PERALATAN INDUSTRI PROSES 2

BUBBLE COLOUM

OLEH :

KELOMPOK II

Nama :Elvera Marliani (061430400292)

Ruri Anggoro Putri (061430400305)

Vega Aulia Pratiwi (061430400310)

Kelas : 3KA

Dosen Pembimbing : Meilianti, S.T., M.T.

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

2015

1. Pengertian bubble coloum

Kolom gelembung adalah peralatan tempat terjadinya proses perpindahan massa, dimana gas akan berkontak dengan liquida. Gas akan terdispersi ke dalam phase liquida yang kontinue dalam bentuk gelembung. Tingkat perpindahan massa dalam kondisi tertentu akan menentukan lajunya dimana seluruh proses terjadi. Tujuan proses ini adalah untuk dapat terjadinya laju perpindahan massa yang tinggi, yaitu dengan meperbesar luas interfacial dan tingkat intensitas turbulensi yang tinggi.

Kolom bubble (gelembung) banyak digunakan dalam industri kimia, antara lain sebagai absorber, fermentor dan reaktor dimana terjadi reaksi antara gas dan liquida yang dalam proses tersebut sangat memerlukan daerah kontak yang besar antara kedua phase tersebut. Kolom bubble adalah peralatan yang sederhana dan tidak mahal. Kolom bubble merupakan alat kontak dimana gas yang masuk berupa bubble bergerak secara relatif terhadap phase liquida kontinyu. Gas masuk melalui sparger pada dasar kolom, begitu gas masuk kedalam kolom maka liquida akan mengembang. Dalam kolom, gas terdispersi ke dalam phase liquida dalam bentuk gelembung-gelembung kecil yang berakibat luas kontaknya menjadi besar. Perpindahan massa terjadi selama pembentukan gelembung dan juga selama gelembung naik ke permukaan. Diantara peneliti-peneliti sebelumnya antara lain telah menggunakan model dengan anggapan bahwa dispersi axial lebih dominan dari pada konveksi axial. Pengembangan model telah dilakukan dalam penelitian ini untuk memprediksi profil konsentrasi oksigen terlarut secara aksial dan steady-state dalam sebuah kolom gelembung bersekat dan vertikal.

Jika profil konsentrasi oksigen hanya dipengaruhi oleh tekanan hydrostatik saja, maka akan terbentuk profil linier; jika terdapat pengaruh pengadukan maka profilnya menjadi non-linier. Beberapa faktor yang mempengaruhi profil konsentrasi antara lain , koeffisien perpindahan massa gas-liquid volumetric overall, laju liquida dan laju gas di dalam kolom. Pengaruh dari kenaikkan variabel di atas terhadap bentuk profil konsentrasi adalah tidak begitu besar karena kenaikkan variabel tersebut dipengaruhi oleh laju alir gas atau laju alir liquida yang harganya relatif kecil kalau dibandingkan dengan adanya pengaruh pengadukan. Sedangkan dalam penelitian ini dilengkapi dengan sekat yang berfungsi sebagai pengaduk.

Perbedaan dalam komposisi kesetimbangan antara fase likuid dan uap dapat

digunakan untuk memisahkan suatu komponen secara individu ataupun campuran.

Dalam peralatan industri untuk operasi transfer uap-likuid, uap dapat berupa

gelembung yang melalui (melintas) fase likuid secara kontinyu (droplet) likuid yang

jatuh kedalam fase uap secara kontinyu, ataupun kombinasi dari beberapa metode

lainnya.

       Pengertian dari gelembung uap (bubbling vapor) yang melintasi likuid adalah uap

didistribusi melalui sparger atau pipa berlubang (perforated pipe) yang terletak pada

dasar tangki yang berisi likuid. Gelembung-gelembung uap tersebut melintasi likuid

selama masa lintasannya ke permukaan (ke bagian atas kolom), dimana ia akan

terpisah dan meninggalkan kolom melalui jalur uap bagian atas (overhead) dari

kolom.

            Kolom gelembung (bubble coloum) dapat berupa piringan dengan sejumlah

lubang yang di las pada risers atau chimney, dimana uap akan  lewat melintas dari

bagian bawah kolom. Tiap risers dipenuhi oleh sejumlah cap berbentuk bell (genta)

untuk mempercepat uap melalui risers tersebut.

      Dalam operasinya, uap (vapor) naik melalui chimney, menghasilkan sejumlah

gelembung dari slot dari bagian bawah cup didalam likuid, dimana level (ketinggian)

likuid dijaga pada plate oleh weir (dam) sehingga permukaan likuid adalah 2-2,5 inch

diatas slot dari bubble cap.

Likuid diumpankan pada plate dan turun melintasi downspout menuju bagian

bawah plate dimana uap akan melintas naik melalui plate

bercampur dengan likuid pada plate karena disperse yang dihasilkan oleh slot dalam

bubble cap. Uap kemudian terpisah pada permukaan likuid dan melintasi bagian atas

piringan (plate). Hal ini dapat dicapai dengan aliran berlawanan arah (countercurrent)

dari likuid yang melintas turun dengan uap yang melintas naik melalui kolom.

2. Peralatan bubble coloum

2.1. Kolom Piring Gelembung (Bubble Plate Coloum)

a.      Dengan tanggul dan salauran limpah yang bundar

Kolom piring gelembung (bubble plate coloum), merupakan salah satu alat yang

digunakan pada kontak anatar fase dan pemisah fase dimana bentuk pemisahannya

dilakukan dengan cara destilasi. Alat ini terdiri dari tanggul (weit), dan pipa saluran

limpah (downcomers).

      Dalam kolom ini harus terjadi perpindahan massa dan panas antara uap yang naik dan

cairan yang mengalir turun. Sampel yang biasa digunakan alat ini adalah yang berupa

liquid, misalnya etanol dan air. Pada alat ini terdapat pelat-pelat yang berfungsi sebagai

perlengkapan dalam (internal fitting) berupa bidang yang letaknya mendatar dan disusun

satu diatas yang lain pada jarak-jarak tertentu di dalam pipa kolom. Pada setiap plat

terdapat lapisan cairan dengan ketinggian tertentu. Cairan ini diterobos oleh uap yang

naik melalui lubang-lubang pada pelat.

b.      Piring aliran melintang yang menunjukkan jalan masuk dan jalan keluar

tanggul

Alat ini digunakan untuk cairan, dimana cairan masuk melewati piring menuju ke piring

berikut di bawahnya. Cairan di dalam kolom dipindahkan dari pusat piring.

Alat ini juga harus mempunyai cairan yang dapat menahan pada piring yang lebih

rendah untuk mencegah uap air mengalir dari atas alat ini. Cairan pada piring yang lebih

rendah ditahan oleh sebuah tanggul (weit). Tanggul ini berfungsi untuk mendistribusikan

cairan. Cairan yang masuk melalui tanggul akan mengalir melintang sesuai dengan aliran

pada piring untuk selanjutnya mengalir ke jalan keluar tanggul.

2.2. Bubble Cap (Pelat Genta)

            Suatu bubble cap adalah suatu piringan yang dilengkapi dengan sebuah lubang

yang menuju suatu pipa yang sesuai yaitu chimney, yang dilewati oleh uap dari bagian

bawah piringan. Tiap-tiap pipa arah naik ditutupi oleh sumbat berbentuk bel (genta).

Sumbat-sumbat tersebut diberi bingkai agar tersedia ruang yang cukup antara riser (pipa

naik) dan sumbat sebagai tempat keluarnya uap.

Pada operasinya, uap naik melalui chimney dan dialihkan ke bawah oleh sumbat.

Keluarnya berupa gelembung-gelembung kecil dari celah pada bagian bawah sumbat

dibawah cairan. Level cairan diduga diatas pinggiran oleh suatu alat yang berupa weit.

Jadi, permukaan weit sekitar 2-2,5 in diatas puncak celah dari bubble cap. Cairan

memasuki piringan dan melewatinya dan turun melalui pipa turun melalui piringan ke

bagian bawah piringan (plate). Sementara uap turun melalui piringan bercampur dengan

cairan yang berada diatas piringan karena hamburan dihasilkan dari celah bubble cap.

Uap kemudian terpisah pada permukaan cairan dan melewati bagian atas piringan,

selanjutnya sejumlah aliran balik dari likuid melewati bagian bawah dan uap melewati

bagian atas, melewati kolom penampang hasil.

Peralatan bubble coloum ini banyak diaplikasikan didalam proses yang melibatkan

pemisahn secara termal, seperti pada Destilasi, Rektifikasi, dan Fraksionasi.

Kolom Destilasi dan Rektifikasi

Destilaasi dan rektifikasi adalah proses pemisahan termal yang digunakan secara luas

dibidang teknik untuk memisahkan campuran dalam jumlah yang besar.

Contoh:

Destilasi atau penyulingan larutan, untuk mengurangi volumenya, untuk

meningkatkan konsentrasi zat terlarut atau untuk mengkristalkan bahan padat

yang terlarut

Destilasi produk antara atau produk akhir yang diperoleh pada reaksi kimia

Rektifikasi pelarut organik yang telah tercemar, agar diperoleh cairan murni yang

dapat digunakan kembali.

Ketiga proses diatas adalah serupa, yaitu pemisahan terjadi oleh penguapan salah satu

komponen dari campuran, artinya dengan cara mengubah bagian-bagian yang sama dari

keadaan cair menjadi berbentuk uap. Persyaratannya adalah kemudahan menguap

(volatilitas) dari komponen yang akan dipisahkan berbeda satu dengan lainnya.

            Bila suatu campuran yang terdiri atas dua jenis cairan yang saling larut akan

dipisahkan, sedangkan tekanan uap atau titik didih keduanya relative berdekatan, maka

pemisahan tidak cukup dilakukan dengan satu kali destilasi sederhana. Hal ini karena

selain mengandung zat yang lebih mudah menguap, uap yang terbentuk (berarti pula

destilatnya) juga banyak mengandung zat yang lebih sukar menguap.

            Rektifikasi berarti memisahkan komponen-komponen yang mudah menguap dari

suatu campuran cairan dengan cara penguapan dan kondensasi berulang-ulang, dengan

perpindahan massa serta panas melalui refluks yang terkendali. Setelah itu uap

dikondensasi dan kondensat ditampung.

Diameter bubble coloum

            Efisiensi kontak antara likuid dan uap pada plate tergantung pada besarnya agitasi

yang disebabkan suplai energi oleh uap yang melewati likuid pada piringan. Pada

kecepatan uap yang rendah, maka dihasilkan efisiensi panas yang rendah pula. Hal ini

disebabkan oleh turunnya level (ketinggian) likuid pada piringan. Makin tinggi kecepatan

uap, maka makin tinggi juga efisiensi plate karena kontak yang panjang. Pada kecepatan

uap yang sangat tinggi, pemsukan likuid ke uap dimulai dan uap cenderung membentuk

kerucut. Efisiensi maksimum plate dicapai diatas interval kecepatan uap.

Diameter kolom bubble dapat ditentukan dengan prosedur kelebihan kapasitas. Beban uap

ini berbeda di beberapa tempat sehingga menyebabkancross sectional area harus di

justifikasi.

Daerah aktif pada piring pada bubble-cap

Diameter Kolom

(m)

Diameter Tutup

(mm)

Daerah (area) aktif pada

Bubble cap

0,9 75 0,60

1,2 100 0,57

1,8 100 0,66

2,4 100 0,70

13,0 150 0,74

 

Spesifikasinya adalah :

Kapasitas sedang sampai tinggi

Efisiensi sedang sampai tinggi

Biaya instalasi dan perawatan lebih mahal

Laju alir rendah karena pressure drop tinggi

Korosi Tinggi

Sieve Tray

Sieve tray merupakan jenis tray yang paling sederhana dibandingkan jenis tray yang lain dan lebih murah daripada jenis bubble cap. Pada Sieve tray uap naik ke atas melalui lubang-lubang pada plate dan terdispersi dalam cairan sepanjang plate. Cairan mengalir turun ke plate di bawahnya melalui down comer dan weir. 

Meskipun sive tray mempunyai kapasitas yang lebih besar pada kondisi operasi yang

sama dibandingkan dengan bubble cap, namun sieve tray mempunyai satu kekurangan yang

cukup serius pada kecepatan uap yang relatif lebih rendah dibandingkan pada kondisi operasi

normal. Pada sieve tray, aliran uap berfungsi mencegah cairan mengalir bebas ke bawah

melalui lubang-lubang, tiap plate di desain mempunyai kecepatan uap minimum yang

mencegah terjadinya peristiwa “dumps” atau “shower” yaitu suatu peristiwa dimana cairan

mengalir bebas mengalir ke bawah melalui lubang-lubang pada plate.  Kecepatan uap

minimum ini yang harus amat sangat diperhatikan dalam mendesain sieve tray dan menjadi

kesulitan tersendiri dalam kondisi operasi sesungguhnya.Efisiensi sieve tray sama besarnya

dengan bubble cap pada kondisi desain yang sama, namun menurun jika kapasitasnya

berkurang di bawah 60% dari desain.

Spesifikasinya adalah : 

Kapasitas tinggi Efisiensi tinggi Pressure drop sedang Biaya instalasi dan perawatan murah Korosi rendah

1. Valve Tray

Valve tray mempunyai design yang khusus. Seperti Sieve tray tetapi diameter

lubangnya lebih besar yang ditutupi oleh movable flaps yang bergerak jika aliran uap

meningkat. Valve tray dapat beroperasi lebih efisien pada kecepatan aliran rendah daripada

Sieve Tray.

Spesifikasinya adalah :

1. Kapasitas tinggi-sangat tinggi2. Efisiensi tinggi3. Turndown 4:1 – 5:1. beberapa desain khusus mencapai 10:1 atau lebih4. Entrainment sedang5. Pressure drop sedang6. Biaya 20 % lebih tinggi dari sieve tray7. Perawatan sedang8. Fouling tendency sedang9. Efek korosi sedang10. Aplikasi utama:

- Sebagian besar kolom- Menangani dimana titik didih penting- Pangsa pasar 70 %

2. Aplikasi bubble coloum dalam dunia industri

a. Destilasi Skala Industri

Umumnya proses destilasi dalam skala industri dilakukan dalam menara, oleh

karena itu unit proses dari destilasi ini sering disebut sebagai menara destilasi (MD).

Menara destilasi biasanya berukuran 2-5 meter dalam diameter dan tinggi berkisar antara

6-15 meter. Masukan dari menara destilasi biasanya berupa cair jenuh, yaitu cairan yang

dengan berkurang tekanan sedikit saja sudah akan terbentuk uap dan memiliki dua arus

keluaran, arus yang diatas adalah arus yang lebih volatil (mudah menguap) dan arus

bawah yang terdiri dari komponen berat. Menara destilasi terbagi dalam 2 jenis kategori

besar:

1. Menara Destilasi tipe Stagewise, menara ini terdiri dari banyak piringan yang

memungkinkan kesetimbangan terbagi-bagi dalam setiap piringannya, dan

2. Menara Destilasi tipe Continous, yang terdiri dari pengemasan dan kesetimbangan

cair-gasnya terjadi di sepanjang kolom menara.

Menara destilasi

Mula-mula minyak mentah dipanaskan dalam aliran pipa dalam furnace (tanur)

sampai dengan suhu ± 370°C. Minyak mentah yang sudah dipanaskan tersebut kemudian

masuk kedalam kolom fraksinasi pada bagian flash chamber (biasanya berada pada sepertiga

bagian bawah kolom fraksinasi). Untuk menjaga suhu dan tekanan dalam kolom maka

dibantu pemanasan dengan steam (uap air panas dan bertekanan tinggi).

Minyak mentah yang menguap pada proses destilasi ini naik ke bagian atas kolom dan

selanjutnya terkondensasi pada suhu yang berbeda-beda. Komponen yang titik didihnya lebih

tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih

rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut

sungkup gelembung. Makin ke atas, suhu yang terdapat dalam kolom fraksionasi tersebut

makin rendah, sehingga setiap kali komponen dengan titik didih lebih tinggi akan terpisah,

sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi.

Demikian selanjutnya sehingga komponen yang mencapai puncak adalah komponen yang

pada suhu kamar berupa gas.

Komponen yang berupa gas ini disebut gas petroleum, kemudian dicairkan dan

disebut LPG (Liquified Petroleum Gas). Fraksi minyak mentah yang tidak menguap menjadi

residu. Residu minyak bumi meliputi parafin, lilin, dan aspal. Residu-residu ini memiliki

rantai karbon sejumlah lebih dari 20.  

Aplikasi Distilasi

Pemisahan minyak mentah menjadi bagian-bagian untuk penggunaan khusus

seperti untuk transportasi, pembangkit listrik, pemanas, dll.

Pemekatan alkohol dengan penerapan panas terhadap larutan hasil fermentasi

untuk menghasilkan minuman suling.

Pemisahan minyak kemiri dari biji kemiri

Kelebihan Destilasi :

1. Dapat memisahkan zat dengan perbedaan titik didih yang tinggi.

2. Produk yang dihasilkan benar-benar murni.

Kekurangan Destilasi :

1. Hanya dapat memisahkan zat yang memiliki perbedaan titik didih yang besar.

2. Biaya penggunaan alat ini relatif mahal.

Perawatan peralatan distilasi

Kolom distilasi harus dirawat agar kebersihan dan penggunaannya dapat seoptimal mungkin,

dilakukan sebagai berikut :

1. Pengaruh panas kolom pada unit kolom distilasi terbatas pada kondensor dan

pendidih ulang (reboiler), karena, pada umumnya, kolom tersebut diisolasi, sehingga

kehilangan kalor sepanjang kolom relatif kecil

2. Untuk umpan yang berupa zat cair pada titik gelembungnya (q = 1) yaitu cairan

jenuh, kalor yang diberikan pada pendidih ulang sama dengan yang dikeluarkan pada

kondensor. Untuk umpan yang berwujud selain cairan jenuh kebutuhan kukus,

pemanas dihitung dengan neraca panas (neraca entalpi).

Adsorpsi atau penjerapan adalah proses pemisahan bahan dari campuran gas atau cair,

bahan yang akan dipisahkan ditarik oleh permukaan zat padat yang menyerap (adsorben).

Biasanya partikel-partikel kecil zat penyerap ditempatkan ke suatu hamparan tetap dan fluida

kemudian dialirkan melalui hamparan tetap tersebut sampai zat padat itu mendekati jenuh dan

pemisahan yang dikehendaki tidak dapat berlangsung lagi. Kebanyakan zat pengadsorpsi

adalah adsorben. Bahan-bahan yang berpori, dan adsorpsi berlangsung terutama pada

dinding-dinding pori.

Pemisahan terjadi karena perbedaan bibit molekul atau karena perbedaan polaritas

menyebabkan sebagian molekul melekat pada permukaan itu lebih erat daripada molekul-

molekul lainnya. Misalnya, limbah industri pencucian kain batik diadsorpsi zat warnanya

dengan menggunakan arang tempurung kelapa yang sudah diaktifkan. Limbah elektroplating

yang mengandung nikel, logam berat nikel diadsorpsi dengan zeolit yang diaktifkan.

b. Absorber dan Stripper

Absorber dan stripper adalah alat yang digunakan untuk memisahkan satu

komponen atau lebih dari campurannya menggunakan prinsip perbedaan kelarutan.

Solut adalah komponen yang dipisahkan dari campurannya sedangkan pelarut

(solvent ; sebagai separating agent)adalah cairan atau gas yang melarutkan solut.

Karena perbedaan kelarutan inilah, transfer massa solut dari fase satu ke fase yang

lain dapat terjadi. Absorbsi adalah operasi pemisahan solut dari fase gas ke fase cair,

yaitu dengan mengontakkan gas yang berisi solut dengan pelarut cair (solven /

absorben ) yang tidak menguap. Stripping adalah operasi pemisahan solute dari fase

cair ke fase gas, yaitu dengan mengontakkan cairan yang berisi solute dengan pelarut

gas ( stripping agent) yang tidak larut ke dalam cairan.

Berdasarkan cara kontak antar fase, alat transfer massa difusional dibagi

menjadi 2 jenis, yaitu :

1. proses keseimbangan dimana operasi dengan keseimbangan antar fase, yaitu alat dengan kontak bertingkat ( stage wise contact / discreet ), misalnya menara menggunakan plat atau tray.

2. proses dikontrol kecepatan transfer massa, yaitu alat dengan kontak kontinyu ( continuous contact ), misalnya menara sembur, gelembung atau menggunakan bahan isian (packing).

Kolom Absorpsi adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi

(penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Struktur

yang terdapat pada kolom absorber dibagi menjadi tiga bagian yaitu:

Bagian atas: Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair

Bagian tengah: Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga mudah untuk diabsorbsi.

Bagian bawah: Input gas sebagai tempat masuknya gas ke dalam reaktor.

Prinsip Kerja Kolom Absorpsi

• 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. Keluaran dari absorber pada

tingkat I mengandung larutan dari gas yang dimasukkan tadi.

Gambar diatas adalah contoh proses Sebuah kolom destilasi juga dapat digunakan untuk

mendaur ulang. Absorber yang terpolusi dilewatkan kedalam destilasi kolom. Dibawahnya,

pelarut dikumpulkan dan dikirim kembali ke absorber.

c. Sebagai alat perpindahan panas / penukar panas

Alat penukar kalor merupakan suatu alat yang menghasilkan perpindahan panas dari

suatu fluida yang temperaturnya lebih tinggi ke fluida yang temperaturnya lebih rendah.

Proses perpindahan panas tersebut dapat dilakukan secara langsung dan tidak langsung.

Maksudnya ialah :

a) Alat penukar kalor kontak langsung Pada alat ini fluida yang panas akan bercampur

secara langsung dengan fluida dingin (tanpa adanya pemisah) dalam suatu bejana atau

ruangan. Misalnya ejector, daerator dan lain-lain.

b) Alat penukar kalor kontak tak langsung Pada alat ini fluida panas tidak berhubungan

langsung (indirect contact) dengan fluida dingin. Jadi proses perpindahan panasnya itu

mempunyai media perantara, seperti pipa, plat, atau peralatan jenis lainnya. Misalnya

kondensor, ekonomiser air preheater dan lain-lain.

Perpindahan panas dapat didefinisikan sebagai berpindahnya energi dari satu tempat

ke tempat lainnya sebagai akibat dari perbedaan temperatur antara tempat-tempat tersebut.

Pada umumnya perpindahan panas dapat berlangsung melalui 3 cara yaitu secara konduksi,

konveksi, radiasi.

Konduksi adalah perpindahan energi thermal dari daerah dengan temperatur lebih

tinggi ke daerah dengan temperatur yang lebih rendah, yang terjadi akibat interaksi molekuler

terhadap medium atau perpindahan panas yang terjadi akibat agitasi molekuler terhadap

material tanpa adanya pergerakan dari material itu sendiri.

Transfer energi tersebut pada umumnya terjadi akibat elastic impact pada fluida atau

dapat disebabkan oleh free electron diffusion pada metal atau phonon vibration pada

insulators. Dengan kata lain, panas ditransferkan secara konduksi ketika atom yang

berdekatan bergerak berlawanan dengan atom lainnya atau elektron berpindah dari satu atom

ke atom lainnya. Kemungkinan terjadinya konduksi pada padatan/solid lebih besar, dimana

letak atom-atomnya lebih rapat dan konstan. Sedangkan pada liquid (kecuali liquid metals)

dan gas, molekulnya memiliki jarak yang berjauhan, sehingga lebih kecil kemungkinan

terjadinya perpindahan energi thermal. Faktor-faktor yang menyebabkan keberhasilan proses

perpindahan panas secara konduksi adalah:

1. Terjadinya perpindahan energi kinetik/gerak atau dapat berupa elektron-elektron bebas.

Pergerakan energi kinetik ini didasarkan atas perbedaan suhu yang terjadi,

perpindahannya terjadi dari temperatur yang lebih tinggi menuju ke medium dengan

temperatur yang lebih rendah.

2. Terjadinya perbedaan temperatur

Perpindahan panas akan terjadi apabila ada perbedaan temperatur antara 2 bagian benda.

Panas akan berpindah dari temperatur tinggi ke temperatur yang lebih rendah.

3. Konduktivitas termal suatu bahan

Konduktivitas termal suatu bahan merupakan fungsi dari temperatur. Sehingga semakin

besar konduktivitas termalnya, maka semakin baik pula bahan tersebut dalam

menghantarkan panas dan semakin besar laju perpindahan panasnya.

4. Kerapatan massa

Untuk meningkatkan proses perpindahan panas maka perlu juga meningkatkan kerapatan

massanya, karena energi yang hilang akibat gesekan reletif lebih kecil daripada energi

yang dibutuhkan sehingga pengaruh yang merugikan ini jarang diperhitungkan.

Sedangkan untuk fluida yang rapat massanya rendah seperti gas, penambahan energi

mekanik dapat lebih besar dari laju panas yang dipertukarkan. Pada sistem pembangkit

daya termal, energi mekanik dapat mencapai 4 sampai 10 kali energi panas yang

dibutuhkan. Apabila kerapatan suatu bahan sangat besar, maka jarak antar partikel sangat

dekat. Hal ini sangat memudahkan perpindahan energi termal/kinetik ataupun elektron

bebas antar partikel.

5. Luas penampang

Semakin besar luas penampang yang digunakan dalam tranfer panas ini, maka semakin

besar pula kalor yang dibutuhkan, hal ini berarti akan semakin besar energi yang

diperlukan. Lain halnya apabila luas penampang yang digunakan kecil, maka laju

perpindahan panas lebih cepat.

Bubble tower dapat didefinisikan sebagai suatu alat atau peralatan yang dapat

menampung gas atau cairan atau fluida hasil absorpsi gas dalam liquid yang berbentuk

bubble atau gelembung-gelembung. Sebuah reaktor kolom gelembung adalah alat yang

digunakan untuk reaksi gas-cair yang pertama kali diterapkan oleh Helmut Gerstenberg. Ini

terdiri dari kolom silinder yang diatur vertikal. Pemasukkan gas terjadi di bagian bawah

kolom dan menyebabkan aliran turbulen untuk memungkinkan pertukaran gas yang optimal

Bubble column dibangun dalam berbagai bentuk konstruksi. Pencampuran

dilakukan oleh Sparging gas dan membutuhkan energi yang lebih kecil daripada pengadukan

mekanis. Cairan tersebut bisa dalam aliran paralel atau counter-current. Reaktor kolom

gelembung yang ditandai dengan kandungan cairan yang tinggi dan permukaan fase moderat

batas. Kolom gelembung ini sangat berguna dalam reaksi dimana reaksi gas-cair lambat

dalam kaitannya dengan tingkat penyerapan. Ini adalah kasus untuk gas-cair reaksi dengan

bilangan Hatta Ha <0,3.

Reaktor kolom gelembung digunakan dalam berbagai jenis reaksi kimia seperti

oksidasi basah, atau sebagai bioreaktor alga. Karena komputerisasi desain kolom gelembung

terbatas pada proses parsial, pengalaman dalam pemilihan jenis kolom tertentu masih

berperan penting.

Bubble tower terdiri atas bubble column yang merupakan tempat kontraktor dimana

gas didispersikan ke dalam fase cairan atau liquid. Sehingga bubble tower merupakan suatu

alat yang mengambil bagian penting dalam proses absorpsi gas dalam liquid yang dilakukan.

Secara umum proses absorpsi dilakukan menggunakan kontaktor gas-cair.

Perpindahan massa kontaktor gas-cair diperoleh dengan kontak langsung dan dispersi

satu fasa ke fasa yang lainnya. Kontaktor yang digunakan dalam industri diklasifikasikan ke

dalam tiga kategori tergantung pada fasa terdispersinya, yaitu seperti disebutkan berikut ini :

1. Kontaktor dimana cairan mengalir sebagai film tipis (contoh: packed column, disc

contactors, dll).

2. Kontaktor dimana gas didispersikan ke dalam fasa cairan (contoh: plate column, bubble

column, mechanically agitated contactors, dll).

3. Kontaktor dimana cairan didispersikan ke dalam fasa gas (contoh: spray column, venturi

scrubbers, dll).

Sebuah reaktor kolom gelembung yang terdiri dari :

1) Setidaknya satu perangkat penyebaran untuk menyebarkan setidaknya oksigen ke dalam

fasa cair, disebutkan perangkat penyebaran memiliki dinding berpori, dan port ulir luar,

luas permukaan menyebabkan penyebaran perangkat menjadi 1,6 kali lebih besar dari

luas penampang dari bubble column dan mengatakan perangkat penyebaran yang secara

vertikal dipasang di kolom gelembung, mengatakan dinding berpori memiliki pori-pori

yang terbentuk di dalamnya untuk memberikan perangkat pendispersi oksigen yang

permeable. kolom gelembung memiliki Rasio tinggi terhadap diameter lebih besar dari

10;

2) piring mounting untuk memungkinkan penyebaran mengatakan perangkat yang akan

dipasang secara vertikal atasnya, mounting plate memiliki port inlet gas yang terhubung

ke port yang berulir luar dari perangkat penyebaran, dan

3) A head plate 8 digunakan untuk menutupi kolom gelembung 4 dan memiliki port 9 untuk

pengambilan sampel, gas buang dan sensor. Reaktor kolom gelembung menurut

penemuan ini memberikan keuntungan karena dapat menghasilkan gelembung ukuran

kecil, sehingga meningkatkan waktu tinggal fasa gas bahkan di bawah kecepatan gas

yang relatif tinggi dan juga viskositas yang relatif tinggi reaktan cair, dengan demikian

meningkatkan kinerja perpindahan massa reaktor.

Namun, reaktor gelembung konvensional kolom memiliki kelemahan, bahwa kinerja

reaktor menurun tajam dengan kecepatan gas meningkat karena pembentukan gelembung gas

yang besar. Selain itu, ketika viskositas fase cair dalam reaktor relatif tinggi, peningkatan

ukuran gelembung menyebabkan penurunan yang signifikan di daerah permukaan antara fasa

gas dan fasa cair, sehingga menghasilkan tingkat transfer massa menurun. Oleh karena itu,

telah diperlukan untuk mengembangkan suatu kolom gelembung peningkatan kinerja di mana

kerugian atas dapat diatasi.

Kolom gelembung yang banyak digunakan dalam industri proses kimia dan

bioteknologi. Alasan penting untuk penggunaan yang luas ini adalah konstruksi sederhana,

tanpa bagian yang bergerak, dan efisiensi energi yang tinggi untuk transfer massa. Hal ini

tidak mengherankan jika banyak penelitian mengenai hal ini telah diterbitkan, namun

pemilihan bahan untuk penggunaan yang praktis masih agak sulit. Untuk mengatasi masalah

ini, dalam tinjauan ini, upaya yang dilakukan untuk mengekstrak formula dan pedoman

sesederhana mungkin berdasarkan bahan yang tersedia saat ini.

Setelah fenomena ini dipahami, transfer pencampuran dan panas dan massa yang jauh

lebih mudah untuk menangani. Pembentukan gelembung sebagian besar tergantung pada

jenis sparger, yang dapat dibagi menjadi tiga kelompok: lubang tunggal, cakram berpori dan

dua fase injectors. Diameter gelembung asli bersama dengan kecepatan superfisial dan sifat

cair menentukan diameter gelembung, perampokan dan pola sirkulasi di kolom gelembung.

Gas perampokan, gelembung diameter kontrol KLA dan pola sirkulasi menentukan

perpindahan pencampuran dan panas. Hubungan sederhana berasal untuk sistem model.

Dengan menggunakan pendekatan mekanistik, pedoman diberikan untuk cairan yang lebih

kompleks. Kolom gelembung yang intensif digunakan sebagai kontaktor multifase dan

reaktor kimia, biokimia dan industri petrokimia. Mereka menyediakan beberapa keuntungan

selama operasi dan pemeliharaan seperti panas tinggi dan laju perpindahan massa, dan biaya

operasi dan pemeliharaan yang rendah. Reaktor kolom gelembung tiga fasa secara luas

digunakan dalam reaksi keteknikan, yaitu dengan adanya katalis dan dalam aplikasi biokimia

di mana mikroorganisme yang digunakan sebagai suspensi padat dalam rangka untuk

memproduksi Bioproducts industri. Investigasi parameter desain mencirikan operasi dan

fenomena perpindahan dari kolom gelembung telah menyebabkan pemahaman yang lebih

baik dari sifat hidrodinamika, panas dan mekanisme perpindahan massa dan karakteristik

rezim aliran yang sedang berlangsung selama operasi.

d. Rektifikasi

Rektifikasi adalah memisahkan suatu komponen yang mudah menguap dari suatu campuran dengan cara penguapan dan kondensasi berulang-ulang dengan perpindahan massa tetap panas melalui refluks yang terkendali dan di kondensasi dan kondensat ditampung.

Pada rektifikasi uap naik sedapat mungkin  dikontakkan dengan  baik dengan cairan mengalir kembali (refluk) dalam arah yang berlawanan. Pada saat kontak terjadi perpindahan massa dana panas. Komponen yang mudah menguap  yang terdapat dalam uap akan mengembun dalam cairan yang mengalir balik selanjutnya bersama cairan menuju kebawah.

Komponen mudah menguap yang terdapat dalam cairan akan menguap dan selanjutnya bersama uap naik keatas. Dengan cara ini konsentrasi komponen mudah menguap dan yang terdapat didalam uap akan meningkatkan dari bawah ke atas dan konsentrasi komponen sukar menguap yang terdapat dalam cairan yang mengalir kebawah akan meningkatkan dari atas kebawah. Akibatnya akan diperoleh pemisahan lebih banyak dari pada destilasi sederhana.

Dengan rektifikasi campuran cairan dapat dipisahkan menjadi komponen-komponen yang praktis murni. Dengan cara ini dibutuhkan peralatan yang kompleks. Dan memerlukan panas yang lebih banyak (karena cairan yang di uapkan di alirkan kembali sebagian kedalam alat penguap dalam bentuk refluks sehingga cairan harus diuapkan berulang kali/recycle).

Rektifikasi Normal :1.       Penguapan komponen-komponen cairan yang lebih mudah menguap didalam alat

penguap2.       Perpindahan massa dan panas dalam kolom rektifikasi3.       Kondensasi uap yang keluar dari ujung atas kolom di dalam kondensor4.       Membagi aliran kondensasat menjadi  cairan yang mengalir kembali ke kolom dan

destilat yang akan di ambil.5.       Pendinginan lanjut dalam sebuah alat pendingin dari destilat yang akan di ambil

6.       Penampung destilat dalam sebuah bejana7.       Pengeluaran residu8.       Pendingin lanjut dari residu yang di keluarkan9.       Penampung residu dalam bejana

Perbedaan :Destilasi : kondensasinya terjadi 1x dan pemisahan komponen yang lebih mudah menguap.Rektifikasi : kondensasinya berulang-ulang dan pemisahan komponen yang lebih mudah dan sulit menguap.Persamaan Destilasi dan Rektifikasi :Pemisahan komponen berupa cairan, pemisahan dengan cara penguapan dan destilatnya berupa cairan.

Kerugian Rektifikasi :1, Rektifikasi waktu yang dibutuhkan lama2, peralatannya yang dibutuhkan lebih kompleks3, pemanasan lebih besar sehingga biaya yang diperlukan lebih banyak4, selalu butuh banyak pemanasan pada tiap tahapnya               

Untuk memulai proses rektifikasi kolom di isi dengan cairan campuran yang akan dipisahkan dididihkan dalam alat penguap. Uap yang timbul di embunkan secara sempurna dalam kondensor dan semua kondesat yang terbentuk di kembalikan ke dalam kolom. Setelah menjadi kesetimbangan antara refluks, uap yang naik dan muatan cairan(hole up pada setiuap cairan di antara benda pengisi/didalam benda jajal/packing). Setelah itu barulah cairan yang diperoleh (produk atas) dalam kondensoer mencapai kemurnian yang optimal, dan pengambilan destilat sudah dapat di mulai, pengambilan destilasi dilakukan sebelum kesetimbangan diperoleh, yaitu segera setelah dilakukan sebelum kesetimbangan diperoleh, yaitu segera setelah derajat kemurnian yang diharapkan tercapai (ditentukan dengan analisis/pengukur temperatur dalam kolom).                Perbandingan antara kuantitas kondensat yang di kembalikan kekolom (kuantitas refluks) persatuan waktu disebut perbandingan refluk dan merupakan besaran penting dalam rektifikasi. Untuk memperoleh pemisahan yang baik maka di tetapkan perbandingan minimum.

Pada perbandingan refluks yang relatif kecil, yaitu banyak sedikit lebih besar dari pada perbandingan refluks minimum, biaya pemanasan relatif murah. Namun kolom-kolomnya memerlukan lebih banyak perlengkapan dan menjadi lebih mahal.Dengan perbndingan refluks yang relatif besar, biaya pemasaran jadi lebih tinggi tetapi biaya instalasinya lebih murah, semakin kecil perbandingan refluks, semakin besar jumlah tahap pemisahan teoretis yang diperlukan.jumlah tahap teoretis ini disebut juga jumlah pelat teoretis.                Pelat teoretis yang di maksud disini bekuanlah pelat yang sesungguhnya melainkan bagian rektifikasi . bagian ini terjadi suatu kesetimbangan yang sempurna (dalam hubungannya dengan perpindahan massa dan panas) antara uap yang naik dan cairan yang mengalir dibalik kebawah. Yang dimaksud dengan pelat praktis adalah pelat kolom yang sesungguhnya/tinggi unggul jejak yang sesuai.                Derajat pemisahan pada pelat praktis selalu lebih kecil dari pada pelat teoretis. Ukuran derajat pemisahan dapat berupa perbandingan pengayaan (enrichement retio) yaitu perbandingan antara derajat pemisahan yang sesungguhnya dicapai dan yang di mungkinkan secara teoretis dari suatu pelat (biasanya antara 0,7 dan 0,9).

 

Jenis-jenis rektifikasi berdasarkan pada :1.       Kuantitas2.       Komposisi’3.       Jenis campuran yang akan di pisahkan4.       Persyartan yang berhubungan dengan kemurnian produk.

Macam-macam proses rektifikasi berdasarkan prosesnya :1.       Rektifikasi kontinu dan tak kontinu2.       Rektifikasi normal dan macam3.       Rektifikasi dengan bahan penolong (rektifikasi aerotrop, rektifikasi ektraktif)

Pada rektifikasi tersebut dilaksanakan pada dua proses yang berbeda :1. Perbandingan refluks dipertahankan

konstan.Hal ini memang hanya memerlukan kerja pengoperasian atau pengendalian yang lebih sedikit namun komposisi didalam labu dan kolom berubah. Dengan demikian komposisi produk atas juga teru berubah, sehingga destilat sering harus ditampung dalam fraksi yang berbeda-beda.

2. Komposisi destilat dipertahankan konstanTetapi karena fraksi zat yang lebih mudah menguap didalam labu dan kolom menurun terus, komposisi destilat yang konstan hanya mungkin dicapai bila perbandingan refluks dinaikan terus. Jika perbandingan refluks tidak lagi ekonomis dan konsentrasi terlalu tinggi sehingga merugikan rektifikasi harus dihentikan. Kemudian residu harus dikeluarkan langsung dari alat penguap labu.

Fraksinasi adalah suatu proses pemisahan senyawa – senyawa berdasarkan tingkat kepolaran. Jumlah dan senyawa yang dapat dipisahkan menjadi fraksi berbeda – beda tergantung pada jenis tumbuhan. Pada prakteknya dalam melakukan fraksinasi digunakan dua metode yaitu dengan menggunakan corong pisah dan kromatografi kolom.

Corong pemisah atau corong pisah adalah peralatan laboratorium yang digunakan dalam ekstraksi cair-cair untuk memisahkan komponen-komponen dalam suatu campuran antara dua fase pelarut dengan densitas berbeda yang takcampur.

Destilasi bertingkat atau fraksinasi adalah proses pemisahan destilasi ke dalam bagian-bagian dengan titik didih makin lama makin tinggi yang selanjutnya pemisahan bagian-bagian ini dimaksudkan untuk destilasi ulang. Destilasi bertingkat merupakan proses pemurnian zat/senyawa cair dimana zat pencampurnya berupa senyawa cair yang titik didihnya rendah dan tidak berbeda jauh dengan titik didih senyawa yang akan dimurnikan. Dengan perkataan lain, destilasi ini bertujuan untuk memisahkan senyawa-senyawa dari suatu campuran yang komponen-komponennya memiliki perbedaan titik didih relatif kecil.

Destilasi ini digunakan untuk memisahkan campuran aseton-metanol, karbon tetra klorida-toluen, dll. Pada proses destilasi bertingkat digunakan kolom fraksinasi yang dipasang pada labu destilasi. Tujuan dari penggunaan kolom ini adalah untuk memisahkan uap campuran senyawa cair yang titik didihnya hampir sama/tidak begitu berbeda.

Sebab dengan adanya penghalang dalam kolom fraksinasi menyebabkan uap yang titik didihnya sama akan sama-sama menguap atau senyawa yang titik didihnya rendah akan naik terus hingga akhirnya mengembun dan turun sebagai destilat, sedangkan senyawa yang titik didihnya lebih tinggi, jika belum mencapai harga titik didihnya maka senyawa tersebut akan menetes kembali ke dalam labu destilasi, yang akhirnya jika pemanasan dilanjutkan terus akan mencapai harga titik didihnya. Senyawa tersebut akan menguap, mengembun dan turun/menetes sebagai destilat.

Macam – macam proses fraksinasi:

a)      Proses Fraksinasi Kering (Winterization)

Fraksinasi kering adalah suatu proses fraksinasi yang didasarkan pada berat molekul dan komposisi dari suatu material. Proses ini lebih murah dibandingkan dengan proses yang lain, namun hasil kemurnian fraksinasinya rendah.

b)     Proses Fraksinasi Basah (Wet Fractination)

Fraksinasi basah adalah suatu proses fraksinasi dengan menggunakan zat pembasah (Wetting Agent) atau disebut juga proses Hydrophilization atau detergent proses. Hasil fraksi dari proses ini sama dengan proses fraksinasi kering.

c)      Proses Fraksinasi dengan menggunakan Solvent (pelarut)/ Solvent Fractionation

Ini adalah suatu proses fraksinasi dengan menggunakan pelarut. Dimana pelarut yang digunakan adalah aseton. Proses fraksinasi ini lebih mahal dibandingkan dengan proses fraksinasi lainnya karena menggunakan bahan pelarut.

d)     Proses Fraksinasi dengan Pengembunan (Fractional Condentation)

Proses fraksinasi ini merupakan suatu proses fraksinasi yang didasarkan pada titik didih dari suatu zat / bahan sehingga dihasilkan suatu produk dengan kemurnian yang tinggi. Fraksinasi pengembunan ini membutuhkan biaya yang cukup tinggi namun proses produksi lebih cepat dan kemurniannya lebih tinggi.

4. Teknologi terbaru dari peralatan bubble coloum

a. Absorbsi CO2 menggunakan kolom gelembung berpancaran jet ( jet bubble column).

Fenomena kecepatan pancaran jatuh cukup sering terjadi di alam. Sebagai contoh adalah air terjun. Tenaga dorong dari jatuhnya air secara vertikal menuju permukaan air akan

membawa gelembung udara kecil ke dalam medium reaktor. Momentum (tumbukan) aliran cairan dapat membawa gelembung berikutnya secara lengkap ke dasar vessel. Aliran air yang jatuh menuju satu level permukaan cairan tersebut akan menarik udara sekelilingnya sepanjang aliran. Ini akan memancing permukaan cairan untuk membentuk terompet. Jika kecepatan aliran cukup tinggi, gelembung–gelembung udara akan tertarik ke bawah, yaitu mengikuti gerakan cairan dan kemudian akan naik kepermukaan cairan tersebut. Hal ini terjadi dikarenakan dua alasan :

Udara yang terperangkap antara batas aliran jatuh dan profil permukaan berbentuk terompet adalah yang terbawa di bawah permukaan.

Turbulensi permukaan dari aliran jatuh akan bercampur dengan udara dalam pusaran eddy (eddy current) dan terbawah jauh di bawah permukaan. Perbedaan banyaknya udara yang terbawa pada setiap aliran dapat dilihat jika mereka

dibiarkan jatuh pada permukaan air yang tenang. Aliran yang pelan tidak akan membentuk sejumlah gelembung-gelembung yang signifikan, tetapi aliran yang lebih cepat akan membentuk gelembung-gelembung yang dapat menimbulkan awan gelembung. Pada fenomena tersebut akan terjadinya suatu proses perpindahan massa, dimana akan terjadi perpindahan massa gas kedalam fasa cair. Dalam perpindahan massa dikenal dua cara perpindahan, yaitu konveksi dan difusi. Massa berpindah secara konveksi karena terbawa aliran dan aliran disebabkan oleh gaya dari luar sistem. Dalam difusi molekul-molekul bergerak satu terhadap yang lain karena adanya gaya penggerak didalam sistem, yaitu perbedaan konsentrasi. Molekul-molekul gas bergerak ke satu arah di antara molekul-molekul cairan, sedangkan molekul-molekul cairan mungkin diam atau bergerak dengan arah yang berlawanan.

Keuntungan kolom gelembung pancaran diantaranya adalah sederhana dalam perancangan, mudah dalam pengoperasian dan pemeliharaannya, volume reaktor yang dibutuhkan kecil, ukuran diameter gelembung yang terdispersi kedalam cairan kecil, luas area spesik antar fasa besar, serta dapat memperoleh koefisien perpindahan massa yang sangat besar apabila dibandingkan dengan jenis kolom gelembung konvensional lainnya. Selain itu pencampuran yang terjadi antar fasa gas-cair diperoleh sendiri dari gerakan tumbukan cairan yang menumbuk cairan stagnan yang terdapat didalam kolom, tumbukan tersebut akan membentuk lubang seperti terompet serta gas akan terhisap dan akan terperangkap diantara celah lubang tersebut.

Tumbukan tersebut dapat membentuk pusaran eddy, sehingga demikian tidak diperlukan lagi alat pengaduk. Kemampuan pusaran eddy ini tergantung pula pada diameter kolom downcomer yang akan didisain.

Dalam pemakaian kolom gelembung pancaran, diperlukan pemahaman yang baik mengenai peristiwa perpindahan massa yang terkait dengan masalah mixing (pengadukan) dan hidrodinamika. Dalam membahas perpindahan massa di dalam kolom gelembung yang melibatkan suatu reaksi kimia, masalah yang menarik untuk diteliti adalah menentukan konstanta/tetapan laju reaksi yaitu suatu besaran yang diperoleh atau bergantung dari ordo suatu reaksi kimia dan dapat menentukan reaksi tersebut cepat atau lambat. Perpindahan massa dari fasa gas ke fasa cair akibat adanya gradien konsentrasi pada film cairan, dipengaruhi oleh sifat fisis bahan, pola alir dan resim pola aliran. Atas dasar phenomena itu,

maka koefisien perpindahan massa merupakan fungsi multiple variable. Penelitian perpindahan massa selalu dimaksudkan untuk memperoleh model matematik yang menyatakan hubungan fungsional antara koefisien perpindahan massa fasa cair dengan variable-variabel perancangan yang dipandang relevan yaitu diameter kolom, laju sirkulasi cairan dan gas, diameter nozzle dan jarak nozzle dengan permukaan air.

Dalam proses perpindahan massa gas kedalam fasa cair yang melibatkan suatu reaksi di dalam suatu kolom gelembung pancaran, salah satu hal yang penting untuk diketahui adalah laju reaksi kimia untuk proses tersebut, yaitu besaran yang menyatakan jumlah mol reaktan persatuan volume yang bereaksi dalam satuan waktu tertentu. Harga konstanta laju reaksi (k) didalam suatu kolom gelembung pancaran dapat ditentukan melalui percobaan profil perubahan konsentrasi larutan NaOH dalam kolom gelembung persatuan waktu tertentu. Selain itu juga untuk pemahaman hidrodinamikanya kita akan menghitung holdup fasa gas,. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah melihat pengaruh laju alir volumetrik cairan (QL) terhadap laju alir volumetrik gas yang terhisap (QG) pada panjang pipa downcomer tercelup (Z) yang konstan,,menghitung holdup fasa gas, serta kinetika reaksi absorpsi gas CO2.

Dalam studi hidrodinamika kolom absorpsi diperoleh gambaran bahwa ternyata semakin besar kecepatan pancaran cairan jet dan ukuran diameter nozzle akan menghasilkan gas entrainmet yang diperoleh semakin besar dan cenderung berkorelasi linear terhadap laju kecepatan pancaran cairan jet. Begitu juga untuk gas hold up yang dihasilkan cenderung berkorelasi linear terhadap kecepatan cairan jet.

Fenomena dasar :

a. Axial absorbsi oksigen dalam air pada kolom gelembung bersekat vertikal

Kolom bubble (gelembung) banyak digunakan dalam industri kimia, antara lain sebagai absorber, fermentor dan reaktor dimana terjadi reaksi antara gas dan liquida yang dalam proses tersebut sangat memerlukan daerah kontak yang besar antara kedua phase tersebut. Kolom bubble adalah peralatan yang sederhana dan tidak mahal. Kolom bubble merupakan alat kontak dimana gas yang masuk berupa bubble bergerak secara relatif terhadap phase liquida kontinyu. Gas masuk melalui sparger pada dasar kolom, begitu gas masuk kedalam kolom maka liquida akan mengembang. Dalam kolom, gas terdispersi ke dalam phase liquida dalam bentuk gelembung-gelembung kecil yang berakibat luas kontaknya menjadi besar. Perpindahan massa terjadi selama pembentukan gelembung dan juga selama gelembung naik ke permukaan. Dalam paper ini akan dibuat suatu model yang dikembangkan untuk memprediksi profil konsentrasi oxygen yang melarut secara axial dalam kolom vertikal. Profil yang terbentuk dipengaruhi oleh beberapa faktor, misalnya oleh koeffisien perpindahan massa gas-liquida secara over-all, oleh koeffisien dispersi axial dan radial phase-liquida, dan perbedaan geometric, hydrodynamic dan sifat-sifat operasional kolom gelembung tersebut. Model yang dikembangkan ini akan memungkinkan untuk membuat prediksi oxygen terlarut dalam berbagai arah axial dalam kolom gelembung.

Beberapa peneliti yang telah melakukan penelitian ini antara lain Blazej at al (2003), yang menggunakan persamaan continuity dan persamaan momentum untuk campuran dalam kolom bergelembung yang membandingkan antara hasil simulasi dengan experimen untuk menentukan gas holdup. Cook at al (2001), telah meneliti secara simulasi numerik dan membandingkannya dengan hasil dari experimen yang menggambarkan gerakan gelembung terhadap aliran gas yang naik secara bertahap. Krishna at al (2003), meneliti kolom bergelembung baik secara flow regime homogen ataupun heterogen menggunakan model

computational fluid dynamic (CFD) untuk menggambarkan hydrodinamika dan perpindahan massa dari kolom bergelembung tersebut. Romanainen at al (1994), menggunakan penyelesaian secara numerik berdasar pada diskretisasi beda-hingga dan orthogonal collocation pada model reaktor kolom gelembung steady-state; ternyata dasar collocation memberikan hasil yang lebih teliti.

Tujuan ini adalah untuk mengembangkan suatu model guna memprediksi distribusi profile secara axial dari oksigen yang melarut dalam kolom gelembung bersekat. Model ini dipakai menghitung konsentrasi oksigen dengan membandingkannya dengan data yang di dapat dari experiment, yang dilakukan pada kolom bersekat tinggi 200 cm dan diameter 3,2 cm. Profile yang di dapat ternyata dipengaruhi oleh beberapa hal antara lain, koeffisien perpindahan massa gas-liquid, koeffisien dispersi axial phase liquida, laju gas dan laju air. Model ini ternyata dapat membuat distribusi konsentrasi oksigen secara axial yang mendekati hasil experiment.

Dari hasil simulasi ternyata bubble kolom dengan memakai sekat memberi hasil absorbsi oksigen yang lebih tinggi dari pada tanpa sekat. Sedangkan sudut sekat 135o transfer masssa oksigen ke dalam air lebih baik dari pada sudut kemiringan 45o. Pada kemiringan sudut 135o maka gelembung-gelembung akan terpecah menjadi gelembung yang lebih kecil diameternya, sehingga luas permukaanya menjadi lebih besar dan berakibat perpindahan massanya lebih baik. Dengan memakai cara simulasi ternyata hasil yang diperoleh ternyata mendekati hasil experimen, dan kelebihan yang lain adalah dapat diketahui profil konsentrasi oksigen pada seluruh kolom.

b. Gasifikasi batubara, penerapan teknologi bersih setelah prosespembakaran

Penerapan teknologi ini dikenal dengan “Burn it “dirty” then clean it up “. Emisi dikurangi dengan menggunakan teknologi :

Denitrifikasi, Desulfurisasi, Electrostratic precipitator (penyaring debu)

Teknologi DenitrifikasiPenerapannya dengan cara memasang peralatan denitrifikasi pada saluran gas buang untuk mengurangi emisi NOx.

Teknologi DedustingTeknologi dedusting digunakan untuk mengurangi partikel yang berupa debu. Menggunakan electrostatic precipitator (ESP), berupa elektroda yang ditempatkan pada aliran gas buang.

Teknologi DesulfurisasiBertujuan mengurangi emisi SO2, menggunakan peralatan desulfurisasi “flue gas desulfurization (FGD)”. Ada dua tipe FGD yaitu :1. FGD basahcampuran air dan gamping disemprotkan dalam gas buang. 2. FGD kering campuran air dan batu kapur atau gamping yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar.

Teknologi CO2 RemovalDilakukan pemisahan gas CO2 dari gas buang. Pemisahan ini mengggunakan bahan kimia amino dan memerlukan energi sebesar seperempat dari energi listrik yang dihasilkan.

Teknologi GasifikasiProses gasifikasi batubara adalah proses perubahan batubara padat menjadi gas yang

lebih mudah terbakar dengan klasifikasi berdasarkan nilai panas (heating value), yaitu Low-btu (180-350 Btu/scf), Medium-btu (250-500 Btu/scf), High-btu (950-1000 Btu/scf). Proses gasifikasi batubara ada dua jenis yaitu UCG (Underground Coal Gasification) dan IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle).

UCG UCG adalah proses gasifikasi batubara secara insitu. Batubara dikonversi ke bentuk

gas dibawah tanah dengan cara menginjeksikan suatu oksidan (uap dan oksigen) yang bertekanan tinggi ke dalam lapisan batubara pada suatu pipa yang disebut dengan pipa injeksi, lalu dilapisan batubara oksidan tersebut direaksikan dengan batubara baik secara homogen (gas-gas) maupun heterogen (gas-padat). Reaksi pembakaran dijaga suhu dan konsentrasi oksigennya agar reaksi pembakaran hanya mencapai proses pirolisa (pembaraan) atau istilah lainnya adalah pembakaran tidak sempurna. Lalu gas hasil reaksi digiring keluar melalui pipa produksi. Hasil keluarannya adalah H2 dan CO

31

IGCC

IGCC merupakan teknologi batubara bersih yang sekarang dalam tahap pengembangan. Berbeda dengan UCG yang prosesnya secara insitu, pada IGCC batubara di bawah tanah dieksplorasi terlebih dahulu, lalu proses kimianya berlangsung di dalam reactor gasifikasi (gasifier). Mula-mula batubara yang sudah diproses secara fisis diumpankan ke dalam reactor dan akan mengalami proses pemanasan sampai temperature reaksi serta mengalami proses pirolisa. Kecuali bahan pengotor, batubara bersama-sama dengan oksigen dikonversikan menjadi hydrogen, karbon monoksida dan methane.

Prinsip kerja dari IGCC ditunjukkan pada gambar di bawah. IGCC merupakan perpaduan teknologi gasifikasi batubara dan proses pembangkitan uap.

Kelebihan-kelebihan IGCC

Teknologi IGCC ini mempunyai kelebihan yaitu dalam hal bahan bakar :

1. Tidak ada pembatas untuk tipe, ukuran dan kandungan abu dari batubara yang digunakan. Dalam hal lingkungan : emisi SO2, NOX, CO2 serta debu dapat dikurangi tanpa penambahan peralatan tambahan seperti de-SOX dan de-NOX dan juga limbah cair serta luas tanah yang dibutuhkan juga berkurang.

2. Disamping itu pembangkit listrik IGCC mempunyai produk sampingan yang merupakan komoditi yang mempunyai nilai jual seperti : sulfur, asam sulfat dan gypsum.

3. Efisiensi pembangkit listrik ICGG berkisar antara 38 - 45 % yang lebih tinggi 5 - 10 % dibandingkan PLTU batubara konvensional. Hal ini dimungkinkan dengan adanya proses gasifikasi sehingga energi yang terkandung dalam batubara dapat digunakan secara efektif dan digunakannya HRSG untuk membentuk suatu daur kombinasi antara turbin gas dan turbin uap.

c. Biodiesel Non Katalitik

Produksi biodiesel secara non-katalitik memiliki keuntungan yaitu tidak memerlukan proses pemurnian sebelum dan sesudah reaksi, tidak memerlukan katalis sehingga biaya yang akan dikeluar untuk proses produksi dapat dikurangi. Pembuatan biodiesel dalam kondisi superkritis dilakukan pada suhu dan tekanan tinggi.  Penggunaan reaktor bertekanan tinggi selain membutuhkan biaya dan produksi yang tinggi juga beresiko membahayakan keamanan dan keselamatan karena lebih mudah meledak, untuk mengurangi resiko kecelakaan dan biaya yang dikeluarkan untuk proses produksi dibutuhkan alternatif lain dalam pembuatan biodiesel, salah satunya dengan penggunaan bubble culomn reactoratau reaktor kolom gelembung.  Dengan metode Superheated Methanol Vapor (SMV)-Bubble Column, reaktor kolom gelembung berfungsi sebagai tempat terjadinya reaksi antara minyak dengan metanol dalam bentuk uap super terpanaskan. Diagram alir proses pembuatan biodisesel secara non-katalitik dapat dilihat pada Gambar.

Permasalahan utama pada non-katalitik metode Superheated Methanol Vapor (SMV)-Bubble Column adalah laju reaksi produksi biodiesel masih rendah.  Untuk meningkatkan laju reaksi yang terjadi maka diperlukan permukaan kontak yang luas antara minyak dengan metanol dengan cara pemasangan obstacle pada reaktor kolom gelembung. Obstacle berfungsi untuk memecah gelembung metanol agar menjadi lebih kecil pada kolom gelembung.  Dengan merancang atau memodifikasi obstacle maka diharapkan meningkatkan luas permukaan kontak antara minyak dan metanol akan semakin luas.  Wulandani (2010) mendapatkan peningkatan laju reaksi pembentukan biodiesel 2.8 kali lebih besar dibandingkan dengan laju reaksi tanpa menggunakan obstacle.