ABSORPSI

Pengertian Absorpsi

Definisi Absorpsi adalah proses penyerapan suatu zat oleh zat lain. Dalam proses ini, zat yang diserap masuk ke bagian dalam zat penyerap. Misalnya peristiwa pelarutan (gas ke dalam zat cair atau zat padat), difusi (zat cair ke dalam zat padat), warna yang diserap oleh suatu benda (warna absorpsi), penyerapan sinar bias oleh suatu zat pada peristiwa bias kembar (absorpsi selektif) dan penyerapan energy oleh electron di dalam satuan atom (spectrum absorpsi). Sedangkan pengertian absorpsimetri adalah metode analisis untuk menentukan komposisi suatu zat dengan mengukur cahaya yang diserap bahan itu. Misalnya, dengan mengetahui frekuensi warna cahaya yang diserap, dapat ditentukan jenis zat penyerap.

LAPORAN OPERASI TEKNIK KIMIA ABSORBSI

  Dasar Teori

Absorbsi merupakan salah satu proses pemisahan dengan mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapnya. Penyerap tertentu akan menyerap setiap satu atau lebih komponen gas. Pada absorbsi sendiri ada dua macam proses yaitu :

a.         Absorbsi fisik

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

b.        Absorbsi kimia

Absorbsi kimia merupakan absorbsi dimana gas terlarut didalam 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 amoniak. 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.

Hal-hal yang mempengaruhi dalam prsoses adsorbsi :

Ø  Zat yang diadsorbsi

Ø  Luas permukaan yang diadsorbsi

Ø  Temperatur

Ø  Tekanan

Absorben

Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Persyaratan 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

Jenis-jenis bahan yang dapat digunakan sebagai absorben adalah air (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan), natrium hidroksida (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti asam) dan asam sulfat (untuk gas-gas yang dapat bereaksi seperti basa).

Kolom Absorpsi

Adalah suatu kolom atau tabung tempat terjadinya proses pengabsorbsi penyerapan/penggumpalan) dari zat yang dilewatkan di kolom/tabung tersebut. Proses ini dilakukan dengan melewatkan zat yang terkontaminasi oleh komponen lain dan zat tersebut dilewatkan ke kolom ini dimana terdapat fase cair dari komponen tersebut. Diantara jenis-jenis absorben ini antara lain, arang aktif, bentonit, dan zeolit.

1. Arang aktif

Arang merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadikebocoran udara didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Arang selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktifasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif. Arang aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa

kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-1000% terhadap berat arang aktif. Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. Arang aktif sebgai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat halus, diameter pori mencapai 1000 A⁰, digunakan dalam fase cair,berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat penganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia dan industri baru. Diperoleh dari serbukserbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah.

Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 A⁰ , tipe pori lebih halus, digunakan dalam rase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut, katalis,pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyaibahan baku yang mempunyai struktur keras.

2. Zeolit

Mineral zeolit bukan merupakan mineral tunggal, melainkan sekelompok mineral yang terdiri dari beberapa jenis unsur. Secara umum mineral zeolit adalah senyawa alumino silikat hidrat dengan logam alkali tanah. serta mempunyai rumus kimia sebagai berikut :

M²_x/nSi_1-xAl_xO₂.yH₂O

Dengan M = e.g Na, K, Li, Ag, NH, H, Ca, Ba

Ikatan ion Al-Si-O adalah pembentuk struktur kristal, sedangkan logam alkali adalah kation yang mudah tertukar. Jumlah molekul air menunjukkan jumlah pori-pori atau volume ruang hampa yang akan terbentuk bila unit sel kristal zeolit tersebut dipanaskan. Penggunaan zeolit cukup banyak, misalnya untuk industri kertas, karet, plastik, agregat ringan, semen puzolan, pupuk, pencegah polusi, pembuatan gas asam, tapal gigi, mineral penunjuk eksplorasi, pembuatan batubara, pemurnian gas alam, industri oksigen, industri petrokimia.

Dalam keadaan normal maka ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang membentuk bulatan di sekitas kation. Bila kristal tersebut dipanaskan selama beberapa jam, biasanya pada temperatur 250-900 ^oC, maka kristal zeolit yang bersnagkutan berfungsi menyerap gas atau cairan. Daya serap (absorbansi) zeolit tergantung dari jumlah ruang hampa dan luas permukaan. Biasanya mineral zeolit mempunyai luas permukaan beberapa ratus meter persegi untuk setiap gram berat. Beberapa jenis mineral zeolit mampu menyerap gas sebanyak 30% dari beratnya dalam keadaan kering. Pengeringan zeolit biasanya dilakukan dalam ruang hampa dengan menggunakan gas atau udara kering nitrogen atau methana dengan maksud mengurangi tekanan uap ari terhadap zeolit itu sendiri.

3. Bentonit

Bentonit adalah istilah pada lempung yang mengandung monmorillonit dalam dunia perdagangan dan termasuk kelompok dioktohedral. Penamaan jenis lempung tergantung dari penemu atau peneliti, misal ahli geologi, mineralogi, mineral industri dan lain-lain. Bentonit dapat dibagi menjadi 2 golongan berdasarkan kandungan alu-munium silikat hydrous, yaitu activated clay dan fuller's Earth. Activated clay adalah lempung yang kurang memiliki daya pemucat, tetapi daya pemucatnya dapat ditingkatkan melalui pengolahan tertentu. Sementara itu, fuller's earth digunakan di dalam fulling atau pembersih bahan wool dari lemak. Sifat bentonit sebagai adsorben adalah :

Ø  mempunyai surface area yang besar (fisika)

Ø  bersifat asam yang padat (kimia)

Ø  bersifat penukar-ion (kimia)

Ø  bersifat katalis (kimia)

Aplikasi Absorbsi

Absorbsi dalam dunia industri digunakan untuk meningkatkan nilai guna dari suatu zat dengan cara merubah fasenya.

1. Proses Pembuatan Formalin

Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55 ⁰C,dimasukkan ke dalam absorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandunglarutan 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. Proses Pembuatan Asam Nitrat

Pembuatan asam nitrat (absorpsi NO dan NO₂).Proses pembuatan asam nitrat Tahap akhir dari proses pembuatan asam nitrat 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 menghasilkan asam nitrat dengan konsentrasi 60 % berat dan kandungan NOx gas buang tidak lebih dari 200 ppm.

Aplikasi absorbsi lainnya seperti proses pembuatan urea,produksi ethanol, minuman berkarbonasi, fire extinguisher,dry ice,supercritical carbon dioxide dan masih banyak lagi aplikasi absorbsi dalam industri.

Selain itu absorbsi ini juga digunakan untuk memurnikan gas yang dihasilkan dari fermentasi kotoran sapi. Gas CO₂ langsung bereaksi dengan larutan NaOH sedangkan CH₄ tidak. Dengan berkurangmya konsentrasi CO₂ sebagai akibat reaksi dengan NaOH, maka perbandingan konsentrasi CH₄ dengan CO₂ menjadi lebih besar untuk konsentrasi CH₄. Absorbsi CO₂ dari campuran biogas ke dalam larutan NaOH dapat dilukiskan sebagai berikut:

CO_2(g) + NaOH_(aq) → NaHCO_3(aq)

NaOH_(aq) + NaHCO₃ → Na2CO_3(s) + HO_(l)      +

CO2_(g) + 2NaOH_(aq) → Na2CO_3(s) + H₂O_(l)

Dalam kondisi alkali atau basa, pembentukan bikarbonat dapat diabaikan karena bikarbonat bereaksi dengan OH^- membentuk CO₃^2-

Prinsip Absorbsi

Udara yang mengandung komponen terlarut (misalnya CO₂) dialirkan ke dalam kolom pada bagian bawah. Dari atas dialirkan alir. Pada saat udara dan air bertemu dalam kolom isian, akan terjadi perpindahan massa. Dengan menganggap udara tidak larut dalam air (sangat sedikit larut),maka hanya gas CO₂ saja yang berpindah ke dalam fase air (terserap). Semakin ke bawah, aliran air semakin kaya CO₂. Semakin ke atas ,aliran udara semakin miskin CO₂. Faktor-faktor yang berpengaruh pada operasi absorpsi adalah sebagai berikut :

·         Laju alir air. Semakin besar,penyerapan semakin baik.

·         Komposisi dalam aliran air. Jika terdapat senyawa yang mampu beraksi dengan CO₂ (misalnya NaOH) maka penyerapan lebih baik.

·         Suhu operasi.Semakin rendah suhu operasi,penyerapan semakin baik.

·         Tekanan operasi.Semakin tinggi tekanan operasi, penyerapan semakin baik sampai pada batas tertentu. Diatas tekanan maksimum (untuk hidrokarbon biasanya 4000-5000 kPa), penyerapan lebih buruk.

·         Laju alir gas. Semakin besar laju alir gas, penyerapan semakin buruk.

Operasi absorpsi dapat digambarkan secara skematik sebagai berikut :

     Y₁       L,X₀                                 Keterangan :

                                                G    = laju alir udara bebas CO₂

                                                Y₁      = rasio laju alir  CO₂ terhadp udara pada aliran gas keluar

                                                Y_n+1 = rasio laju alir CO₂ terhadap udara pada aliran gas masuk

                                                 L     = laju alir air bebas CO₂

                                                                         X₀    = rasio laju alir CO₂ terhadap udara pada aliran air masuk

                                                 X_n   = rasio laju alir CO₂ terhadap udara pada aliran air keluar

 G, Y_n+1    Xn

Gambar 1.Skema proses Absorpsi.

Naraca massa total dalam kolom absorber dapat ditulis sebagai berikit :

G(Y_n+1 – Y₁) = L(X_n –X₀)

    II.            Data Pengamatan

Laju alir Udara   =             60 L/menit

Laju alir Air                          =             4 L/menit

Laju alir CO₂                        =             2 L/menit

Absorber                             : Larutan NaOH 0,1 N (20 Liter)

Larutan Penitrasi              : HCl 0,1 N

Volume Sampling             : 10 mL

Tabel Pengamatan Titrasi Sampel

Sampel ke-	t (menit)	Volume HCl ke-1 (a mL)	Volume HCl ke-2 (b mL)
1	0	8,0	5,0
2	5	7,0	9,1
3	10	6,2	9,7
4	15	6,0	10,2
5	20	5,3	10,7
6	25	5,0	11,1
7	30	4,7	11,5

 III.            Pengolahan Data

1)      t = 0 menit

n Na₂CO₃             =

                                                =

                                                = 0.08 mol

n NaHCO₃            =

                                                =

                                                = -0.03 mol

n CO₂                     = n Na₂CO₃  +  n NaHCO₃

                                                                        = 0.08 + (-0.03)

                                                = 0.05 mol

2)      t = 5 menit

n Na₂CO₃             =

                                                =

                                                = 0.07 mol

n NaHCO₃            =

                                                =

                                                = 0.021 mol

n CO₂                       = n Na₂CO₃  +  n NaHCO₃

                                                                        = 0.07 + 0.021

                                                = 0.091 mol

3)      t = 10 menit

n Na₂CO₃             =

                                                =

                                                = 0.062 mol

n NaHCO₃            =

                                                =

                                                = 0.035 mol

n CO₂                                    = n Na₂CO₃  +  n NaHCO₃

                                                                        = 0.062 + 0.035

                                                = 0.097 mol

4)      t = 15 menit

n Na₂CO₃             =

                                                =

                                                = 0.06 mol

n NaHCO₃            =

                                                =

                                                = 0.042 mol

n CO₂                                    = n Na₂CO₃  +  n NaHCO₃

                                                                        = 0.06 + 0.042

                                                = 0.102 mol

5)      t = 20 menit

n Na₂CO₃             =

                                                =

                                                = 0.053 mol

n NaHCO₃            =

                                                =

                                                = 0.054 mol

n CO₂                                    = n Na₂CO₃  +  n NaHCO₃

                                                                        = 0.053 + 0.054

                                                = 0.107 mol

6)      t = 25 menit

n Na₂CO₃             =

                                                =

                                                = 0.05 mol

n NaHCO₃            =

                                                =

                                                = 0.061 mol

n CO₂                                    = n Na₂CO₃  +  n NaHCO₃

                                                                        = 0.05 + 0.061

                                                = 0.111 mol

7)      t = 30 menit

n Na₂CO₃             =

                                                =

                                                = 0.047 mol

n NaHCO₃            =

                                                =

                                                = 0.068 mol

n CO₂                                    = n Na₂CO₃  +  n NaHCO₃

                                                                        = 0.047 – 0.068

                                                = 0.115 mol