BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Absorpsi

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 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. Karena itu

absorpsi kimia mengungguli absorbsi fisik. Absorpsi dapat dilakukan pada fluida

yang relatif berkonsentrasi rendah maupun yang bersifat konsentrat. Prinsip

operasi ini adalah memanfaatkan besarnya difusivitas molekul-molekul gas pada

larutan tertentu. Dengan demikian bahan yang memiliki koefisien partisi hukum

Henry rendah sangat disukai dalam operasi ini.

Peristiwa absorpsi adalah salah satu peristiwa perpindahan massa yang

besar peranannya dalam proses industri. Operasi ini dikendalikan oleh laju difusi

dan kontak antara dua fasa. Operasi ini dapat terjadi secara fisika maupun kimia.

Contoh dari absorpsi fisika antara lain sistem amonia-udara-air dan aseton-udara-

air. Sedangkan contoh dari absorpsi kimia adalah NOx-udara-air, dimana NOx

akan bereaksi dengan air membentuk HNO3.

Tujuan dari absorpsi ini umumnya adalah untuk memisahkan gas tertentu

dari campurannya. Biasanya campuran gas tersebut terdiri dari gas inert dan gas

yang terlarut dalam cairan. Cairan yang digunakan juga umumnya tidak mudah

menguap dan larut dalam gas. Sebagai contoh yang umum dipakai adalah absorpsi

amonia dari campuran udara-amonia oleh air. Setelah absorpsi terjadi, campuran

gas akan di-recovery dengan cara distilasi. Seperti yang sudah dijelaskan diatas,

bahwasannya absorpsi terjadi baik secara fisik ataupun kimia. Berikut penguraian

singkat mengenai kedua absorpsi yang terjadi:

2.1.1 Absorpsi Fisik

3

4

Absorbsi fisik merupakan absorbsi dimana gas terlarut dalam cairan

penyerap tidak disertai dengan reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi

gas H2S dengan air, metanol, propilen, dan karbonat. Penyerapan terjadi karena

adanya interaksi fisik, difusi gas ke dalam air, atau pelarutan gas ke fase cair. Dari

asborbsi fisik ini ada beberapa teori untuk menyatakan model mekanismenya,

yaitu :

1) Teori model film

2) Teori penetrasi

3) Teori permukaan yang diperbaharui

2.1.2 Absorpsi Kimia

Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut di dalam larutan

penyerap disertai dengan adanya reaksi kimia. Contoh absorbsi ini adalah absorbsi

dengan adanya larutan MEA, NaOH, K2CO3, dan sebagainya. Aplikasi dari

absorbsi kimia dapat dijumpai pada proses penyerapan gas CO2 pada pabrik

amonik. Penggunaan absorbsi kimia pada fase kering sering digunakan untuk

mengeluarkan zat terlarut secara lebih sempurna dari campuran gasnya.

Keuntungan absorbsi kimia adalah meningkatnya koefisien perpindahan massa

gas, sebagian dari perubahan ini disebabkan makin besarnya luas efektif

permukaan. Absorbsi kimia dapat juga berlangsung di daerah yang hampir

stagnan disamping penangkapan dinamik.

Seperti kita tahu banyak faktor yang mempengaruhi proses absorpsi.

Adapun hal-hal yang mempengaruhi dalam prsoses adsorbsi :

1) Zat yang diabsorpsi

2) Luas permukaan yang diadsorbsi

3) Temperatur

4) Tekanan

2.2. Absorpsi CO2

Indonesia merupakan salah satu negara di dunia yang mempunyai

cadangan gas alam yang cukup besar. Selain komponen hidrokarbon, di dalam gas

alam juga terkandung beberapa kontaminan seperti uap air, N2, CO2, dan H2S,

5

dengan kadar CO2 dan uap air relatif lebih besar dibandingkan N2 dan H2S. Gas

CO2 dan H2S sering dinamakan sebagai gas asam (acid gas), karena sifatnya yang

asam, CO2 tergolong gas pengotor yang sangat merugikan .

Gas-gas tersebut bersifat korosif dan dapat merusak bagian dalam utilitas

pabrik dan sistem. Gas CO2 akan bersifat korosif jika di dalam gas alam

terkandung uap air yang dapat mengasamkan CO2 menjadi H2CO3. Sifat korosif

CO2 akan muncul pada daerah-daerah yang menyebabkan penurunan temperatur

dan tekanan, seperti pada bagian elbow pipa, atau pun sistem perpipaannya.

Udara pada daerah padat industri, memiliki tingkat polusi yang tinggi. Hal

ini banyak disebabkan karena proses pembakaran yang dilakukan oleh sebagian

besar industri, dimana pada proses pembakaran akan dihasilkan gas

karbondioksida (CO2) yang membahayakan. Oleh karena itu, diperlukan suatu

metode untuk menekan angka polusi akibat kandungan berlebih gas CO2 dalam

udara tersebut, salah satunya adalah dengan proses absorpsi. Proses absorpsi

reaktif CO2 umumnya berlangsung pada tekanan tinggi dan temperatur sedang,

menyebabkan terlarutnya beberapa komponen lain disamping CO2. Secara

konvensional, proses penghilangan CO2 di industri dilakukan dengan proses gas

absorbsi yang berskala besar. Campuran gas tersebut dikontakkan dengan pelarut

absorben didalam alat seperti packed towers, spray towers, venture towers, dan

sieve-tray towers. Sedangkan tipe dari alat scrubber yang lain seperti bubble dan

foam coloumn. Pada kolom konvensional ini, kontak antara fasa gas dan fasa cair

terjadi secara langsung sehingga memungkinkan terjadinya dispersi antar fasa.

Kelemahan yang terjadi pada packed towers, buble dan foam coloumn adalah

memiliki laju alir yang satu arah (cocurrent) sehingga laju perpindahan massa

yang terjadi tidak lebih baik dari kondisi kesetimbangan. Sedangkan untuk laju

alir yang berlawanan (countercurrent) seperti yang terjadi pada packed towers dan

juga sieve-tray towers dapat terjadi peluapan (flooding) jika laju alir gas terlalu

besar dan juga akan terjadi proses penumpukan (loading) jika laju alir terlalu

kecil.

Pada proses absorpsi terjadi reaksi kimia dan proses pelarutan. Absorbsi

gas merupakan proses kontak antara campuran gas dan cairan yang bertujuan

6

menghilangkan salah satu komponen gas dengan cara melarutkannya

menggunakan cairan yang sesuai. Proses absorbsi ini melibatkan difusi partikel-

partikel gas ke dalam cairan. Secara umum, faktor-faktor yang mempengaruhi

absorbsi adalah kelarutan (solubility) gas dalam pelarut dalam kesetimbangan,

tekanan operasi, serta temperatur. Pada umumnya, naiknya temperature,

menyebabkan kelarutan gas menurun.

Bermacam-macam teknologi telah banyak dikembangkan untuk

pemisahan CO2 dari aliran gas tersebut, termasuk absorpsi secara fisik dan kimia,

pemisahan cryogenic, dan termasuk pemisahan dengan membran. Diantara

metode – metode tersebut pemisahan secara absorpsi fisika kimia adalah metode

yang paling banyak digunakan dan paling efektif (Altway,2008) .

Absorpsi reaktif komponen gas asam (seperti CO2 dan H2S) dari industri

dan gas alam menjadi bagian penting dalam proses industri selama dekade ini.

Pelarut yang digunakan dalam proses pengolahan gas ini biasanya larutan

alkanoamina (Kohl dan Nielsen, 1997). Untuk penerapan khusus bias

menggunakan campuran pelarut , misalnya shell sulfolane process. Kemampuan

alkanoamina yang sesuai untuk proses tertentu ditentukan oleh karakteristik

kinetikanya dengan CO2. Kelarutan kesetimbangan CO2 dalam larutan MDEA

telah diteliti oleh beberapa peneliti (Jou dkk. 1982; Caroll dkk. 1993; Austgen

dkk. 1991). Pengetahuan tentang reaksi kimia karbondioksia dengan MDEA

dikombinasi dengan teori larutan elektrolit mampu memperbaiki model

kesetimbangan vapor liquid menjadi lebih baik (Bishnoi, dkk.2000). Begitu juga

kinetika reaksi karbondioksida dengan MDEA telah didokumentasi oleh beberapa

peneliti (Pacheco, dkk.1998).

Penelitian lainnya tentang absorpsi CO2 yang telah dilakukan diantaranya

adalah absorpsi CO2 pada larutan MDEA dan Diethanolamine (DEA)

menunjukkan bahwa penambahan DEA ke MDEA dapat meningkatkan laju

absorpsi CO2, reaksi orde pertama digunakan untuk menghitung konstanta

kinetika reaksi, menghasilkan deviasi total dari perhitungan dengan asumsi orde

satu semu dan dengan model reaksi adalah 6.9% (Lin chih-Yuan,dkk.2008).

7

Penentuan kinetika reaksi juga telah dilakukan dengan absorben MDEA +

PZ dengan hasil bahwa penambahan PZ mampu meningkatkan laju absorpsi CO2

(Paul,dkk. 2009). Absorpsi CO2 dengan absorben Potassium Treonat telah di teliti

yang menghasilkan bahwa potassium treonat bisa digunakan sebagai absorpsi

alternatif CO2 (Portugal,dkk.2008). Perbandingan absorben antara Na2CO3 dan

K2CO3 telah menghasilkan bahwa K2CO3 memberikan hasil lebih baik

dibandingkan dengan Na2CO3 ( Knutilla,dkk. 2009). Penentuan kinetika reaksi

dengan absorben MDEA + MEA juga telah dilakukan (Edali dkk.2009) (lin

dkk.2009).

Upaya peningkatan absorpsi CO2 dengan absorben K2CO3 dan

penambahan sedikit promotor mulai dilakukan, Penentuan kinetika reaksi absorpsi

dengan promotor arsen mampu meningkatkan laju absorpsi CO2 (Augugliaro dan

Rizzuti, 1987), penentuan kinetika reaksi absorpsi dengan promotor PZ

(Piperazine) yang menghasilkan bahwa penambahan sedikit PZ mampu

meningkatkan laju absorpsi CO2 (Cullinane,2004) dan telah dilakukan juga

penelitian kinetika reaksi Absorpsi CO2 dengan K2CO3 dan promotor Lithium

Zirkonium ( Li2ZrO2) (Xiong dkk, 2003). Sedangkan penelitian terbaru absorpsi

CO2 dengan K2CO3 dan promotor asam borat menunjukkan hasil yang baik tetapi

penelitian ini belum menyebutkan harga kinetika sebagai fungsi suhu

(Gosh,2009).

Banyak hal yang dilakukan untuk terus meningkatkan absorpsi CO2 untuk

berbagai alas an dan kebutuhan. Sesuai bahasan jurnal yang kami bedah, CO2 di

absorpsi menggunakan larutan Benfield K2CO3 yang mengandung zat-zat sebagai

berikut: DEA (dietanol amine) sebanyak 1,5-2,5% untuk mempercepat

penyerapan, V2O5 (vanadium pentokxide) sebanyak 0,5-0,8% untuk mencegah

korosi dan Anti foam agent (UCON) untuk mencegah terjadinya pembusaan

(foaming). Absorpsi ini dilakukan pada packed column dan menggunakan jenis

packing Mallapack. Jenis absorpsi yang terjadi pada bahasan ini adalah absorpsi

kimia dimana seperti sudah dijelaskan diatas, Proses absorpsi kimia merupakan

proses absorpsi gas menggunakan pelarut dengan reaktan yang dapat bereaksi

dengan komponen gas yang terlarut. Penggunaan pelarut kimia ini dimaksudkan

8

untuk meningkatkan pelarut dalam menyerap gas CO2. Proses ini secara prinsip

melibatkan dua fenomena yaitu absorpsi secara fisik dan reaksi kimia. Adanya

reaksi kimia inilah yang dapat meningkatkan kemampuan pelarut dalam menyerap

gas. Adapun penguraian jenis packing dan aplikasi absorpsi pada packed column

dijelaskan berikut ini.

2.3 Packed Column

Menara isian (packed colomn) banyak digunakan dalam absorpsi gas. Cara

kerja menara ini adalah zat cair yang masuk, dalam hal ini dimisalkan disebut

weak liquor, didistribusikan di atas isian itu dengan distributor, sehingga pada

operasi yang ideal, membasahi permukaan isian itu secara seragam. Gas yang

mengandung zat terlarut, disebut rich gas, masuk ke ruang pendistribusi yang

terdapat di bawah isian dan mengalir ke atas melalui celah antara isian,

berlawanan dengan aliran zat cair.

Isian itu memberikan permukaan yang luas untuk kontak antara zat cair

dan gas dan membantu terjadinya kontak yang akrab antara kedua fase. Zat

terlarut yang ada di dalam rich gas itu diserap oleh zat cair yang masuk ke dalam

menara, sedangkan gas encer atau lean gas akan keluar dari atas. Zat yang pekat

akan dikeluarkan dari bagian bawah menara melalui lubang keluaran zat cair.

Beragam jenis packing telah dikembangkan untuk memperluas daerah dan

efisiensi kontak gas-cairan. Ukuran packing yang umum digunakan adalah 3-75

mm. Bahan yang digunakan dipiluh berdasarkan sifat inert terhadap komponen

gas maupun cairan solven dan pertimbangan ekonomis, antara lain tanah liat,

porselin, grafit dan plastik. Packing yang baik biasanya memenuhi 60-90% dari

volume kolom.

Kolom isian sering digunakan untuk destilasi, ekstrasi cair-cair dengan zat

cair, humidifikasi dan absorbsi gas. Menara bahan isian memberikan pressure

drop yang lebih kecil, biaya lebih murah, dan dapat digunakan  untuk bahan yang

tidak tahan suhu tinggi. Uap mengalir ke atas dan cairan mengalir ke bawah. Uap

dan cairan kemudian dikontakkan pada permukaan bahan isian. Cairan mengalir

ke bawah pada permukaan bahan isian dalam bentuk lapisan tipis. Hal ini

9

menyebabkan terbentuknya luas permukaan cairan yang lebih besar untuk kontak

dengan gas yang mengalir dari bawah ke atas (Brown, 1950).

Menara dengan bahan isian terdiri atas sebuah silinder vertikal yang

didalamnya terdapat bahan isian tertentu. Bahan isian merupakan media untuk

memperluas bidang kontak antara fase uap dan cair sehingga proses absorpsi

dapat berjalan dengan baik. Cairan mengalir melewati permukaan bahan isian

dalam bentuk lapisan film tipis sehingga luas bidang kontak antara fase uap dan

cair makin besar. Cairan masuk dari bagian atas menara, sedangkan gas masuk

dari bagian bawah menara (Brown, 1950).

Jenis bahan isian yang baik harus memenuhi syarat-syarat sebagai berikut :

1) Harus memiliki luas permukaan per volume yang besar sehingga dapat

menyediakan luas kontak yang besar memungkinkan terjadinya kontak

yang baik antara zat cair dan gas,

2) Harus memiliki porositas yang besar sehingga pressure drop tidak tinggi,

3) Harus dapat memiliki ”wetting characteristic” yang baik,

4) Tahan korosi,

5) Memiliki bulk density yang rendah,

6) Tidak mahal,

7) Harus tidak bereaksi (kimia) dengan fluida di dalam menara,

8) Harus kuat tetapi tidak terlalu berat,

9) Harus mengandung cukup banyak laluan untuk kedua arus tanpa terlalu

banyak zat cair yang terperangkap (holdup) atau menyebabkan penurunan

tekanan terlalu tinggi.

2.4 Jenis-jenis Isian Menara pada Menara Isian (Packed Column)

1) Ceramic Random Packing

Ceramic Random Packing juga disebut sebagai ceramic column packing,

ceramic random dump packing, packed tower packings, in shape of saddles dan

rings.

Permukaan keramik ceramic packing dapat menghasilkan film yang sangat

tipis, yang dapat mempromosikan pencampuran cair dan uap dan menghasilkan

10

sedikit penurunan tekanan pada waktu yang sama. Ceramic packing dapat

diaplikasikan dalam suhu tinggi dan bahan kimia tahan korosi.

Ceramic Random tower packing (column ceramic packing) meliputi:

Ceramic Intaloks Saddle Ring, Ceramic Super Intaloks Saddle Ring, Super

Cascade Ring, Ceramic Cascade Ring,Ceramic Pall Ring, Ceramic Cross-

partition Ring, Ceramic Y Form Ring, Ceramic Conjugate Ring, Ceramic Raschig

Ring,Ceramic Oval hole Chain, Ceramic Y Chain, Catalyst Bed Support Media

(inert ceramic ball)  Column Packings and Packed Column Design, Ceramic

Saddles, Pall Ring, dan ceramic column packings lainnya.

Aplikasi dari ceramic random packing:

Ceramic Random Packing sangat cocok untuk kondisi suhu tinggi dan

suhu yang lebih rendah dan dapat jauh lebih tahan terhadap segala macam asam

organik, asam anorganik dan solusi kecuali untuk asam fluorida dari kemasan

logam. Random Ceramic Packing atau pengepakan Kolom Ceramic banyak

digunakan dalam pengeringan menara, menyerap tower dan menara pendingin di

bidang kimia, seperti petrokimia industri.

Acid resistant ceramic packings rings yang banyak digunakan dalam

kilang, teknik kimia, pabrik gas, pabrik oksigen, pabrik baja dan pabrik farmasi.

Ceramic packing terutama digunakan sebagai lapisan-lapisan dari bejana reaksi di

menara cuci, menara pendingin, reklamasi menara, menara desulfurisasi,

pengeringan menara dan menyerap menara. Mereka juga dapat digunakan sebagai

lapisan batu bata di kolam anti korosi dan saluran.

2) Plastic Random packing

Plastic random packing sangat efisien untuk meningkatkan kapasitas

tower dan efisiensi. Ada banyak keuntungan proses yang dapat diwujudkan

dengan menggunakan plastic random packing di berbagai aplikasi.

Plastic random packing meliputi: Plastic Pall Ring random column

packing , Plastic Cascade ring random packing, Plastic Conjugate ring random

packing , Plastic Rosette ring random packing, A Form Rosette, Plastic Frame

Ball, Polyhedral hollow ball, Plastic Revolve ball, Plastic Super Saddle ring

random packing, Edge ball, Plastic Mesh ball, Hollow floatation, Plastic Star

11

ring random packing, Flower Ball , Plastic Taper Ring, Structured wire mesh

corrugated, Plastic Heilex ring, Plastic Super mini ring column packing, Plastic

Saddle ring random column packing, Plastic Solid ball random column packing,

Bio packing, Plastic Corrugated random column Packing, Column Packings dan

Packed Column Design, Ceramic Saddles, Pall Ring.

Aplikasi dari Plastic Random Packing dapat digunakan dalam penyerapan,

dan transfer panas. Bahan dasar plastik yang digunakan : PE , PP , RPP , PVC ,

CPVC , PVDF

3) Metal Random Packing

Metal tower packing merupakan penggabungan dari kinerja gaya pelana

dan cincin. Bentuknya yang unik dapat membantu memastikan terjadinya

penurunan tekanan. Geometri eksternal mencegah kemasan dari saling atau

melibatkan, memastikan keacakan dan luas permukaan yang optimal dalam

unggun, sementara jari internal lengkungan dan baling-baling mempromosikan

antarmuka gas yang optimal / kontak cairan dengan sedikit hambatan atau terus-

up. Konsumsi energi berkurang, karena rasio refluks yang lebih rendah.

Struktur Kolom Packing terbentuk dari lembaran tipis vertikal

bergelombang pengukur keramik / logam / plastik dengan sudut lipatan terbalik

dalam lembaran yang berdekatan untuk membentuk struktur sarang lebah yang

sangat terbuka dengan saluran aliran miring dan luas permukaan yang relatif

tinggi. efektif digunakan untuk meningkatkan uap cair-kontak dan karenanya

berbagai perangkat tambahan permukaan yang tersedia untuk mempromosikan

cairan tersebar di permukaan packing . Resistansi rendah ke aliran uap bersama-

sama dengan efisiensi penggunaan permukaan yang tersedia cenderung

memberikan kemasan terstruktur keuntungan kinerja yang signifikan selama

kemasan acak dalam uap tingkat tinggi / sistem tingkat rendah cair.

Metal Random Packing meliputi: metal intalox saddles, metal super

intalox saddles, Nutter ring, metal pall ring, metal Cascade mini rings, metal

conjugate rings, metal rectangle saddles, metal VSP (eight four inner radian

ring). Column Packings and Packed Column Design, Pall Ring.

Aplikasi Metal Random Packing:

12

Penyerapan dan Stripping (di mana kapasitas tinggi dan berbagai tahap

yang diperlukan), Menara distilasi (dari vakum dalam tekanan konstan),

Perpindahan panas (fractionators kilang dan kolom olefin).

2.4 Mellapack Packing

Mellapak adalah jenis reguler packing yang paling banyak digunakan di

seluruh dunia. Telah terbukti kinerja mellapack yang sangat baik di kolom dengan

diameter hingga 15 m. Hal ini disediakan dalam ketebalan lembaran logam dari

0,1 mm.