ABSORPSI II ABSORPSI CO2 DALAM AIR MENGGUNAKAN PERALATAN ANALISA GAS

ABSORPSI II

ABSORPSI CO₂ DALAM AIR

MENGGUNAKAN PERALATAN ANALISA GAS

        I.            TUJUAN PERCOBAAN

Mengukur absorpsi CO₂ dalam air yang mengalir sepanjang kolom menggunakan peralatan analisa gas yang disediakan.

     II.            ALAT DAN BAHAN YANG DIGUNAKAN

·           Peralatan absorpsi                         1 unit

·           NaOH                                           1 M

·           HCl                                               0,1 M

·           Indikator PP                                  Secukupnya

·           Spatula                                          1 buah

·           Neraca analitik                              1 buah

·           Gelas kimia 250 ml                                   3 buah

·           Labu ukur 250 ml                         1 buah

·           Pipet ukur 25 ml                           1 buah

·           Pipet tetes                                     1 buah

·           Bola karet                                     1 buah

·           Gas CO₂                                        secukupnya

   III.            GAMBAR ALAT : (TERLAMPIR)

  IV.            DASAR TEORI

Absorpsi gas atau penyerapan gas merupakan proses perpindahan massa. Pada absorpsi gas, uap yang diserap dan campurannya dengan gas tidak aktif atau lembab (inert gas) dengan bantuan zat cair dimana gas yang larut atau terlarut (solute gas) dapat larut banyak atau sedikit.

Alat yang digunakan dalam absoprsi gas beberapa menara isian. Piranti ini terdiri dari sebuah kolom berbentuk silinder atau menara yang dilengkapi dengan pemasukan gas dan ruang distribusi pada bagian bawah. Pemasukan zat cair dan distribusinya di atas, sedangkan pengeluaran gas dan zat cair masing-masing di atas dan dibawah, serta suatu proses massa bentuknya zat padat (tak aktif/innert) diatas penyannganya. Bentuk ini disebut isisan menara atau packing tower. Jenis-jenis menara isian adalah :

·       Rashing Ring

·       Lessing Ring

·       Intalox Saddle

·       Ben Saddle

Persyaratan pokok yang diperlukan menara isisan :

·       Harus bereaksi tidak dengan fluida dalam menara

·       Tidak terlalau berat

·       Hanya banyak mengandung cukup banyak larutan untuk arus banyak zat cair yang terperangkap atau meyebabkan penurunan tekanan.

·       Harus memungkinkan terjadinya kontak yang memuaskan antara zat cair dan gas.

·       Tidak terlalu mahal.

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses absorber yaitu :

·       Perbedaan konsentrasi

·       Luas permukaan absorber

·       Suhu

·       Tekanan

·       Viskositas

Absorbsi merupakan salah satu proses separasi dalam industri kimia dimana suatu campuran gas dikontakkan dengan suatu cairan penyerap tertentu sehingga satu atau lebih komponen gas tersebut larut dalam cairannya. Pada awal absorbsi sendiri ada 2 proses, yaitu :

1.    Absorbsi fisik

Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam larutan penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh reaksi ini adalah absorbsi gas H₂S dengan air, methanol, propilen karbonase. Penyerapan terjadi karena adanya interaksi fisik.

Dari absorbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya yaitu :

a.     Teori model film                                                                                                                           

b.    Teori penetrasi

c.     Teori permukaan yang diperbaharui

2.    Absorbsi Kimia

Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam larutan penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi gas CO₂ dengan larutan MEA, NaOH, K₂CO₃ dan sebagainya.Aplikasi dari absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan gas CO₂ pada pabrik Amonia.

 

                                                                           Absorber                                                                           stipper

             

              feed gas                                                                            stripping gas

                                                                               

              (Gambar 2.2 konfigurasi absorber-stipper)

Penggunaan absorbsi kimia dalam fase cair sering digunakan untuk mengeluarkan zat pelarut secara lebih sempurna dalam campuran gasnya.

Suatu keuntungan dalam absorbsi kimia adalah meningkatkan harga koefisien perpindahan massa(kga). Sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif antar muka karena absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah hamper stagnan di samping perangkapan dinamik. Untuk memperluas permukaan kontak digunakan kolom berisi packing (packed coloum) dengan criteria pemilihan packing sebagai berikut :

·       Memiliki luas permukaan terbasahi tiap unit volume yang besar

·       Memiliki ruang kosong yang cukup besar sehingga kehilangan tekanan kecil

·       Karakteristik pembasahan baik

·       Densitas kecil agar berat kolom keseluruhan kecil

·       Tahan korosi dan ekonomis

Beberapa jenis packing yang sering digunakan antara lain raching ring, intolox sadle, poll ring.

Di dalam merancang suatu menara absorbsi harga koefisien perpindahan massa merupakan besaran yang sangat penting. Penurunan korelasi harga Kga didasarkan pada absorbsi fisik. Dengan tersedianya harga Kga dapat ditentukan besaran-besaran lain, seperti :

a.    Kecepatan perpindahan massa

Kecepatan perpindahan massa dapat dihitung setelah konsentrasi gas yang berkeseimbangan dengan fase cairnya diketahui. Dalam hal ini gas harus mendifusi ke aliran cairan tiap satuan waktu.

b.    Waktu operasi

Jika harga Kga diketahui maka kecepatan perpindahan massanya juga dapat diketahui sehingga waktu operasi absorbsi dapat diketahui juga.

c.     Ukuran alat dan biaya

Untuk mengetahui dimensi alat dan besarnya biayapembuatan alat tersebut dapat diturunkan dari persamaan berikut :

                                                                                             …(1)

Rumus untuk menghitung Kga dapat didasarkan pada absorbsi fisik dengan menganggap bahwa kurva kesetimbangan larutan pada selang waktu tertentu dimana perpindahan massa berlangsung.

 

  

                                                                                           A

(Gambar 2.3 elemen belakang kontak)

Dari skema tersebut dapat didapatkan persamaan :

dG_y=Kga . P (y-y’)dz                                                                              …(2)

Kecepatan perpindahan massa dapat ditentukan persamaan yang diturunkan oleh Max Well dan Stefan.

                                                                                  …(3)

Persamaan tersebut merupakan persamaan untuk difusi gas dalam keadaan tetap dari komponen A melalui B yang tidak bergerak dan gas berdifusi dari tubuh gas ke permukaan batas gas cair. Dari persamaan tersebut dapat digunakan untuk mencari korelasi Kga yaitu :

                                                                                     …(4)

Apabila volume cair diabaikan, maka :

Neraca massa A pada fase cair di sepanjang elemen volume kolom AG_Z, menghasikan persamaan:

                                                            …(5)

Neraca massa A pada fase gas pada elemen volume yang sama menghasilkan persamaan :

                                                                         …(6)

Pada absorbsi CO₂ dengan larutan NaOH terjadi reaksi :

Alat-alat absorbsi

·       Packing Tower

     Salah satu contoh packing tower adalah Packed Bed Absorber. Packed Bed Absorber berupa tube atau pipa yang diisi dengan beberapa packing. Cairan masuk dari bagian atas, sedangkan gas masuk dari bagian bawah.

                                           (Gambar 2.4 Packed Bed Absorber)

Di dalam packed bed absorber terdapat Packing yang memberikan kontak yang bagus antar kedua fasa sehingga luas permukaan menjadi maksimum.

Ada 3 jenis packing :

1. Raschig ring: potongan pipa

  L » D » 0,5-1 in

2. Berl saddle

3. Pall ring

Macam-macam packing

Kolom Absorpsi

                 Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya prosespengabsorbsi penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut.Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zattersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. Diantara jenis-jenis absorben ini antara lain, arang aktif, bentonit, dan zeolit.

1.          Arang aktif 

     Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95%karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasanpada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadikebocoranudara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebuthanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luaspermukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arangtersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun denganpemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahansifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa.

            Kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atauvolume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif. Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. Arang aktif sebgai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat halus, diameter pori mencapai 1000 A⁰, digunakan dalam fasecair,berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bauyang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat penganggu dan kegunaan lainyaitu pada industri kimia dan industri baru. Diperoleh dari serbukserbuk gergaji, ampaspembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyaistruktur yang lemah.

            Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pelletyang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 A⁰, tipe pori lebihhalus, digunakan dalam rase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut,katalis,pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bataatau bahan baku yang mempunyaibahan baku yang mempunyai struktur keras.

2.    Zeolit Mineral

           zeolit bukan merupakan mineral tunggal, melainkan sekelompok mineralyang terdiri dari beberapa jenis unsur. Secara umum mineral zeolit adalah senyawa alumino silikat hidrat dengan logam alkali tanah. serta mempunyai rumus kimia sebagai berikut :

M²_x/nSi_1-xAl_xO₂.yH₂O

Dengan M = e.g Na, K, Li, Ag, NH, H, Ca, Ba

Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal, sedangkan logam alkaliadalah kation yang mudah tertukar. Jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-poriatau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebutdipanaskan. Penggunaan zeolit cukup banyak, misalnya untuk industri kertas, karet,plastik, agregat ringan, semen puzolan, pupuk, pencegah polusi, pembuatan gas asam,tapal gigi, mineral penunjuk eksplorasi, pembuatan batubara, pemurnian gas alam,industri oksigen, industri petrokimia.

            Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekulair bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal tersebut dipanaskanselama beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-900^oC, maka kristal zeolit yangbersnagkutan berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya serap (absorbansi) zeolittergantung dari jumlah ruang hampa dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolitmempunyai luas permukaan beberapa ratus meter persegi untuk setiap gram berat.Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari beratnya dalam keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam ruang hampa denganmenggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan maksud mengurangitekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri.

3.    Bentonit

            Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit dalamdunia perdagangan dan termasuk kelompok dioktohedral. Penamaan jenis lempungtergantung dari penemu atau peneliti, misal ahli geologi, mineralogi, mineral industri danlain-lain. Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alu-muniumsilikat hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempungyang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melaluipengolahan tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling ataupembersih bahan wool dari lemak. Sifat bentonit sebagai adsorben adalah :

·       mempunyai surface area yang besar (fisika)

·       bersifat asam yang padat (kimia)

·       bersifat penukar-ion (kimia)

·       bersifat katalis (kimia)

Aplikasi Absorbsi

      Absorbsi dalam dunia industri digunakan untuk meningkatkan nilai guna dari suatuzat dengan cara merubah fasenya.

1.    Proses Pembuatan Formalin

     Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkanmelalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gasinput dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyaisuhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55⁰C,dimasukkan ke dalamabsorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadarformaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar dari metanol, air,dan formaldehiddikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal darisisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan countercurrent contact dengan air proses

2.  Proses Pembuatan Asam Nitrat

               Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO₂). Proses pembuatan asam nitrat Tahap akhirdari proses pembuatan asam nitrat berlangsung dalam kolom absorpsi. Pada setiap tingkatkolom terjadi reaksi oksidasi NO menjadi NO₂ dan reaksi absorpsi NO₂ oleh air menjadiasam nitrat. Kolom absorpsi mempunyai empat fluks masuk dan dua fluks keluar. Empat fluks masuk yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Duafluks keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buangtidak lebih dari 200 ppm.

              Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses pembuatan urea,produksi ethanol, minumanberkarbonasi, fire extinguisher,dry ice,supercritical carbon dioxide dan masih banyak lagi aplikasi absorbsi dalam industri.

            Selain itu absorbsi ini juga digunakan untuk memurnikan gas yang dihasilkan dari fermentasi kotoran sapi. Gas CO₂ langsung bereaksi dengan larutan NaOH sedangkan CH₄

 tidak. Dengan berkurangmya konsentrasi CO₂sebagai akibat reaksi dengan NaOH, makaperbandingan konsentrasi CH₄ dengan CO₂ menjadi lebih besar untuk konsentrasi CH₄. Absorbsi CO₂ dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH dapat dilukiskan sebagaiberikut:

CO_2(g)+ NaOH_(aq)→ NaHCO_3(aq)

NaOH_(aq)+ NaHCO₃→Na₂CO_3(s)+ HO_(l)+

CO_2(g)+ 2NaOH_(aq)→Na₂CO_3(s)+ H₂O_(l)

Dalam kondisi alkali atau basa, pembentukan bikarbonat dapat diabaikan karena  bikarbonat bereaksi dengan OH^-membentuk CO₃^2-

    V.            PROSEDUR KERJA

1.         Mengisi kedua bola kaca pada alat absorpsi dengan NaOH 1 M atur ketingian bola tersebut hingga tanda nol, gunakan katup Cv untuk mengurangi ketinggian.

2.         Mengisi tangki penampung dengan air hingga ¾ penuh.

3.         Tutup katup control gas C2 dan C3 dengan menghidupkan pompa ataur flow air sepanjang kolom harga 1 L/min pada flowmeter f dengan mengatup control C1.

4.         Menghidupkan kompresor dan atur katup control C2 untuk mendapatkan flow udara 30 L/min pada F2.

5.         Membuka katup regulator tekanan pada tabung CO₂ secara hati-hati dan mengatur katup C3 sehingga angka pada flowmeter F3 sebesar 0,5 kali dan laju udara F2. Memastikan seal liquid pada bagian dasar kolom terjaga baik, kalau perlu mengatur dengan katup C4.

6.         Setelah 15 menit, mengambil sanpel gas berturut – turut dan katup S1 dan S2. Menganalisa kedua sampel seperti pada gambar.

7.         Dengan pengulangan hisap dan dorong menggunakan piston, bilas silinder tempat sample. Perhatikan volume dari pada tabung kea lat dan kemudian baru temukan beberapa banyak hisap dan dorong yang diperlukan.

8.         Mengisolasi gelembung absorpsi dan menutup vent yang ke atmosfer. Kemudian isi silinder dengan menarik piston perlahan – lahan. Catat volume pada silinder 1, Jikakonsentrasi dan CO2 yang digunakan pada sampel gas liquid kemungkinan masuk ke silinder sehingga mengangu percobaan dan memerlukan beberapa waktu untuk memperbaikinya. Pada keadaan seperti itu, jangan menaraik piston keluar dan ujung tarikan berhenti pada tanda tertentu seperti V1 = 20 pada skala besar kemudian baca sekala kecilnya.

9.         Mengisolasi silinder dan kolom dan gelembung absorpsi dan buka vent ke tekanan atmosfir. Tutup setelah 10 detik (step D)

10.     Menghubungkan silinder ke gelembung absorpsi. Level liquid harus tetap apabila berubah buka atmosfir lagi.

11.     Menunggu hingga level pada tabung indicator berada pada posisi nol, menurunkan tekanan pada posisi silinder tekanan atmosfir.

12.     Menutup perlahan – lahan piston untuk mengosongkan silinder ke gelembung absorpsi perlahan – lahan tarik piston kembali. Perhatikan level pada katup indicator. Ulangi langkah E dan F hingga tak terdapat perbedaan level. Baca tabung indicator Bermuda V2 yang menyatakan volume sampel.

 VI.            DATA PENGAMATAN

Tabel1. Hasil Percobaan

Kondisi Inlet				Outlet	Jumlah CO2 yang diserap
Laju alir gas , L/s			Sampel gas	Sampel gas
F2 gas	F3 gas	Total = F2 + F3			Fα L/s
30	15	45	0,67	0,2
30	15	45	2	0,597
30	15	45	3,33	0,988

Tabel2. Pengamatan

Laju Alir (L/s)			Volume (ml)
F2 gas	F3 CO2	Total	V2	V1 Inlet	V1 Outlet
30	15	45	10	15	50
30	15	45	30	15	50,2
30	15	45	50	15	50,6

VII.            PERHITUNGAN

·         Menentukan nilai

Saat Y₁ = 0,67 dan Y₀ = 0,2

CO₂ yang diserap = CO₂ masuk – CO₂ keluar

 

 

 

Tabulasi perhitungan CO₂ yang diserap

Y1	Y0	CO2 yang diserap
0,67	0,2	26,4375
2	0,597	157,0522
3,3	0,988	8782,5

·         dapat dikonversi ke grmol/s sebagai berikut

Saat Y₁ = 0,67 dan Y₀ = 0,2

 

 

N = 0,1059

Tabulasi perhitungan N (grmol/s)

Fα (L/s)	N (grmol/s)
26,437	0,1059
157,0522	0,6291
8782,5	35,178

VIII.            ANALISA PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan “Absorbsi II” dapat dianalisa bahwa dalam percobaan kali ini digunakan NaOH sebagai media penyerap dan gas CO₂ sebagai media yang diserap. Pada percobaan kali ini hanya menggunakan satu variabel sebagai acuan.  Pada percobaan ini menggunakan menara isian (packing tower) yang berbentuk silinder, yang diisi dengan packing (rashing ring). Packing berfungsi untuk memperbesar luas permukaan kontak fasa gas dan cair. Pendistribusian gas dilakukan dari bawah karena densitas gas lebih rendah dibandingkan zat cair.

Hasil dari praktikum akan dititrasi dengan menggunakan HCl 0,1 N dengan indikator fenolftalen. Setelah dilakukan titrasi volume titran yang digunakan adalah 50ml untuk 15 menit pertama (sampel 1) , 50,2ml untuk 15 menit ke 2 (sampel 2) dan 50,6 ml untuk 5 menit ke 3 (sampel 3). Perubahan warna yang terjadi adalah dari ungu menjadi tak berwarna (bening). Jika warna bening telah muncul itu menendakan titrasi telah sampai pada titik akhir.

 IX.            KESIMPULAN

Dari praktikum absorpsi-2 yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa semakin besar konsentrasi NaOH, maka %CO₂ yang terserap akan semakin besar pula. Dan waktu tidak berpengaruh terhadap %CO₂ yang terserap.