Laboratorium Perpindahan Massa dan Panas Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember
1
MODEL SIMULASI ABSORBSI GAS CO2 DALAM LARUTAN METHYLDIETHANOLAMINE (MDEA) BERPROMOTOR PIPERAZINE (PZ) DALAM PACKED COLUMN Gede Sutrisna Adi W.
(2310100066)
Nizar Nazaruddin
(2310100088)
Pembimbing: Dr. Ir. Susianto, DEA Prof. Dr. Ir. Ali Altway, M.S
2
LATAR BELAKANG
Perkembangan Ekonomi Dunia
Peningkatan konsumsi bahan bakar Industri & Transportasi
Emisi gas CO2
Absorbsi gas CO2
3
PERBANDINGAN BAHAN ABSORBAN K2CO3 Kelebihan • Stabil Pada Suhu tinggi
Kelamahan • Korosif • Panas Regenerasi Tinggi • Reaksi Penyerapan CO2 Lambat Ditambahkan Promotor : MDEA, DEA, MDEA
AMINE Kelebihan • Reaksi Penyerapan CO2 Cepat • Panas Regenerasi Rendah • Korosi Rendah Kelemahan • Kurang Stabil Pada Suhu Tinggi Digunakan MDEA (Amine Tersier) Karena lebih tahan suhu tinggi
4
PENELITIAN TERDAHULU KINETIKA Peneliti Hendy, Kathryn,
Gabriel, 2011
Judul
Hasil yang didapat
Carbondioxide absorbtion into unpromoted and promoted Perbandingan antara absorbsi CO2
borate-catalyst in potassium carbonate solution
dengan dan tanpa promot0r asam borat
J. Tim Cullinane, Carbondioxide absorbtion with aqueous potasium carbonate Piperazine meningkatkan rate absorbsi Gary T. Rochelle Jean, Amann, 2009
Espen, Geert, 2012
Astarita, G
with promotor piperazine
dan kapasitas absorbsi
A new aqueous solven based on blenden N-
Kinetika absorbsi CO2 dengan solven
MethylDiethanolamine and TerAmine for CO2 recovery in
MDEA dan TETA dengan enggunakan
post combustion : Kinetic study
film theory.
Absorbtion and desorbtion mass transfer rate in chemically Pengukuran Chemical Enhancement enhanced reactive system Part I: Chemical enhancement factor
Carbondioxide absorbtion in aqueous monoethanolamine solutution
Zhang Xu, Yang
Absorbtion Rate of CO2 into MDEA Aqueous Solution
Yanhua, 2003
Blended with Piperazine and DEA
Factor untuk proses absorbsi dan desorbsi dalam larutan MDEA
Kinetika, dan mekanisme reaksi sesuai dengan teori penetrasi Model kinetil absorbsi CO2 dalam larutan MDEA dengan promotor PZ, DEA, dan PZ+MDEA
PENELITIAN TERDAHULU SIMULASI
5
Lanjutan
Ahmadi,2008
Advance modeling in performance optimization for reactive separation in industrial CO2 removal
Model Matematika untuk absorbsi CO2
dengan larutan potassium karbonat dengan katalis asam borat. Simulasi steady state untuk proses
C. Gomez, Borio,
Simulation of Industrial Packed Column for Reactive
2003
Absorbtion of CO2
absorbsi CO2 pada ammonia plant dengan variasi dari berbagai variable proses
Nisa, et al, 2013
Simulasi Absorpsi Reaktif CO2 Skala Industri Dengan Pelarut K2CO3 Berkatalis
Ningsih et al,
Simulasi Absorpsi Gas Multikomponen Dalam Larutan
2012
K2CO3 berpromotor MDEA
Altway, et al,
Kajian ulang transfer massa disertai reaksi kimia pada
2008
absorpsi reaktif gas CO2 dalam packed column
Model matematika untuk absorpsi gas CO2 dalam larutan K2CO3 dengan promotor ACT-1 Model simulasi absorpsi gas CO2 dalam dengan pelarut K2CO3 disertai promotor MDEA Perbandingan transfer massa dalam proses absorpsi untuk berbagai model
PERUMUSAN MASALAH
6
Bagaimana pembuatan model matematik untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column? Bagaimana validasi model matematik untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column? Bagaimana pengaruh variable seperti suhu, tekanan, dan konsentrasi promotor terhadap laju absorbsi dan percent recovery untuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column?
7 • Membuat model matematik proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packed column, • Melakukan validasi model matematik dengan Tujuan membandingkan hasil prediksi dengan data Percobaan lapangan dan • Mengkaji secara teoritis pengaruh berbagai variable proses seperti suhu, tekanan, konsentrasi promotor terhadap laju absorbsi dan percent recovery.
Manfaat Percobaan
• Dengan model matematik yang dibuat dapat dimanfaatkan untuk membantu memprediksi performa dan perancangan dari packed column sekala industri
8
METODOLOGI Mulai Studi Literatur Pembuatan Model Matematis Penyelesaian Numerik Validasi Model Matematik Simulasi Pengambilan Data Selesai
9
SISTEMYANG DITINJAU Tinggi
Diameter
Ukuran
Kolom
Kolom
Packing
Atas
15,85 m
1,83 m
0,05 m
Bawah
18,29 m
3,05 m
0,07 m
Laju alir gas masuk : 204020 kg/jam Fraksi mol komponen gas masuk -CO2 : 0,1847 - N2 : 0,2082 -CO : 0,0025 - CH4 : 0,0032 -H2 : 0,5988 - Argon : 0,0025
10
VARIABEL Variabel Input • Suhu operasi • Laju Alir • Tekanan operasi • Konsentrasi Promotor PZ
Variabel Output • Konsentrasi gas keluar • Persen recovery gas CO2 • Distribusi konsentrasi pada packing
MODEL MATEMATIKA
10
Kinetika Reaksi
Kesetimbangan Reaksi
Model Matematika
Data Kelarutan Gas
Transfer Massa
MODEL MATEMATIK SISTIM I CO2 R aAdz r{C A0 , C B0 } L dV
MDEA
LdCB0 B . r{C A0 , C B0 } L dV 0
k (gas terlarut) dC K0 R aA K dZ L
dC B0 B R aA dz L
11
MODEL MATEMATIK SISTIM II
CO2
Gin YA YA out
L
B
C
in B
C B0
k (gas terlarut)
Gin YK YK out L CKin CK0
Konsentrasi CO2 pada
interface kG y A P EkL C Ae C Ai EkL kG He
12
PENYELESAIAN NUMERIK
13
Penyelesaian numeric yang digunakan pada penelitian ini adalah dengan menggunaka metode kolokasi orthogonal. Proses ini menghasilkan serangkaian persamaan aljabar yang simultan. Persamaan-persamaan tersebut kemudian diselesaikan dengan metode Newton Raphson, Z C Bj C Bin B T HT
NC 1
Z C Kj C Kin T HT
NC 1
H i 0
H i 0
* 0 E ( C C ji i A A)
ji
(C K* C K0 )
%Removal 1
YA out YAin
PENGARUH TEMPERATUR LEAN
14
peningkatan %Removal terjadi karena peningkatan laju reaksiyang meningkat seiring meningkatnya temperature. Hasil ini berkorelasi positif dengan hasil kajian literature yang dilakukan oleh Wen Xu, dkk (1992)
PENGARUH TEMPERATUR SEMI LEAN
15
Kenaikan temperature pada semilean menaikan %Removal lebih besar dibanding temperature lean karena Rate Semilean lebih besar dibanding Rate Lean
PENGARUH RATE LEAN
16
Hal ini dikarenakan peningkatan laju aliran larutan dapat meningkatkan turbulensi dalam aliran yang membuat turunnya tahanan pada sisi liquid. Karena tahanan pada sisi liquid berkurang maka absorbsi gas menuju liquida dapat berlangsung lebih cepat.
PENGARUH TEKANAN KOLOM
18
Hasil ini berkorelasi positif dengan literature, dimana disebutkan tekanan berpengaruh pada kelarutan dari gas didalam solven.
PENGARUH KONSENTRASI PROMOTOR
19
Hal ini disebabkan karena piperazine dapat membantu meningkatkan absorbsi yang disertai reaksi pada system larutan MDEA.
DISTRIBUSI KONSENTRASI LIQUID PADA PACKING Bawah
20
Atas
semakin kebawah maka reaksi antara MDEA dengan CO2 akan menjadi semakin cepat dibuktikan dengan profil konsentrasi produk R-HCO3 yang turun secara signifikan pada packing bagian bawah.
DISTRIBUSI GAS TERLARUT PADA PACKING Bawah
21
Atas
Semakin tinggi kolom maka konsentrasi gas terlarut cenderung menurun.
22
VALIDASI MODEL
Error 0.1767%
KESIMPULAN
23
%removal terbesar diberikan oleh perubahan temperature lean solution yang mampu memberikan nilai maksimum 99.3%. Pada konsentrasi katalis 1%, kenaikan temperature lean sebesar 1 C dapat meningkatkan %removal sebesar 0.05%. Sedangkan kenaikan temperature semilean sebesar 1 C dapat menaikan %removal sebesar 0.09%. Peningkatan tekanan kolom dapat meningkatkan kelarutan gas sehingga meningkatkan laju absorpsi. Pada konsentrasi katalis 1%, setiap kenaikan tekanan 1 atm dapat meningkatkan %removal sebesar 0.233%. Peningkatan laju alir lean dan semilean dapat meningkatkan laju absorpsi. Sedangkan setiap kenaikan laju alir semilean 1000 kg/jam dapat manaikan %removal sebesar 0.001%. Peningkatan konsentrasi promoter dapat meningkatan %removal secara signifikan, namun apabila konsentrasi promoter ditingkatkan terus %removal cenderung menjadi menurun. nilai yang maksimum yang diacapai pada konsentrasi promoter 10% adalah sebesar 99.63%.
SARAN
24
Simulasi divalidasi dengan data pabrik lain untuk meningkatkan akurasi dari model matematis yang dibuat. Simulasi ditambah dengan unit mengevaluasi kinerja dari unit CO2 keseluruhan.
stripper untuk removal secara
TERIMA KASIH Atas Perhatiannya
