L/O/G/O
LABORATORIUM PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SIMULASI ABSORPSI REAKTIF CO2 DENGAN LARUTAN BENFIELD DALAM SKALA INDUSTRI
Oleh : Hendi Riesta Mulya
2309100093
Firsta Hardiyanto
2309100149
Pembimbing : Dr. Ir. Susianto, DEA Siti Nurkhamidah, ST.,MS.,PhD
IMPURITIES Mengurangi nilai kalor.
CO2
Korosif terhadap perpipaan dan peralatan. Pembekuan pada proses pendinginan. Racun terhadap katalis pada Sintesa amoniak (Fe2O5). Efektif & Ekonomis
Absorpsi Kimia
www.themegallery.com
-
Proses Adsorpsi Membran Cryogenic Absorpsi Fisik Absorpsi Kimia
2
Kolom Absorber di Industri
Trial & Error
Kinerja Alat Optimum
Kekurangan Trial & error : -Kesulitan ketika kondisi aliran gas masuk berubah. -Tidak bisa memprediksi berapa target %removal CO2 yang didapat.
SIMULASI ABSORPSI REAKTIF CO2 www.themegallery.com
3
PELARUT (Larutan Amine dan Larutan K2CO3) Larutan K2CO3
Larutan Amine
Keunggulan : - Panas regenerasi rendah. - Dapat mengabsorp mercaptan. - Loading gas asam tinggi. Kelemahan - Reaksi lambat.
Untuk meningkatkan performance pelarut K2CO3 ditambahkan promotor/activator. www.themegallery.com
Keunggulan : - Laju absorpsi cepat. - Biaya pelarut murah. Kelemahan : - Biaya utilitas tinggi. - Panas regenerasi tinggi. - Tidak dapat memisahkan senyawa mercaptan.
Larutan K2CO3 dengan menggunakan Amine sebagai activatornya disebut larutan Benfield.
4
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. Mempelajari kriteria proses absorption CO2 didalam larutan karbonat dan Cent, et al 2005 5. bikarbonat Memodelkan dan experiment absorpsi CO2 dengan menggunakan larutan 6. Fei Yi, et al 2009 Benfield Melaksanakan simulasi recovery CO2 pada gas sintesa dengan absorben 7. Sanitasari, et al 2009 K2CO3 katalis DEA dalam packed column 8.
Treybal,et al
2010 Mempelajari adiabatic gas absorption di dalam packed tower.
9.
Simon, et al
2011
10.
Plaza, et al
www.themegallery.com
Mempelajari rate based modeling absorpsi karbondioksida menggunakan larutan MEA. 2011 Memodelkan CO2 removal menggunakan larutan piperazine.
5
Bagaimana merancang pemodelan absorpsi CO2 skala industri dan mensimulasikannya dengan berbagai variabel yang telah ditentukan. 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. www.themegallery.com
6
Mulai
Studi Literatur Pengembangan Model Matematis Penyelesaian Numerik Pembuatan program dengan software Matlab Validasi Data Analisa Model Matematis Pembuatan Kesimpulan
Selesai www.themegallery.com
7
Diameter kolom atas Gas Out Lean Solution Kolom atas
Packing atas Semilean Solution
DETAIL KOLOM Diameter Kolom (cm) Tinggi Packing (m)
ATAS BAWAH 183 305 15.85 18.29
Luas Spesifik Packing (cm-1)
1
0.6
Ukuran Packing/Diameter (cm)
5
7
(Data PT. PKT-Bontang)
Kolom bawah
Packing bawah
Gas In Rich Solution Diameter kolom bawah
www.themegallery.com
8
Data Kesetimbangan Reaksi
Data Perpindahan Massa
Pengembangan Model Matematis
Data Kinetika Reaksi
Data Kelarutan komponen gas
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 www.themegallery.com
9
Sistem I dCB0 B R a' ZT d LM CB
dC 0 B
B a ' ZT LM
C BIN
HT
L
R Ek L C C
www.themegallery.com
* A
0 A
HT
LM k L a'
* A
(3)
C A0 d
1
(4)
* o E (CA CA )d
0
B ZT N 2 HT
X Bj X Bin
z ZT
(2)
0
0
B ZT
CBj CBin
R d
Ek C
LM
1
1
C Bj C Bin B a' ZT Sistem II
(1)
H ji Ei (C A* C Ao ) i 1
(5)
B ZT N 2
(6)
HT
H ji Ei (C A* C Ao ) i 1
B ZT N 2 HT
X Pj X Pin
C Ao * H ji Ei (1 * ) X A CA i 1
P X X Bin B Bj
x
1 C
(7) (8)
10
Sistem II G YAOUT YKOUT
L CBIN CPIN
CO2 : YAj YAin LM [ X Bj X Bin ] LM [ X Aj X Ain ] GM .vB
GM
Gas terlarutnya : YKj YKin
%Removal CO 2 1
G YA YK
www.themegallery.com
LM [ X Kj X Kin ] GM
YA OUT YA IN
(9)
(10)
(11)
L CB0 CP0
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
Variabel Penelitian
Suhu absorben (K). Laju alir absorben masuk (kg/jam). Tekanan absorber (atm). Laju alir dan komposisi gas keluar. Laju alir dan komposisi rich solution keluar. Distribusi konsentrasi komponen dalam fase liquida pada packed column. %Removal CO2.
www.themegallery.com
12
k ACT 1 K1 exp(
K2 ) T
k ACT 1 2678769927,4 exp(
2868,6462 ) T K2
Gambar 1. Pengaruh Suhu lean Solution terhadap %Removal CO2. www.themegallery.com
E R
Gambar 2. Pengaruh Suhu semilean Solution terhadap %Removal CO2.
13
Gambar 3. Pengaruh Laju Alir Lean Solution terhadap %Removal CO2.
Gambar 4. Pengaruh Laju Alir Semilean Solution terhadap %Removal CO2.
CO2 H 2 O K 2 CO3 2KHCO3
www.themegallery.com
14
CA
*
k .P k L .E.C A G A k .He k L .E G C
0
Gambar 5. Pengaruh Tekanan Kolom terhadap %Removal CO2.
www.themegallery.com
15
Gambar 6. Distribusi Konsentrasi Komponen dalam Liquida pada Packing Atas. www.themegallery.com
Gambar 7. Distribusi Konsentrasi Komponen dalam Liquida pada Packing Bawah
16
Tabel 3. Validasi Hasil Penelitian dengan Data Lapangan PT. PKT-Bontang Fraksi Komponen CO2 CO H2 Gas Keluar N2 CH4 Ar K2CO3 Liquida Keluar KHCO3 %Removal CO2
www.themegallery.com
Hasil Simulasi Hasil di PT.PKT 0,0061675 0,00129 0,0038982 0,00225 0,7293 0,7532 0,25369 0,2368 0,0038982 0,00338 0,0030456 0,00312 0,041248 0,06917 0,23163 0,2652 97,2606 97,515
17
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, 2868,6462 yaitu: k ACT 1 2678769927,4 exp( ) T 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. www.themegallery.com
18
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.
www.themegallery.com
19
TERIMA KASIH
www.themegallery.com
LM A
GOUT Y A OUT YK OUT
GM LM OUT
YK
GT Y A IN Y K IN
www.themegallery.com
X BIN X PIN
LM B
LM
XB XP
X BIN X PIN
LM OUT
X BOUT X POUT
