AbsorbsiKelompok I

Nama : Astria Utami (0613304003)

Muhammad Farhan (061330400351)

Pusta Aryani (0613304003)Wahyu Sisilia Deviana

(0613304003)

10.1 Definisi

Absorbsi ialah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas

dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben

cair yang diikuti pelarutan. Kecepatan absorbsi merupakan ukuran perpindahan massa

antara fase gas dan fase cair.

Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorbsi pada permukaan, baik secara fisik ataupun dengan reaksi kimia.

Jenis – jenis alat absorbsi antara lain :1. Sieve tray Berguna untuk absorbsi gas dan destilasi. Ukuran lubang tray 3-

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

5 – 15 % dari luasan kolom.2. Valve tray

jenis ini adalah modifikasi dari sieve tray, yang terdiri dari bukaan kolom dan bukaan valve. Sekarang penggunaannya menurun, karena tipe kolom ini beroperasi pada skala besar sehingga biayanya lebih tinggi 20 % dari sieve tray.

3. Bubble cup trayJenis ini penggunaannya sejak 100 tahun lalu, tapi sejak tahun 1950 telah digantikan oleh jenis sieve atau valve tray.

 4. Packed tower Digunakan untuk aliran kontinyu, dimana proses yang digunakan dengan mengontakkan antara gas dengan liquid secara countercurrent dalam absorbsi. Dan juga untuk mengontakkan uap – cairan dalam proses destilasi.

10.2 Equilibrium Relation Between Phases

• Gas- Liquid Equilibrium

Untuk Kesetimbangan gas-liquid, hukum kesetimbangannya diberikan

oleh Henry, yaitu

Dimana,PA = Tekanan Parsial Komponen A (atm).H = Konstanta Hukum Henry (atm/mol fraction).H’ = Konstanta Hukum Henry (mol frac.gas/mol frac.liquid). = H/P.XA = Fraksi Mol komponen A dalam Liquid. ( dimension less )YA = Fraksi Mol Komponen B dalam Gas = PA/P. ( dimension less )P = Tekanan Total (atm).

10.3 Single and Multiple Equilibrium Contact Stages

10.3.A Single - stage Equilibrium contact

Selama kontak berlangsung terjadi pencampuran komponen

antara dua fase saling menbaur.

Jika waktu pencampuran cukup, komponen pada kesetimbangan

dalam dua fase setelah proses pemisahan dan proses tersebut

dianggap

Dapat digambarkan sebagai dua fase yang berbeda (gas dan liquid

dalam absorbsi) yang dikontakkan kemudian dipisahkan.

single equilibrium stage.

10.3.B Single-stage Equilibrium contact for Gas-Liquid

System (Absorption)(-) Fasa gas mengandung zat terlarut A & inert B gas

(-) Fase cair mengandung zat terlarut A & inert cair (pelarut) C

(-) V = gas flow rate & L = liquid flow rate

(-) L’ = inert liquid (C) flow rate

(-) X, y = mol frac. dalam fase cair dan fasa gas

Single-stage

L0

xA0 L1

xA1

V2

yA2 V1

yA1

Liquid phaseinlet

Liquid phaseoutlet

Gas phaseinlet

Gas phaseoutlet

Single-Stage Equilibrium Contact for Gas-Liquid System.

Total material balance: L0 + V2 = L1 + V1

Component A balance: L0xA0 + V2yA2 = L1xA1 + V1yA1

Component C balance: L0xC0 + V2yC2 = L1xC1 + V1yC1

An equation for B is not needed since xA + xB + xC = 1.0

In term of inert flow rate: L’ = L(1-xA) L = L’/(1-xA)

V’ = V(1-yA) V = V’/(1-yA)

Operating line:

1

1'

1

1'

2

2'

0

0'

1111 A

A

A

A

A

A

A

A

y

yV

x

xL

y

yV

x

xL

Example 10.3-1: Equilibrium Stage Contact for CO2 –Air-Water

Sebuah campuran gas pada tekanan 1,0 atm abs berisi udara dan CO2 yang

dikontakkan dalam singel-stage mixer terus menerus dengan air yang murni pada

suhu 293 K. gas dan liquid keluar mencapai kesetimbangan. Laju alir gas inlet

adalah 100 kg mol / jam, dengan fraksi mol CO2 dari yA2 = 0.20. Tingkat aliran liquid

masuk adalah 300 kgmol air/ jam. Hitunglah jumlah dan komposisi dari dua fase

outlet. Asumsikan air yang tidak menguap ke fase gas.

Solusi

Untuk flow diagram, Aliran air inert adalah = L0 = L '= 300 kgmol / jam

inert aliran udara V ‘ diperoleh dari,

             V '= V (1-yA)Oleh karena itu, aliran udara inert adalah

V’ = V2 (1-yA2 )= 100 (1-0.20)

= 80 kg mol/h

1 atm293 KL0 = 300 kg mol/h

xA0 L1

xA1

V2 = 100 kg mol/hyA2 = 0.20

V1

yA1

Substituting into equation to make a balance on CO2 (A).

1

1'

1

1'

2

2'

0

0'

1111 A

A

A

A

A

A

A

A

y

yV

x

xL

y

yV

x

xL

1

1

1

1

180

1300

20.01

20.080

01

0300

A

A

A

A

y

y

x

x

Perlu diketahui .... Persamaan yang terjadi ada dua yang tidak diketahui (XA1 dan YA1) .. Jadi, perlu menghitung salah satu yang tidak diketahui untuk memecahkan persamaan di atas ..!!! Hal ini dimungkinkan untuk menghitung YA1 dengan menggunakan hukum Henry karena gas dan liquid dalam kesetimbangan.

…(1)

AA XHY '

H` yang dicari

Pada 293 K, maka constanta hukum Henry dari Appendix A.3

adalah

H = 0.142 x 104 atm/mol frac.

H’ = H/P = 0.142 x 104 /1.0 = 0.142 x 104 mol frac. gas/mol frac. Liquid

Maka

Substitusi ke,

yA1 = 0.142 x 104 xA1 ………(2)

Know it possible to use the value of YA1 in equation (1) to calculate the value of XA1

Memecahkan persamaan (1) dan (2) secara serempak,

ambil xA1 = 1.41 x 104 and yA1 = 0.20. untuk menhitung total flow

rates yang keluar,

hkgmolx

LL

A

/3001041.11

300

1 41

'

1

hkgmoly

VV

A

/10020.01

80

1 1

'

1

Pada soal ini, karena larutan liquid sangat encer, L0 L1

10.3.C COUNTERCURRENT MULTIPLE-CONTACT STAGES

1 2 n N

L0 L1 L2 Ln-1 LnLN-1 LN

VN+1VNVn+1VnV3V2V1

Countercurrent multiple-contact stages.

- lebih memusatkan hasil

- Total jumlah stages ideal = N.

- B & C mungkin atau tidak mungkin akan sedikit tercampur satu sama lain.

- Dua aliran keluar dalam kesetimbangan dengan satu sama lain.

Total material balance: L0 + VN+1 = LN + V1

Component A overall balance: L0 x0A + VN+1 yN+1A = LN xNA + V1 y1A

Untuk kesetimbangan stages pertama :

L0 x0A + Vn+1 yn+1A = Ln xnA + V1 y1A

Operating line:-

1

001

11

nn

n

nn V

xLVx

V

Ly

Garis operasi adalah suatu persamaan material-balance yang

penting, karena berkaitan dengan konsentrasi yn+1 dalam aliran V

dengan xn dalam aliran L yang melewatinanya.

slope

1

n

n

V

Lslope

Aliran L & V salin bercampur satu sama lain dengan hanya A yang

ditransfer:-

1

1''

1

1'

0

0'

1111 A

A

An

An

An

An

A

A

y

yV

x

xL

y

yV

x

xL

Graphical calculation for determining N:

1. Plot yA vs xA

2. Menarik garis operasi

3. Menarik garis kesetimbangan (hukum Henry)

4. Melangkah ke atas (atau ke bawah) sampai yn +1 (atau y1)

tercapai.

5. N = jumlah langkah

Dilute system (<10%):-

1. slope (flow rates V & L) = constant operating line =

Lurus

2. L’ & V’ = constant, dilute system (<10%) operating line

= lurus.

Example 10.3-2: Absorption of Acetone in a Countercurrent Stage Tower.

Untuk menyerap 90% dari aseton dalam gas yang mengandung 1,0 mol

aseton% di udara pada countercurrent stage tower. Aliran gas total inlet

ke tower adalah 30,0 kg mol/jam dan total inlet aliran air murni yang akan

digunakan untuk menyerap aseton adalah 90 kg mol H2O/h.

Proses ini akan beroperasi isotermal pada 300 K dan tekanan total 101,3

kPa. Hubungan equilibrium untuk aseton (A) digas-liquid yA

= 2.53xA.

Tentukan jumlah stage teoritis yang diperlukan untuk pemisahan ini.

Solusi

Langkah pertama adalah kita harus memiliki identifikasi yang baik dari data

yang diberikan dalam pertanyaan

Nilai Yang Diberikan:

yAN+1= 0.01

xA0 = 0

VN+1 = 30.0 kg mol/h

L0 = 90.0 kg mol/h

(1 mole % acetone dalam udara yang masuk)

(Air murni)

(inlet total flow gas ke tower )

(total inlet air murni)

Membuat material balanace cetone

(1) Ajumlah acetone yang masuk

= yAN+1 VN+1

= 0.01(30.0)

= 0.3 kg mol/h.

(2) Udara yang masuk

= (1- yAN+1 )VN+1

= (1-0.01)(30.0)= 29.7 kg mol air/h

(3) acetone leaving in V1= 0.10(0.30) = 0.030 kg mol/h.

(4) acetone leaving in L1 = 0.90(0.30) = 0.27 kg mol/h.

Dari 4 langkah, V1 , yA1 , LN ,dan xAN dapat dihitung

V1 = 29.7 + 0.03 = 29.73 kg mol air + acetone/h.

yA1 = (0.030/29.73) = 0.00101

LN = 90.0 + 0.27 = 90.27 kg mol water + acetone /h.

xAN = (0.27/90.27) = 0.0030.

Karena aliran liquid sedikit bervariasi dari L0 = 90.0 pada inlet untuk LN = 90.27 pada outlet.

Baris ini diplot, dan hubungan equilibrium Henry yA = 2.53xA juga diplot.

Dimulai dari titik yA1 ,xA0. sekitar 5.2 theoretical stages yang diperlukan

0 0 0.001 0.002 0.003 0.004

0.004

0.008

0.012

xAN xA0

yA1

yAN+1

Equilibrium line

Operating line

3

21

4

5

Mole fraction acetone dalam air, xA

Mole fraction acetone dalam udara, yA

Figure 10.3-4: Theoretical stages untuk countercurrent absorption pada example 10.3-2.

10.3.D Analytical Equations For Countercurrent Stage Contact

Teknik ini digunakan untuk menghitung jumlah Stage teoritis

analitis tanpa membutuhkan metode grafis Kremser equations

Metode ini digunakan untuk menghitung jumlah Stage ideal.

Metode ini hanya berlaku saat mengoperasikan garis kesetimbangan

yang lurus

Dalam sistem Absorption persamaan yang digunakan adalah :

A

AAmxymxy

N

N

log

111log

01

01

Dimana,

m = slope equilibrium line.

A = absorption factor = constant = L/(mV).

L.V = molar flow rates.

jika A = 1

01

11

mxy

yyN N

Stripping:

A

AA

my

x

my

x

N

N

N

N

1log

1log1

1

0

Jika A = 1

my

x

xxN

N

N

N

1

0

Procedure (for varying A):

1. Hitung A1 pada L0 & V1.

2. Hitung AN pada LN &VN+1.

3. Hitung Aave. =

4. Hitung N.

NAA1

Example 10.3-3: Number of Stages by Analytical Equation

 Ulangi Contoh 10.3-2 tetapi menggunakan persamaan Kremser tahap

analisis untuk countercurrent stage processes.

Solusi,

At Stages 1 V1 = 29.73 kg mol/h,

yA1 = 0.001001,

L0 = 90.0, and

xA0 = 0. Juga, hubungan equilibrium yA = 2.53xA dimana m = 2.53.

Maka, 20.173.2953.2

0.90

1

01

mV

L

mV

LA

At Stage N

VN+1 =30.0,

yAN+1 = 0.01,

LN = 90.27, and

xAN = 0.0030.

geometric average 19.10.3053.2

27.90

1

N

NN mV

LA

Maka,195.119.120.01 NAAA

04.5)195.1log(

195.11

195.11

1)0(53.200101.0)0(53.201.0

log

N

10.4 Mass Transfer Between Phases

Untuk absorpsi, zat terlarut dapat menyebar melalui fasa gas dan

diserap dalam fase cair yang berdekatan dan saling larut.

Kedua tahap di kontak langsung dengan satu sama lain, dan daerah

interface antara fase biasanya tidak terjadi dengan sempurna

Sebuah gradien konsentrasi harus ada untuk menyebabkan

perpindahan massa ini melalui resistensi dalam setiap fase.

Liquid

mol

e fr

actio

n

x

Gas

yix

Mass transfer of A

iy

distance from interface

NA

yAGyAi

interface

gas-phase mixtureof A in gas G

liquid-phase solutionof A in liquid L.

xAixAL

Dimana

yAG = Konsentrasi A dalam fasa gas

yAi = Konsentrasi gas A pada interface

xAi = Konsentrasi A liquid di interface

xAL = Konsentrai A dalam Fasa liquid

Film-transfer Coefficient and Interface Concentration.

Equimolar counterdiffusion.

NA = k’y(yAG – yAi) = k’x(xAi – xAL)

k'y = Gas fase koefisien perpindahan massa (kg frac mol/s.m2.mol)

k'x = Cair fase koefisien perpindahan massa (kg frac mol/s.m2.mol)

Dimana

Untuk A berdufusi Atau B tidak berdiffus.

NA = ky(yAG – yAi) = kx(xAi – xAL)

iMA

yy y

kk

)1(

'

Dimana

iMA

xx x

kk

)1(

'

CATATAN

composition interface (xAi dan yAi ) dapat ditentukan dengan gambar

dengan menarikan garis PM dengan slope (-kx/ky) memotong garis

equilibrium AiAL

AiAG

y

x

xx

yy

k

kslope

'

'

yAG

yAi

y*A

xAL xAi x*A

M

D

E

Pequilibriumline

slope = m”

slope = m’

Example 10.4-1: Interface Composition in Interphase Mass Transfer.

solute A diserap dari campuran gas A dan B di wetted-wall tower dengan

cairan mengalir sebagai film ke bawah. Pada titik tertentu dalam menara

konsentrasi gas = 0,380 fraksi mol dan konsentrasi liquid xAL = 0,1. Menara ini

beroperasi pada 298 K dan 1,013 x 105 Pa dan data kesetimbangan adalah

sebagai berikut:

fluks.

xA yA

0 0

0.05 0.022

0.1 0.052

0.15 0.087

0.2 0.131

0.25 0.187

0.3 0.265

0.35 0.385

Salout A Berdifusi di dalam B pada fase gas kemudian Tidak berdifusi dalam liquid .

 Menggunakan korelasi untuk larutan encer di wetted-wall towers, massa film-

transfer koefisien A dalam fase gas diperkirakan sebagai k = 1,465 x 10-3 kg A/s.m2

mol frac. Dan untuk fase liquid sebagai kx = 1,967 x 10-3 kg A/s.m2 mol frac.

 Hitung konsentrasi interface Yai , Xai dan NA.

31

yA

xA

00

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

Solusi

Pertama kita plot data

Sekarang kita plotkan P pada grafik

Karena korelasinya adalah larutan encer. (1-yA)iM dan (1-xA)iM sekitar

1.0 dan coefficien sama seperti k’y and k’x Point P diplot yAG = 0.380 dan xAL = 0.1.

Untuk trial pertama (1-yA)iM dan (1-xA)iM asumsi 1.0

dan slope untuk garis P dan M pada persamaan

(10.4-9).

342.10.1/10465.1

0.1/10967.1

)1/(

)1/(3

3

'

'

iMAy

iMAx

yk

xkslope

Garis yang melalui titik P dengan slope –1.342 diplot dalam grafik

sampai memotong garis equilibrium pada M1, dimana

yAi = 0.183 and xAi = 0.247.

Untuk trial kedua kita mengunakan yAi dan xAi dari trial pertama

untuk menghitung slope baru. Subtitusi kedalam persamaan (10.4-6)

dan (10.4-7),

)]1/()1ln[(

)1()1()1(

AGAi

AGAiiMA yy

yyy

715.0)]38.01/()183.01ln[(

)380.01()183.01(

)]1/()1ln[(

)1()1()1(

AiAL

AiALiMA xx

xxx

825.0)]247.01/()1.01ln[(

)247.01()1.01(

Subtitusi kedalam persamaan (10.4-9) untuk mendapatkan slop yang baru

163.1715.0/10465.1

825.0/10967.1

)1/(

)1/(3

3

'

'

iMAy

iMAx

yk

xkslope

Garis melalui titik P dengan slope –1.163 diplot dan dipotongkan

dengan garis equilibrium pada M, dimana yAi = 0.197 dan xAi =

0.257.dengan mengunakan nilai baru untuk menhitung trial ketiga.

709.0)]38.01/()197.01ln[(

)380.01()197.01()1(

iMAy

820.0)]257.01/()1.01ln[(

)257.01()1.01()1(

iMAx

Dari xAi dan yAi nilainya

dari trial pertama tidak

banyak berubah maka

kita di alur yang benar

dalam penyelesaian soal

ini.

Fig.10.4-4: Location of interface concentrations for example 10.4-1.

yAG

yAi

y*A

xAL xAi x*A

M

D

E

P

M1

00

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

160.1709.0/10465.1

820.0/10967.1

)1/(

)1/(3

3

'

'

iMAy

iMAx

yk

xkslope

slope ini –1.160 pada dasarnya sama dengan slope –1.163 untuk trial kedua.

oleh karena itu, nilai akhir yAi= 0.197 dan xAi = 0.257 dan

ditunjukkan sebagai titik M. untuk menhitung flux,

24

3'

./1078.3

)197.0380.0(709.0

10967.1)(

)1(

mskgmol

yyy

kN AiAG

iMA

yA

Perhatikan bahwa nilai flux NA setiap phase adalah sama phase lain, yang seharusnya menjadi kasus pada steady state.

Overall Mass-transfer Coefficients and Driving Force.

Untuk equimolar counterdiffusion atau diffusi pada larutan encer,

NA = k’y (yAG – yAi ) = k’x (xAi – xAL)

K’y(yAG – y*A ) K’x (x*

A – xAL)