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 dengan air proses.

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. Empat fluks masuk

yaitu air umpan absorber, udara pemutih, gas proses, dan asam lemah. Dua fluks

keluar yaitu asam nitrat produk dan gas buang. Kolom absorpsi dirancang untuk

4

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

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

5

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.

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:

1) Umpan pada absorpsi masuk dari bagian bawah kolom, sedangkan pada

distilasi umpan masuk dari bagian tengah kolom.

2) Pada absorpsi cairan solven masuk dari atas kolom di bawah titik didih,

sedangkan pada distilasi cairan solven masuk bersama bagian tengah kolom.

3) Pada absorpsi difusi dari gas ke cairan bersifat irreversible, sedangkan pada

distilasi difusi yang terjadi adalah equimolar counter diffusion.

4) 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.

6

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.

7

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)

8

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:

9

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 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

10

gas yang larut disebut kelarutan gas pada kondisi temperatur dan tekanan yang

telah ada.

Pada temperature yang tetap (T=konstan), kelarutan gas akan bertambah

bila nilai P dinaikkan pada absorben yang sama. Gas yang berbeda

mempunyai kelarutan yang berbeda. Pada umumnya kelarutan gas akan

menurun bila T dinaikkan.

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 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

11

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 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.

12

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.

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

13

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

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,

14

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

dτ A

dZ

(1)

keterangan:

JA,Z = molar flux pada Z

dτ A

dZ = perubahan konsentrasi

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

komponen B.

Nilai dari koefisien difusivitas akan tergantung pada nilai:

1) Tekanan

2) Temperatur

3) Komposisi sistem

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.

15

Model ini tergantung pada mekanisme perpindahan dan karakterisitk dari gerakan

fluida. Persamaan laju perpindahan massa konvektif dituliskan sebagai berikut:

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:

N A ,Z=DAB .P

RT (Z2−Z1 )PA 1−PA 2

LnPB

(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.

16

Kebanyakan data dari perpindahan massa antara 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 untuk falling liquid

film dikorelasikan oleh vivian dan peacemen dengan korelasi:

KL Z

DAB

=0 , 433 (sc )12 [ ρ2 gZ 3

μ2 ]16 ( Re )0,4

(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.

shav=0 , 023 Re0, 83 sc

13

(5)

17

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 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;

dτ yx

dy+ρg=0

(6)

keterangan:

= shear stress

= density

g = gravitasi

y = jarak

Persamaan untuk profil kecepatan:

V x=ρgδ2

μ [ y6−1

2 ( yδ )

2 ] (7)

keterangan:

18

Vx = kecepatan arah x

= tebal film

= viskositas

Persamaan untuk kecepatan maksimum;

V max=ρgδ 2

2 μ

(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:

KC⋅D

D AB

ρB⋅I M

ρ = 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).

k L⋅Z

DAB =

0 ,433⋅Sc0,5⋅( g⋅z3

μ2 )16⋅R

e0,4

(10)

19

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. Akan tetapi, selain harga dan jumlahnya terdapat beberapa karakteristik

yang harus diperhatikan dalam pemilihan pelarut. Beberapa karakteristik yang

harus diperhatikan diantaranya adalah:

1) Volatilitas pelarut. Pelarut yang baik haruslah memiliki tekanan uap yang

rendah. 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.

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

20

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 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