karena lebih menguntungkan. Pelarut

dengan viskositas rendah lebih menguntungkan karena :

a) Pelarut viskositas rendah dapat mempercepat laju absorpsi.

b) Perpindahan massa akan lebih baik dan akan mencegah flooding pada

kolom absorpsi

c) Perbedaan tekanan yang rendah (less pressure drop)

d) Perpindahan panas akan lebih baik karena molekul-molekul yang dapat

bergerak aktif

5) Pelarut yang digunakan haruslah tidak beracun, tidak mudah terbakar,

memiliki ikatan yang stabil, dan memiliki titik beku yang rendah.

6) Harga. Pelarut yang digunakan diharapkan pelarut yang murah dan mudah

ditemui. Sehingga biaya yang dikeluarkan lebih sedikit dan selalu tersedia di

pasaran.

13

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Alat dan Bahan

3.1.1. Alat

1) Kolom Deoksigenator.

2) Pump.

3) Compressor.

4) Sensor probe.

5) Tanki Penampung air.

6) Flowmeter udara.

7) Flowmeter air.

3.1.2. Bahan

1) Air.

2) Udara.

3.2. Prosedur Percobaan

1) Tekan tombol power, lalu tekan tombol supply.

2) Tekan tombol pump 1 untuk mengalirkan air dari bak penampung ke kolom

deoksigenator.

3) Atur flowmeter untuk air sesuai dengan laju alir yang ditetapkan.

13

4) Bila kolom deoksigenator penuh dengan air, hidupkan pump 2 yang berfungsi

untuk menyedot air dan dialirkan ke flowmeter dan sensor probe, dimana alat

ini digunakan untuk menghitung laju alir air dan O2 yang terserap dari inlet.

5) Kemudian air akan mengalir ke puncak Wetted Wall Absorption Colomn dan

selanjutnya akan turun dari puncak ke dasar kolom secara laminer yang

berupa lapisan tipis (film).

6) Bersamaan dengan itu tekan tombol compressor untuk mengalirkan udara

secara counter current ke dalam Wetted Wall Absorption Coloumn. Udara

yang dialirkan oleh Compressor sebelumnya masuk dalam flowmeter udara

untuk menghitung laju alir udara.

7) Kemudian air yang sudah bebas O2 masuk ke sensor probe untuk menghitung

O2 outlet. Dimana kedua alat ini dihubungkan dengan DO meter.

13

DAFTAR PUSTAKA

Mazran. 2014 .Wetted Wall Gas Absorption Column. (online).

http://discoverarmfield. com/en/products/view/ces/wetted-wall-gas-

absorption-column. (Diakses pada 4 September 2015)

Muhfari. 2011. Aliran dalam Pipa. (online). http://muhfari.wordpress.com/2011/

11/16/aliran-pada-saluran-tertutup-pipa/. (Diakses pada 6 September 2015)

Rahayu, S. 2009. Absorpsi. (online). http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/

kimia-industri/teknologi-proses/absorbsi/. (Diakses pada 6 September

2015)

Reynolds, A.F. 2013.Mass Transfer Absorption in a Wetted Wall Column.

(online). http://www.aiche.org/academy/videos/conference-

presentations/ mass-trans fer-evaluation-co2-absorption-wetted-wall-

column. (Diakses pada 4 September 2015)

Traybal, E.R. 1985. Mass-Transfer Operations third edition. Singapore: McGraw-

Hill Book Company

Warren, L., Mc. Cabe, Julian C, Smith, dan Peter Harriot. 1993. Operasi Teknik

Kimia. Jakarta: Erlangga

Welty, J.R., C.E. Wicks, R.E. Wilson. 1984. Fundamental of Momentum, Heat,

and Mass Transfer , 3rd edition. New York: John Wiley & Sons Inc.

13