BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Absorpsi

Definisi Absorpsi adalah proses penyerapan suatu zat oleh zat lain atau

suatu fenomena fisik atau kimiawi atau suatu proses sewaktu atom, molekul, atau

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

padatan. Proses ini berbeda dengan adsorpsi karena pengikatan molekul dilakukan

melalui volume dan bukan permukaan. Salah satu contoh penyerapan lainnya

adalah penukaran ion di mana terjadi proses pertukaran ion antara dua elektrolit

atau antara larutan elektrolit dan senyawa kompleks.

Dalam proses ini, zat yang diserap masuk ke bagian dalam zat penyerap.

Misalnya peristiwa pelarutan (gas ke dalam zat cair atau zat padat), difusi (zat cair

ke dalam zat padat), warna yang diserap oleh suatu benda (warna absorpsi),

penyerapan sinar bias oleh suatu zat pada peristiwa bias kembar (absorpsi selektif)

dan penyerapan energy oleh electron di dalam satuan atom (spectrum absorpsi).

Sedangkan pengertian absorpsimetri adalah metode analisis untuk menentukan

komposisi suatu zat dengan mengukur cahaya yang diserap bahan itu. Misalnya,

dengan mengetahui frekuensi warna cahaya yang diserap. Absorbsi merupakan

salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan

sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih

komponen gas. Pada absorbsi sendiri dimana ada dua macam proses yaitu :

a. Absorbsi fisik

Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan

penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi

gas H2S dengan air, metanol, propilen, dan karbonat. Penyerapan terjadi karena

adanya interaksi fisik, difusi gas ke dalam air, atau pelarutan gas ke fase cair. Dari

asborbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya,

yaitu :

Teori model film

Konsep dasar teori film ialah bahwa tahanan terhadap difusi dapat dianggap

ekivalen dengan tahanan di dalam film yang tebalnya tertentu. Teori film

2

sering dipakai sebagai dasar untuk soal-soal rumit yang menyangkut tentang

difusi multikomponen atau difusi yang disertai reaksi kimia. Sebagai contoh,

misalkan perpindahan massa dari suatu arus gas turbulen kedinding suatu pipa,

disini terdapat lapisan laminer didekat dinding, dimana perpindahan massa

kebanyakan oleh difusi molekular, dan gradien konsentrasi pun mendekati

linier. Makin jauh jaraknya dari dinding, turbulennya menjadi lebih kuat dan

difusivitas pusaran pun meningkat, yang berarti di perlukan gradien yang lebih

kecil untuk menghasilkan fluks yang sama. Walaupun ada beberapa contoh

tentang difusi melalui film- fliuda stagnan, perpindahan massa biasanya terjadi

didalam suatu lapisan batas yang tipis dekat permukaan dimana aliran fluida itu

laminer. Pada kebanyakan operasi perpindahan massa tersebut aliran turbulen

diperlukan untuk meningkatkan laju perpindahan massa per satuan luas atau

untuk membantu mendispersikan fluida yang satu ke fluida yang lain, sehingga

memberikan lebih banyak lagi antarmuka. Selain dari itu, perpindahan massa

ke antarmuka fluida sering bersifat tak- stedy dengan gradien konsentrasi yang

selalu berubah dan demikian pula laju perpindahan massanya. Perpindahan

massa dalam kebanyakan hal dikerjakan dengan menggunakan persamaan yang

sejenis juga , yang menggunakan koefisien perpindahan massa.

Teori penetrasi

Dimana teori ini menganggap bahwa zat terlarut tidak jauh menembus ke

dalam fase cair akibat pendeknya waktu paparan pengendapan yang pendek

dari zat terlarut dan cairan atau karena zat terlarut segera menghilang karena

adanya reaksi kimia di dalam cairan. Teori penetrasi awalnya di gunakan oleh

Higbie untuk menjelaskan transfer massa dalam fasa cair selama penyerapan

gas.

Teori permukaan yang diperbaharui

Di asumsikan bahwa gerakan cairan secara konstan membawa arus turbulen

cairan segar dari bagian dalam naik ke permukaan, di mana arus cairan

turbulen ini akan memindahkan elemen-elemen cairan yang sebelumnya di

permukaan. Ketika di permukaan, masing-masing elemen cairan menjadi

terpapar ke fasa kedua dan massa di transfer ke dalam cairan seakan ia stagnan

dalam tak terbatas.

3

b. Absorbsi kimia

Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut didalam larutan

penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi

dengan adanya larutan MEA, NaOH, K2CO3, dan sebagainya. Aplikasi dari

absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan gas CO2 pada pabrik

amoniak. Penggunaan absorbsi kimia pada fase kering sering digunakan untuk

mengeluarkan zat terlarut secara lebih sempurna dari campuran gasnya.

Keuntungan absorbsi kimia adalah meningkatnya koefisien perpindahan massa

gas, sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif

permukaan. Absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah yang hampir

stagnan disamping penangkapan dinamik.

Hal-hal yang mempengaruhi dalam prsoses adsorbsi :

Ø Zat yang diadsorbsi

Ø Luas permukaan yang diadsorbsi

Ø Temperatur

Ø Tekanan Absorben

2.1 Pengertian Absorben

Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi

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

sering juga disebut sebagai cairan pencuci.

Persyaratan absorben :

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

2. Selektif

3. Memiliki tekanan uap yang rendah

4. Tidak korosif.

5. Mempunyai viskositas yang rendah

6. Stabil secara termis.

7. Murah

Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben :

1. Air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan

tetesan cairan)

4

2. Natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam)

3. Asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa).

Jenis – jenis alat absorbsi antara lain :

1. Sieve Tray

Berguna untuk absorbsi gas dan destilasi dimana ukuran lubang tray 3-12 mm

dari diameter dengan ukuran umum 5 mm. Luas uap dari lubang berkisar 5-

15% dari luasan kolom.

2. Valve Tray

Jenis ini adalah modifikasi dari sieve Tray, yang terdiri dari bukaan kolom dan

bukaan valve. Sekarang penggunaanya menurun, karena tipe kolom ini

beroperasi pada skala besar sehingga biayanya lebih tinggi 20% dari sieve tray

3. Bubble cup tray

Jenis ini penggunaanya sejak 100 tahun lalu, tapi sejak tahun 1950 telah

digantikan oleh jenis sieve atau valve tray

4. Packed Tower

Digunakan untuk aliran kontinyu, di mana proses yang di gunakan dengan

mengontakkan antara gas dengan liquid secara countercurrent dalam absorbsi.

Jenis ini adalah yang paling banyak diterapkan pada menara absorpsi. Packed

Column lebih banyak digunakan mengingat luas kontaknya dengan gas. Packed

ini berfungsi mirip dengan media filter, dimana gas dan cairan akan tertahan

dan berkontak lebih lama dalam kolom sehingga operasi absorpsi akan lebih

optimal. Beragam jenis packing telah dikembangkan untuk memperluas daerah

dan efisiensi kontak gas-cairan. Ukuran packing yang umum digunakan adalah

3-75 mm. Bahan yang digunakan dipiluh berdasarkan sifat inert terhadap

komponen gas maupun cairan solven dan pertimbangan ekonomis, antara lain

tanah liat, porselin, grafit dan plastik. Packing yang baik biasanya memenuhi

60-90% dari volume kolom.

5

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Kolom Absorpsi

Kolom Absorpsi adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses

pengabsorbsi penyerapan atau penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom

atau tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang

terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini

dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut.

  3.2 Prinsip Kerja Kolom Absorbsi

Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase

mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia ditransfer

dari satu fase cairan ke fase lainnya, terjadi hampir pada setiap reaktor kimia.

Proses ini dapat berupa absorpsi gas, destilasi,pelarutan yang terjadi pada

semua reaksi kimia.

Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan kebawah

menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa gas

dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam umpan gas

dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang diumpankan dari bagian

atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada sebuah kolom yang berisi

packing dengan dua tingkat.

6

3.3 Jenis-Jenis Absorben

Diantara jenis-jenis absorben ini antara lain :

1. Arang aktif

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon,

dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada

suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi

kebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung

karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain

digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben

(penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan

ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi

dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada

temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat

fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Arang aktif

dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat

adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas

permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat

arang aktif. Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan

sebagai penyerap uap.

Arang aktif sebagai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat halus,

diameter pori mencapai 1000 A0, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk

memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak

diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat penganggu dan kegunaan lain yaitu

pada industri kimia dan industri baru. Diperoleh dari serbukserbuk gergaji, ampas

pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan

mempunyai struktur yang lemah. Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya

berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-

200 A0 , tipe pori lebih halus, digunakan dalam rase gas, berfungsi untuk

memperoleh kembali pelarut, katalis,pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh

dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyaibahan

baku yang mempunyai struktur keras.

7

2. Zeolit Mineral

Zeolit bukan merupakan mineral tunggal, melainkan sekelompok mineral

yang terdiri dari beberapa jenis unsur. Secara umum mineral zeolit adalah

senyawa alumino silikat hidrat dengan logam alkali tanah. serta mempunyai

rumus kimia sebagai berikut : M2x/nSi1-xAlxO2.yH2O Dengan M = e.g Na, K,

Li, Ag, NH, H, Ca, Ba Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal,

sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar. Jumlah molekul air

menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila

unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan. Penggunaan zeolit cukup banyak,

misalnya untuk industri kertas, karet, plastik, agregat ringan, semen puzolan,

pupuk, pencegah polusi, pembuatan gas asam, tapal gigi, mineral penunjuk

eksplorasi, pembuatan batubara, pemurnian gas alam, industri oksigen, industri

petrokimia. Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi

oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal

tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-900 oC,

maka kristal zeolit yang bersnagkutan berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya

serap (absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah ruang hampa dan luas permukaan.

Biasanya mineral zeolit mempunyai luas permukaan beberapa ratus meter persegi

untuk setiap gram berat. Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas

sebanyak 30% dari beratnya dalam keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya

dilakukan dalam ruang hampa dengan menggunakan gas atau udara kering

nitrogen atau methana dengan maksud mengurangi tekanan uap ari terhadap zeolit

itu sendiri.

3. Bentonit

Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit

dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok dioktohedral. Penamaan jenis

lempung tergantung dari penemu atau peneliti, misal ahli geologi, mineralogi,

mineral industri dan lain-lain. Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan

berdasarkan kandungan alu-munium silikat hydrous, yaitu activated clay dan

fuller's Earth. Activated clay adalah lempung yang kurang memiliki daya

pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melalui pengolahan tertentu.

8

Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling atau pembersih bahan

wool dari lemak.

Sifat bentonit sebagai adsorben adalah :

Ø mempunyai surface area yang besar (fisika)

Ø bersifat asam yang padat (kimia)

Ø bersifat penukar-ion (kimia)

Ø bersifat katalis (kimia)

3.4 Aplikasi Absorbsi

Absorbsi dalam dunia industri digunakan untuk meningkatkan nilai guna

dari suatu zat dengan cara merubah fasenya.

1. Proses Pembuatan Formalin

Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat

dihasilkan melalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin

Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor

yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor

hingga suhu 55 0C,dimasukkan ke dalam absorber.Keluaran dari absorber pada

tingkat I mengandunglarutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 –

40%. Bagian terbesar dari 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

dengan air proses.

2. Proses Pembuatan Asam Nitrat

Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO2).Proses pembuatan asam

nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat 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. Empat fluks masuk yaitu air umpan

absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks keluar yaitu asam

nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam

nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih

dari 200 ppm.

9

Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses pembuatan urea,produksi ethanol,

minuman berkarbonasi, fire extinguisher,dry ice,supercritical carbon dioxide dan

masih banyak lagi aplikasi absorbsi dalam industri. Selain itu absorbsi ini juga

digunakan untuk memurnikan gas yang dihasilkan dari fermentasi kotoran sapi.

Gas CO2 langsung bereaksi dengan larutan NaOH sedangkan CH4 tidak. Dengan

berkurangmya konsentrasi CO2 sebagai akibat reaksi dengan NaOH, maka

perbandingan konsentrasi CH4 dengan CO2 menjadi lebih besar untuk

konsentrasi CH4.

Absorbsi CO2 dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH dapat

dilukiskan sebagai berikut: CO2(g) + NaOH(aq) → NaHCO3(aq) NaOH(aq) +

NaHCO3 → Na2CO3(s) + HO(l) + CO2(g) + 2NaOH(aq) → Na2CO3(s) +

H2O(l) Dalam kondisi alkali atau basa, pembentukan bikarbonat dapat diabaikan

karena bikarbonat bereaksi dengan OH- membentuk CO32- Prinsip Absorbsi

Udara yang mengandung komponen terlarut (misalnya CO2) dialirkan ke dalam

kolom pada bagian bawah. Dari atas dialirkan alir. Pada saat udara dan air

bertemu dalam kolom isian, akan terjadi perpindahan massa. Dengan menganggap

udara tidak larut dalam air (sangat sedikit larut),maka hanya gas CO2 saja yang

berpindah ke dalam fase air (terserap). Semakin ke bawah, aliran air semakin kaya

CO2. Semakin ke atas ,aliran udara semakin miskin CO2.

Faktor-faktor yang berpengaruh pada operasi absorpsi adalah sebagai

berikut :

Laju alir air. Semakin besar,penyerapan semakin baik.

Komposisi dalam aliran air. Jika terdapat senyawa yang mampu beraksi dengan

CO2 (misalnya NaOH) maka penyerapan lebih baik.

Suhu operasi.Semakin rendah suhu operasi,penyerapan semakin baik.

Tekanan operasi dimana semakin tinggi tekanan operasi, penyerapan semakin

baik sampai pada batas tertentu. Diatas tekanan maksimum (untuk hidrokarbon

biasanya 4000-5000 kPa), penyerapan lebih buruk.

Laju alir gas dimana semakin besar laju alir gas tersebut maka penyerapan

semakin buruk.

10

Absorbsi dipengaruhi oleh kesetimbangan fase gas dan fase cair..

Gas -Liquid Equibrilium dimana hukum kesetimbanganya di berikan oleh Henry

yaitu :

Pa = H. Xa..................(1)

Pa = H’. Ya..................(2)

Dik :

Pa adalah Tekanan parsial komponen A (atm)

H adalah Konstanta hukum henry ( 0,142 x 104 atm/mol fraction )

H’ adalah Konstanta hukum henry ( mol frac gas /mol frac liquid)

Xa adalah fraksi mol komponen A dalam liquid

Ya adalah fraksi mol komponen B dalam gas

Di dalam proses reaksi gas-liquid equibrillium ini terdapat beberapa ciri-ciri

reaksi dimana dapat digambarkan sebagai dua fase yang berbeda (gas dan liquid

dalam absorbsi) yang di kontakkan kemudian di pisahkan, kemudian selama

kontak berlangsung terjadi pencampuuran komponen antara dua fase saling

membaur. Jika waktu pencampuran cukup, komponen pada kesetimbangan dalam

dua fase setelah proses pemisahan dan proses tersebut di anggap sebagai Single

Equibrillium stage

11

Total material balance L0 + V2 = L1 + V1

Component A balance L0XA0 + V2Y2 = L1XA1 + V1YA1

Component C balance L0XC0 + V2Y2 = L1XC1 + V1YC1

An equation for B is not needed since XA + XB + XC = 1,0

In Term of inert flow rate : L’ = L(1-XA) L = L’/(1-XA)

V’ = V(1-YA) V = V’/(1-YA)

Operating Line

L’( Xa 01−Xa 0 )+ V’( Ya 2

1−Ya2 ) = L’( Xa11−Xa 1 ) + V’( Ya 1

1−Ya1 )

12

13

14

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Prinsip Kerja Kolom Absorbsi

1. Kolom absorbsi adalah sebuah kolom, dimana ada zat yang berbeda fase

mengalir berlawanan arah yang dapat menyebabkan komponen kimia

ditransfer dari satu fase cairan ke fase lainnya, terjadi hampir pada setiap

reaktor kimia. Proses ini dapat berupa absorpsi gas, destilasi,pelarutan yang

terjadi pada semua reaksi kimia.

2. Campuran gas yang merupakan keluaran dari reaktor diumpankan kebawah

menara absorber. Didalam absorber terjadi kontak antar dua fasa yaitu fasa

gas dan fasa cair mengakibatkan perpindahan massa difusional dalam

umpan gas dari bawah menara ke dalam pelarut air sprayer yang

diumpankan dari bagian atas menara. Peristiwa absorbsi ini terjadi pada

sebuah kolom yang berisi packing dengan dua tingkat.

Jenis-Jenis Absorber ialah :

1. Arang Aktif

2. Zeolit Mineral

3. Bentonit

Penerapan Aplikasi Absorbsi yaitu :

1. Pembuatan Formalin

2. Pembuatan Asam Nitrat

4.2 Saran

Sebagai generasi muda hendaknya kita memiliki pengetahuan yang luas

dengan banyak membaca sumber kajian baik jurnal maupun sumber lainya dan

giat dalam melakukan sejumlah penelitian.

15

DAFTAR PUSTAKA

Baker. T. C.: Ind. Eng. Chem., 27, 977 (1935)

Denbigh, K.: “Principles of Chemical Equibrillium,” Cambridge University Press,

London, 1961.

Putri, Sisca (2012). Dasar-Dasar dan Prinsip Kerja Kolom Absorbsi. From http:// http://www.academia.edu/6506699/Absorpsi?login=&email_was_taken=true/, ( Diakses 6 Desember 2014)

Rahayu, Suparni (2009). Fungsi Absorbsi Dalam Industri. From http://chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/teknologi-proses/absorbsi/,(Diakses 6 November 2014).

16