LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA JURUSAN … fileMensimulasikan packed column absorber dalam skala laboratorium : 2. Birnbaum . 1977. Mempelajari perhitungan dengan metode

L/O/G/O

LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA

JURUSAN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

Oleh :

Hendi Riesta Mulya 2309100093

Firsta Hardiyanto 2309100149

Pembimbing :

Dr. Ir. Susianto, DEA

Siti Nurkhamidah, ST.,MS.,PhD

SIMULASI ABSORPSI REAKTIF CO2 DENGAN LARUTAN

BENFIELD DALAM SKALA INDUSTRI

www.themegallery.com 2

IMPURITIES

Mengurangi nilai kalor.

Korosif terhadap perpipaan

dan peralatan.

Absorpsi Kimia

CO2

Pembekuan pada

proses pendinginan.

Racun terhadap katalis pada

Sintesa amoniak (Fe2O5).

- Proses Adsorpsi

- Membran

- Cryogenic

- Absorpsi Fisik

- Absorpsi Kimia

Efektif & Ekonomis


Kinerja Alat Optimum Trial & Error

Kekurangan Trial & error : -Kesulitan ketika kondisi aliran gas masuk berubah.

-Tidak bisa memprediksi berapa target %removal CO2 yang didapat.

SIMULASI ABSORPSI REAKTIF CO2

Kolom Absorber di Industri

www.themegallery.com

Keunggulan :

- Panas regenerasi rendah.

- Dapat mengabsorp mercaptan.

- Loading gas asam tinggi.

Kelemahan

- Reaksi lambat.

4

PELARUT (Larutan Amine dan Larutan K2CO3)

Larutan K2CO3

Keunggulan :

- Laju absorpsi cepat.

- Biaya pelarut murah.

Kelemahan :

- Biaya utilitas tinggi.

- Panas regenerasi tinggi.

- Tidak dapat memisahkan senyawa

mercaptan.

Larutan Amine

Untuk meningkatkan

performance pelarut K2CO3

ditambahkan promotor/activator.

Larutan K2CO3 dengan menggunakan Amine sebagai

activatornya disebut larutan Benfield.


No Nama Peneliti Tahun Uraian 1. Alper, et al 1975 Mensimulasikan packed column absorber dalam skala laboratorium 2. Birnbaum 1977 Mempelajari perhitungan dengan metode double orthogonal collocation 3. Winkelman, et al 1992 Memodelkan dan mensimulasikan absorber di industry formaldehyde 4. Mustafa 2003 Mengembangkan tipe baru dari absorber di dalam aplikasi industri.

5. Cent, et al 2005 Mempelajari kriteria proses absorption CO2 didalam larutan karbonat dan bikarbonat

6. Fei Yi, et al 2009 Memodelkan dan experiment absorpsi CO2 dengan menggunakan larutan Benfield

7. Sanitasari, et al 2009 Melaksanakan simulasi recovery CO2 pada gas sintesa dengan absorben K2CO3 katalis DEA dalam packed column

8. Treybal,et al 2010 Mempelajari adiabatic gas absorption di dalam packed tower.

9. Simon, et al 2011 Mempelajari rate based modeling absorpsi karbondioksida menggunakan larutan MEA.

10. Plaza, et al 2011 Memodelkan CO2 removal menggunakan larutan piperazine.

5


1.Mengembangkan model matematik unit absorpsi CO2 dengan menggunakan larutan Benfield dalam skala industri.

2.Mengestimasi kinerja unit absorpsi CO2 yang dinyatakan dengan %removal CO2 dalam absorber dan komposisi gas yang keluar dari absorber.

Model yang telah dikembangkan diharapkan dapat dijadikan acuan pada industri untuk merancang unit CO2 removal dan menganalisa serta mengoptimasi kinerja unit tersebut.

Bagaimana merancang pemodelan absorpsi CO2

skala industri dan mensimulasikannya dengan berbagai variabel yang telah ditentukan.


Pengembangan Model Matematis

Penyelesaian Numerik

Pembuatan program dengan software Matlab

Validasi Data

Analisa Model Matematis

Pembuatan Kesimpulan

Selesai

Mulai

Studi Literatur


Rich Solution

Lean Solution

Semilean Solution

Gas Out

Gas In

Packing atas

Packing bawah

Kolom atas

Kolom bawah

Diameter kolom bawah

Diameter kolom atas

DETAIL KOLOM

ATAS BAWAH

Diameter Kolom (cm) 183 305

Tinggi Packing (m) 15.85 18.29

Luas Spesifik Packing (cm-1) 1 0.6

Ukuran Packing/Diameter (cm) 5 7

(Data PT. PKT-Bontang)


Pengembangan

Model Matematis

Data

Kesetimbangan

Reaksi

Data Kelarutan

komponen gas

Data Perpindahan

Massa

Data Kinetika

Reaksi

MODEL PACKED COLUMN:

Neraca massa differensial K2CO3 dalam fase liquida.

Neraca massa overall untuk menghubungkan mole fraksi CO2 dalam gas

dengan konsentrasi K2CO3 dalam fase liquida


M

TBB

L

ZaR

d

dC '0

TZ

z

Sistem I

dRL

ZadC

B

INB

C

C M

TBB

1

0

0 '

dCCEkL

ZaAAL

M

TB

1

0

0*'

dCCEH

Z o

AA

T

TB

1

0

* )(

)( *2

1

o

AA

N

i

iji

T

TB CCEHH

Z

)( *2

1

o

AA

N

i

iji

T

TBBinBj CCEH

H

ZCC

BinBj CC

*

*

2

1

)1( A

A

o

AN

i

iji

T

TBBinBj X

C

CEH

H

ZXX

Cx

1

0*

AAL CCEkR 'ak

LH

L

MT BinBj

B

PPinPj XXXX

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

Sistem II


Sistem II

][][.

AinAj

M

MBinBj

BM

MAinAj XX

G

LXX

vG

LYY

][ KinKj

M

MKinKj XX

G

LYY

CO2 :

Gas terlarutnya :

INA

OUTA

Y

Y1CO Removal% 2

L

CBIN

CPIN

G

YA

YK

G

YAOUT

YKOUT

L

CB0

CP0

(9)

(10)

(11)


Suhu Gas Masuk : 362 K

Laju Alir Gas Masuk : 204.020 kg/jam

Fraksi Mol Gas Masuk:

CO2 : 0,1847 N2 : 0,2082

CO : 0,0025 CH4 : 0,0032

H2 : 0,5988 Argon : 0,0025

Fraksi Massa Liquida Masuk:

Lean Solution: Semilean Solution:

- K2CO3 : 0,23 - K2CO3 : 0,16

- KHCO3 : 0,08 - KHCO3 : 0,14

- Katalis : 0,01 - Katalis : 0,01

Suhu absorben (K).

Laju alir absorben masuk (kg/jam).

Tekanan absorber (atm). Variabel Penelitian

Laju alir dan komposisi gas keluar.

Laju alir dan komposisi rich solution keluar.

Distribusi konsentrasi komponen dalam fase liquida

pada packed column.

%Removal CO2.


)exp( 211

T

KKkACT )

6462,2868exp(4,26787699271

TkACT

Gambar 2. Pengaruh Suhu semilean Solution terhadap %Removal CO2. Gambar 1. Pengaruh Suhu lean Solution terhadap %Removal CO2.

R

EK 2


Gambar 3. Pengaruh Laju Alir Lean Solution terhadap %Removal CO2. Gambar 4. Pengaruh Laju Alir Semilean Solution terhadap %Removal CO2.

33222 2KHCOCOKOHCO


Gambar 5. Pengaruh Tekanan Kolom terhadap %Removal CO2.

C

HekEk

CEkPkC

GL

ALAGA .

.

...0

*


Gambar 6. Distribusi Konsentrasi Komponen dalam Liquida pada Packing Atas.

Gambar 7. Distribusi Konsentrasi Komponen dalam Liquida pada Packing Bawah


Fraksi Komponen Hasil Simulasi Hasil di PT.PKT

Gas Keluar

CO2 0,0061675 0,00129

CO 0,0038982 0,00225

H2 0,7293 0,7532

N2 0,25369 0,2368

CH4 0,0038982 0,00338

Ar 0,0030456 0,00312

Liquida Keluar K2CO3 0,041248 0,06917

KHCO3 0,23163 0,2652

%Removal CO2 97,2606 97,515

Tabel 3. Validasi Hasil Penelitian dengan Data Lapangan PT. PKT-Bontang


1. Pada penelitian ini telah dikembangkan program simulasi proses absorbsi CO2 dengan absorben K2CO3 berkatalis ACT-1 dalam packed column untuk skala industri.

2. Penelitian ini mendapatkan data konstanta kecepatan reaksi untuk katalis ACT-1, yaitu:

3. Hasil prediksi simulasi untuk tekanan absorber 29,4 atm dengan laju alir lean sebesar 320.867 kg/jam, Tlean= 343 K; dan laju alir semilean sebesar 2.514.122 kg/jam, Tsemilean= 385 K, menunjukkan nilai %removal CO2 sebesar 97,2606%, sedangkan data pabrik (di PT. PKT-Bontang) menunjukkan nilai %removal CO2

sebesar 97,515%. 4. Pada penelitian ini telah dikaji secara teoritis pengaruh berbagai variabel proses

seperti laju alir absorben, suhu absorben, dan tekanan kolom absorber terhadap %removal CO2.

)6462,2868

exp(4,26787699271T

kACT


1. Meneruskan penelitian pada kondisi non-ishotermal agar mendapatkan hasil yang lebih baik dan lebih akurat.

2. Perlu dilakukan kegiatan eksperimen untuk mendapatkan konstanta kecepatan reaksi pada katalis ACT-1 guna mendapatkan data yang lebih akurat.


TERIMA KASIH


OUTML

KY

MG

INAY

INKY

TG

OUTAY

OUTKY

OUTG

INBX

INPX

AML

INBX

INPX

BML

OUTBX

OUTPX

OUTML

BX

PX

ML

Documents

LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA JURUSAN … fileMensimulasikan packed column absorber dalam skala laboratorium : 2. Birnbaum . 1977. Mempelajari perhitungan dengan metode