1

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.

Absorpsi dikelompokan menjadi:

1) Proses absorpsi yang berlangsung secara fisika terdiri dari absorpsi dan dekripsi.

2) Proses absorpsi yang berlangsung secara kimia, proses ini biasanya disertai oleh

reaksi kimia.

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 kecenderungan massa untuk

2

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)?

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:

3

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

2) Mengetahui cara menghitung kadar DO dalam air.

3) Mengetahui cara menghitung koefisien perpindahan massa dalam liquid (kL).

4) Mengetahui aplikasi dari Wetted Wall Absorption Colomn.

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.

4

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 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 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.

Secara umum absorpsi dikelompokkan menjadi 2 (dua), yaitu:

2.1.1. Absorpsi Fisika

5

Absorpsi fisika disebabkan oleh gaya Van der Wall yang ada di permukaan

absorbent. Panas absorpsinya rendah dan lapisan yang terbentuk pada permukaan

absorbent lebih dari 1 (satu) lapis.

2.1.2. Absorpsi Kimia

Absorpsi kimia terjadi karena reaksi antara zat yang diserap dengan aborbent.

Panas absorpsinya tinggi dan lapisan yang terbentuk pada permukaan absorbent

hanya 1 (satu) lapisan.

Absorbsi dengan reaksi kimia pada dasarnya jauh lebih menguntungkan untuk

pemisahan. Meskipun demikian, absorbsi fisis menjadi penting jika pemisahan

dengan reaksi kimia tidak dapat dilakukan. Di dalam mengevaluasi absorber atau

stripper, sesorang harus mengetahui dan menentukan:

1) kondisi bahan yang akan dipisahkan (umpan), yaitu kecepatan arus fluida

umpan, komposisi dan tekanan

2) banyak solut yang harus dipisahkan

3) jenis solven yang akan digunakan

4) suhu dan tekanan alat

5) kecepatan arus solven

6) diameter absorber

7) jenis absorber

8) jumlah stage ideal dan tinggi menara

Absorber dan stripper sering digunakan bersamaan. Absorber digunakan

untuk memisahkan solut dari arus gas. Stripper digunakan untuk memisahkan solut

dari cairan sehingga diperoleh gas dengan kandungan solut lebih pekat.

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.

6

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.

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

2.3. Struktur dalam absorber

Struktur dalam absorber adalah sebagai berikut:

1. Bagian atas: Spray untuk megubah gas input menjadi fase cair.

2. Bagian tengah: Packed tower untuk memperluas permukaan sentuh sehingga

mudah untuk diabsorbsi.

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

7

2.4. Teori Dasar Peristiwa Absorpsi

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

2.4.1. 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.

8

Jika cairan mempunyai komposisi tetap, konsentrasi pada bagian film akan

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.

2.4.2. 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.

2.4.3. Teori Danckwerts (Danckwerts Theory)

9

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.

2.5.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. 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

10

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.

2.5.1. Sistem Dua Komponen

Bila sejumlah gas tunggal dikontakkan dengan liquid yang tidak mudah

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

2.5.2. Sistem Multikomponen

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

10

11

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.

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

12

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 ke bawah

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.

2.6. 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. 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.

2.6.1. 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.

13

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.

2.6.2. 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.

2.6.3. Packed Column

Keuntungan dari penggunaan packed column:

1) Pressure drop aliran gas rendah.

2) Lebih ekonomis dalam operasi cairan korosif karena ditahan untuk packing

keramik.

3) Biaya kolom dapat lebih murah dari phase column pada ukuran diameter yang

sama.

4) Cairan hold up kecil.

2.6.4. 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.

2.6.5. Wetted-Wall Coloumn

14

Dalam 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.

2.7. 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)

keterangan:

JA,Z = molar flux pada Z

= perubahan konsentrasi

DAB = difusitas massa atau koefisien difusitas komponen A yang terdifusi melalui

komponen B.

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:

15

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

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:

16

(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.

Maka ntuk menghitung koefisien perpindahan massa untuk fase gas, gunakan

perbedaan gas-gas dan liquid menghasilkan variasi. Hal tersebut membuat Sherwood dan

Gilland menetapkan nilai-nilai untuk Re dari 2.000 sampai 35.000, Sc dari 0,6 sampai

2,5 dan tekanan gas 0,1 sampai 3 atm.

(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

17

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

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.

2.8. Persamaan Dasar Wetted Wall Absorption Column

2.8.1. Koefisien Perpindahan Massa Untuk Aliran Gas

Koefisien perpindahan massa untuk aliran gas dapat ditunjukkan oleh

persamaan:

18

= 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.

2.8.2 Koefisien Perpindahan Massa Untuk Lapisan Film (Persamaan Vivian dan

Peaceman).

=

(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.

19

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 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.

2.9. Aliran pada saluran tertutup (pipa)

Pipa adalah saluran tertutup yang biasanya berpenampang lingkaran yang

digunakan untuk mengalirkan fluida dengan tampang aliran penuh (Triatmojo, 1996: 25).

Fluida yang di alirkan melalui pipa bisa berupa zat cair atau gas dan tekanan bisa

lebih besar atau lebih kecil dari tekanan atmosfer. Apabila zat cair di dalam pipa tidak

penuh maka aliran termasuk dalam aliran saluran terbuka atau karena tekanan di dalam

pipa sama dengan tekanan atmosfer (zat cair di dalam pipa tidak penuh), aliran temasuk

dalam pengaliran terbuka. Karena mempunyai permukaan bebas, maka fluida yang

dialirkan dalah zat cair. Tekanan dipermukaan zat cair disepanjang saluran terbuka

adalah tekanan atmosfer.

Perbedaan mendasar antara aliran pada saluran terbuka dan aliran pada pipa

adalah adanya permukaan yang bebas yang (hampir selalu) berupa udara pada saluran

20

20

terbuka. Jadi seandainya pada pipa alirannya tidak penuh sehingga masih ada rongga

yang berisi udara maka sifat dan karakteristik alirannya sama dengan aliran pada saluran

terbuka (Kodoatie, 2002: 215). Misalnya aliran air pada gorong-gorong. Pada kondisi

saluran yangpenuh air, desainnya harus mengikuti kaidah aliran pada pipa, namun bila

mana aliran air pada gorong- gorong didesain tidak penuh maka sifat alirannya adalah

sama dengan aliran pada saluran terbuka.

Perbedaan yang lainnya adalah saluran terbuka mempunyai kedalaman air (y),

sedangkan pada pipa kedalam air tersebut ditransformasikan berupa (P/y). Oleh karena

itu konsep analisis aliran pada pipa harus dalam kondisi pipa terisi penuh dengan air.

Zat cair riil didefinisikan sebagi zat yang mempunyai kekentalan, berbeda dengan

zat cair ideal yang tidak mempunyai kekentalan. Kekentalan disebabkan karena adanya

sifat kohesi antara partikel zat cair, karena adanya kekentalan zat cair maka terjadi

perbedaan kecepatan partikel dalam medan aliran. Partikel zat cair yang berdampingan

dengan dinding batas akan diam sedang yang terletak pada suatu jarak tertentu dari

dinding akan bergerak. Perubahan kecepatan tersebut merupakan fungsi jarak dari

dinding batas. Aliran zat cair riil disebut juga aliran viskos. Aliran viskos adalah aliran

zat cair yang mempunyai kekentalan.

Viskositas terjadi pada temperature tertentu. Kekentalan adalah sifat zat cair yang

dapat menyebabkan terjadinya tegangan geser pada waktu bergerak. Tegangan geser ini

akan mengubah sebagian energi aliran dalam bentuk energi lain seperti panas, suara, dan

sebagainya. Perubahan bentuk energi tersebut menyebabkan terjadinya kehilangan

energi.

Aliran viskos dibedakan menjadi dua macam. Apabila pengaruh kekentalan

(viskositas) adalah cukup dominan sehingga partikel-partikel zat cair bergerak secara

teratur menurut lintasan lurus maka aliran disebut laminar. Aliran laminar terjadi apabila

kekentalan besar dan kecepatan aliran kecil. Dengan berkurangnya pengaruh kekentalan

atau bertambahnya kecepatan maka aliran akan berubah dari laminar menjadi turbulen.

Pada aliran turbulen partikel-partikel zat cair bergerak secara tidak teratur.

21

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Alat dan Bahan

Alat yang digunakan, yaitu:

1) Kolom Deoksigenator.

2) Pump.

3) Compressor.

4) Sensor probe.

5) Tanki Penampung air.

6) Flowmeter udara.

7) Flowmeter air.

Bahan yang digunakan, yaitu:

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.

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.

22

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

outlet. Dimana kedua alat ini dihubungkan dengan DO meter.

23

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 )

Suryaputra, W. 2010. Wetted Wall Column. (online). http://wijayasuryaputra.

blog.com/2010/12/08/wetted-wall-column/. (Diakses pada 6 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.