Model Absorpsi Gas CO2 Dalam Larutan K2CO3

Model Absorpsi Gas CO2 Dalam Larutan K2CO3 Dengan Promotor MDEA Pada Packed
Column
Rizky Pratama Putri (2309 105 029) dan Yuli Cahyani (2309105039)
Pembimbing : Dr. Ir. Susianto, DEA dan Prof. Dr. Ir. Ali Altway
Intisari
Proses absorpsi reaktif CO2 umumnya berlangsung pada tekanan tinggi dan temperatur sedang,
menyebabkan terlarutnya beberapa komponen lain disamping CO2. Pada proses tersebut terjadi reaksi kimia
dan proses pelarutan. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan model rate-based absorpsi CO2 oleh
larutan Potassium Karbonat (K2CO3) dengan promotor MDEA dalam packed column. Model perpindahan
massa yang digunakan adalah model rate-based dua film menggunakan teori difusi multikomponen MaxwellStephan dan pemrogramannya dilakukan dengan MATLAB 6.1. Pada pemodelan ini dipelajari pengaruh laju
alir liquid, tekanan operasi dan suhu liquid masuk terhadap kinerja kolom.
Diperoleh hasil pada kolom absorber, kenaikan laju alir pelarut dalam rentang 1900 s/d 5900 m3/jam dan
menaikkan recovery CO2 secara signifikan. Kenaikan
kenaikan tekanan 24 atm hingga 29 atm,
temperaturpelarut dari 100 oC hingga 120 oC juga menaikkan recovery CO2. Recovery tertinggi adalah
89,93% terjadi pada laju alir 5900 m3/jam, tekanan 28 atm dan suhu 120oC.
Kata kunci: absorpsi, rate-based model, difusi multi komponen, Maxwell-Stefan , % recovery CO2.
Pendahuluan
Bermacam-macam teknologi telah banyak
dikembangkan untuk pemisahan CO2 dari aliran
gas asam; absorpsi reaktif (absorpsi disertai reaksi
kimia) merupakan metode yang paling banyak
digunakan dan paling efektif (Yunita,dkk.,2008).
Pada kenyataannya, penerapan teknologi tersebut
masih menimbulkan masalah, seperti yang terjadi
pada industri pupuk, hasil dari pemisahan CO2 dari
gas sintesa menunjukkan masih ada gas-gas lain
yang terikut, seperti metana (CH4), hidrogen (H2).
Hasil proses penangkapan CO2 tidak sepenuhnya
hanya menangkap CO2 saja, sehingga gas CO2 yang
dihasilkan tidak murni. Hal ini dikarenakan proses
absorpsi berlangsung pada tekanan tinggi sehingga
banyak gas-gas lain yang turut larut dalam solvent
dan mengakibatkan kemurnian CO2 kurang
memenuhi syarat.
Hasil dan Pembahasan
Hasil simulasi untuk distribusi konsentrasi
fase liquid dan fase gas disajikan secara grafis pada
Gambar 2 dan Gambar 3. Gambar 2 menunjukkan
distribusi konsentrasi fase liquid (CO32-, HCO3-,
MDEA) pada packed coloumn. Posisi axial 0
(masuknya liquid) merupakan bagian kolom yang
paling atas dan posisi 30 adalah bagian kolom yang
paling bawah. Distribusi konsentrasi komponen
HCO3- CO32-, dalam packed coloumn mengalami
perubahan konsentrasi yang bekebalikan. Untuk
HCO3-, awalnya agak konstan di atas kolom
kemudian semakin kebawah kenaikannya semakin
tinggi. Hal ini dikarenakan laju absorpsi lebih
dipengaruhi oleh tekanan parsial dalam gas dari
pada konsentrasi reaktan dalam fase liquid
(tahanan sisi gas lebih dominan dari pada tahanan
sisi liquid), begitu juga sebaliknya.
Metodologi
Studi literatur
Penentuan fluk absorbsi dengan model
film dan teori difusi Maxwell
Pembentukan model matematis proses
absorbsi pada packed coloum
Gambar 2 Distribusi konsentrasi fase liquid pada packed coloumn dengan
kondisi P = 29, T = 100 oC, LV = 1900 m3/jam.
Penyelesaian numerik
Pembuatan program dengan software
Matlab versi 6.1
Interpretasi hasil simulasi
Penysunan laporan
Gambar 3 Distribusi konsentrasi fase gas (CO2,
N2, H2) pada packed coloumn dengan kondisi P =
29, T = 100 oC, LV = 1900 m3/jam.
Gambar 3 menunjukkan bahwa pada kolom 0
sampai kolom 30, konsentrasi CO2 naik dari 0,03
mol fraksi sampai 0,19 mol. Hal ini disebabkan
karena gas CO2 berdiffusi ke bulk liquid dan
bereaksi dengan pelarut. H2 mengalami penurunan
nilai konsentrasi dari 0,71 mol fraksi hingga 0,65
mol/m3, hal ini disebabkan terlarutnya gas H2
dalam pelarut . Sedangkan konsentrasi N2
cenderung turun (hampir konstan).
Persentase recovery absorpsi CO2 dapat
dihubungkan dengan harga yiout seperti yang
dituliskan pada persamaan berikut ini :
% Re cov ery =
Gambar 5. Pengaruh tekanan terhadap %
recovery CO2 pada GV= 308000 m3/jam dan LV=
1900 m3/jam.
out
IN
YCO
− YCO
2
2
IN
YCO
2
Hasil simulasi untuk recovery CO2 disajikan secara
grafis pada Gambar 4 dan Gambar 5.
Gambar 4 menunjukkan bahwa temperatur
memberikan pengaruh yang siqnifikan terhadap %
recovery CO2. Hal ini dikarenakan laju absorpsi
lebih dipengaruhi oleh kinetika reaksi. Kenaikan
suhu pada interface berpengaruh terhadap laju
penyerapan. Suhu yang makin tinggi akan
menurunkan kelarutan gas, namun akan menaikkan
diffusifitas dan konstanta kecepatan reaksi.
Penurunan kelarutan gas berakibat pada penurunan
laju penyerapan, sedangkan kenaikan diffusifitas
dan konsatnta kecepatan reaksi berakibat pada
kenaikan laju penyerapan.
Gambar 4 Pengaruh Temperatur absorben terhadap
% recovery CO2 pada GV= 308000 m3/jam dan
LV= 1900 m3/jam.
Pada Gambar 4 terlihat bahwa kenaikan
temperature pelarut, meningkatkan recovery gas
CO2 secara siqnifikan. Kenaikan temperature dari
1160C sampai 1200C, recovery CO2 meningkat dari
88,5248% sampai 89,8278% . Hal ini dikarenakan
laju absorpsi dipengaruhi oleh kinetika reaksi.
Semakin tinggi temperature, maka kinetika
rekasinya
juga
semakin
besar
sehingga
meningkatkan laju absorpsi
Gambar 6 Pengaruh variasi laju alir terhadap %
recovery CO2 pada P= 28 atm dan LV
= 1900 m3/jam.
Gambar 6 menunjukkan bahwa kenaikan laju
alir absorben memberikan pengaruh yang siqnifikan
terhadap kenaikan % recovery CO2. Pada suhu 100
0
C, kenaikan laju alir dari 4900 m3/jam sampai
5900 m3/jam meningkatkan persen recovery gas
CO2 dari 89,0324% sampai 89,9347%. Hal ini
disebabkan karena laju absorpsi dipengaruhi oleh
konsentrasi reaktan dalam liquid dan keturbulensian
laju alir. Kenaikan laju alir liquid berpengaruh
terhadap laju penyerapan.
Kesimpulan
Hasil simulasi menunjukkan kenaikan laju
alir dan temperatur larutan, serta kenaikan
tekanan dalam rentang kondisi simulasi
menaikkan % recovery CO2 secara siqnifikan.
Diperoleh hasil pada kolom absorber, kenaikan
laju alir pelarut dalam rentang 1900 s/d 5900
m3/jam dan kenaikan tekanan 24 atm hingga 29
atm,
menaikkan recovery CO2 secara
signifikan. Kenaikan temperatur pelarut dari
100 oC hingga 120 oC juga menaikkan recovery
CO2. Recovery tertinggi adalah 89,93% terjadi
pada laju alir 5900 m3/jam, tekanan 28 atm dan
suhu 120oC.
Daftar Pustaka
Altway, Ali. 2008. Perpindahan Massa disertai
Reaksi Kimia. Jakarta: Beemarketer Institute.
Astarita, Geovanni. 1967. Mass Transfer with
Chemical Reaction. Amsterdam: Elsevier
Publishing Company.