MODEL SIMULASI ABSORBSI GAS CO2 DALAMLARUTAN METHYLDIETHANOLAMINE (MDEA)
BERPROMOTOR PIPERAZINE (PZ) DALAM PACKED COLUMN
Gede Sutrisna Adi W. (2310100066)
Nizar Nazaruddin (2310100088)
Pembimbing:Dr. Ir. Susianto, DEAProf. Dr. Ir. Ali Altway, M.S
Laboratorium Perpindahan Massa dan PanasJurusan Teknik KimiaFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh Nopember
1
LATAR BELAKANG
PerkembanganEkonomi Dunia
Peningkatankonsumsi bahanbakar Industri &
Transportasi
Emisi gas CO2Absorbsi gas
CO2
2
Kelebihan• Stabil Pada Suhu tinggi
Kelamahan• Korosif• Panas Regenerasi Tinggi• Reaksi Penyerapan CO2 Lambat
Kelebihan• Reaksi Penyerapan CO2 Cepat• Panas Regenerasi Rendah• Korosi Rendah
Kelemahan• Kurang Stabil Pada Suhu Tinggi
K2CO3 AMINE
Ditambahkan Promotor : MDEA, DEA, MDEA
Digunakan MDEA (Amine Tersier) Karena lebih tahan suhu tinggi
PERBANDINGAN BAHANABSORBAN
3
PENELITIAN TERDAHULUKINETIKA
Peneliti Judul Hasil yang didapat
Hendy, Kathryn,
Gabriel, 2011
Carbondioxide absorbtion into unpromoted and promoted
borate-catalyst in potassium carbonate solution
Perbandingan antara absorbsi CO2
dengan dan tanpa promot0r asam borat
J. Tim Cullinane,
Gary T. Rochelle
Carbondioxide absorbtion with aqueous potasium carbonate
with promotor piperazine
Piperazine meningkatkan rate absorbsi
dan kapasitas absorbsi
Jean, Amann,
2009
A new aqueous solven based on blenden N-
MethylDiethanolamine and TerAmine for CO2 recovery in
post combustion : Kinetic study
Kinetika absorbsi CO2 dengan solven
MDEA dan TETA dengan enggunakan
film theory.
Espen, Geert,
2012
Absorbtion and desorbtion mass transfer rate in chemically
enhanced reactive system Part I: Chemical enhancement
factor
Pengukuran Chemical Enhancement
Factor untuk proses absorbsi dan
desorbsi dalam larutan MDEA
Astarita, GCarbondioxide absorbtion in aqueous monoethanolamine
solutution
Kinetika, dan mekanisme reaksi sesuai
dengan teori penetrasi
Zhang Xu, Yang
Yanhua, 2003
Absorbtion Rate of CO2 into MDEA Aqueous Solution
Blended with Piperazine and DEA
Model kinetil absorbsi CO2 dalam larutan
MDEA dengan promotor PZ, DEA, dan
PZ+MDEA
4
PENELITIAN TERDAHULUSIMULASI
Lanjutan
Ahmadi,2008Advance modeling in performance optimization for
reactive separation in industrial CO2 removal
Model Matematika untuk absorbsi CO2
dengan larutan potassium karbonat
dengan katalis asam borat.
C. Gomez, Borio,
2003
Simulation of Industrial Packed Column for Reactive
Absorbtion of CO2
Simulasi steady state untuk proses
absorbsi CO2 pada ammonia plant
dengan variasi dari berbagai variable
proses
Nisa, et al, 2013Simulasi Absorpsi Reaktif CO2 Skala Industri Dengan
Pelarut K2CO3 Berkatalis
Model matematika untuk absorpsi gas
CO2 dalam larutan K2CO3 dengan
promotor ACT-1
Ningsih et al,
2012
Simulasi Absorpsi Gas Multikomponen Dalam Larutan
K2CO3 berpromotor MDEA
Model simulasi absorpsi gas CO2 dalam
dengan pelarut K2CO3 disertai
promotor MDEA
Altway, et al,
2008
Kajian ulang transfer massa disertai reaksi kimia pada
absorpsi reaktif gas CO2 dalam packed column
Perbandingan transfer massa dalam
proses absorpsi untuk berbagai model
5
PERUMUSAN MASALAH
Bagaimana pembuatan model matematik untuk proses absorbsigas CO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packedcolumn?
Bagaimana validasi model matematik untuk proses absorbsi gasCO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZ didalam packedcolumn?
Bagaimana pengaruh variable seperti suhu, tekanan, dankonsentrasi promotor terhadap laju absorbsi dan percent recoveryuntuk proses absorbsi gas CO2 kedalam larutan MDEAberpromotor PZ didalam packed column?
6
• Membuat model matematik proses absorbsi gasCO2 kedalam larutan MDEA berpromotor PZdidalam packed column,
• Melakukan validasi model matematik denganmembandingkan hasil prediksi dengan datalapangan dan
• Mengkaji secara teoritis pengaruh berbagai variableproses seperti suhu, tekanan, konsentrasi promotorterhadap laju absorbsi dan percent recovery.
TujuanPercobaan
• Dengan model matematik yang dibuat dapatdimanfaatkan untuk membantu memprediksiperforma dan perancangan dari packed columnsekala industri
ManfaatPercobaan
7
METODOLOGI
Mulai
Studi Literatur
Pembuatan Model Matematis
Penyelesaian Numerik
Validasi Model Matematik
Simulasi
Pengambilan Data
Selesai
8
SISTEMYANG DITINJAU
Tinggi
Kolom
Diameter
Kolom
Ukuran
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/jamFraksi mol komponen gas masuk-CO2 : 0,1847- N2 : 0,2082-CO : 0,0025- CH4 : 0,0032-H2 : 0,5988- Argon : 0,0025
9
VARIABEL
Variabel Input
• Suhu operasi
• Laju Alir
• Tekanan operasi
• KonsentrasiPromotor PZ
Variabel Output
• Konsentrasi gas keluar
• Persen recovery gas CO2
• Distribusikonsentrasi padapacking
10
MODEL MATEMATIKA10
Model Matematika
KinetikaReaksi
Transfer Massa
Data Kelarutan
Gas
KesetimbanganReaksi
MODEL MATEMATIK
SISTIM I
CO2
MDEA
k (gas terlarut)
11
dVCCraAdzR LBA },{ 00
0},{. 000 dVCCrLdC LBABB
L
aAR
dZ
dC KK 0
L
aAR
dz
dC BB
0
MODEL MATEMATIK
SISTIM II
CO2
k (gas terlarut)
Konsentrasi CO2 pada
interface
12
0B
in
B
B
outAAinCC
LYYG
0Kin
KoutKKin CCLYYG
HekEk
CEkPykC
GL
AeLAGAi
PENYELESAIAN NUMERIK
Penyelesaian numeric yang digunakan pada penelitian ini adalahdengan menggunaka metode kolokasi orthogonal. Proses inimenghasilkan serangkaian persamaan aljabar yang simultan.Persamaan-persamaan tersebut kemudian diselesaikan denganmetode Newton Raphson,
13
)( 0*1
0
AAi
NC
i
ji
T
TBBinBj CCEH
H
ZCC
)( 0*1
0
KK
NC
i
ji
T
TKinKj CCH
H
ZCC
Ain
outA
Y
Y1Removal%
PENGARUH TEMPERATURLEAN
peningkatan %Removalterjadi karenapeningkatan lajureaksiyang meningkatseiring meningkatnyatemperature. Hasil iniberkorelasi positif denganhasil kajian literature yangdilakukan oleh Wen Xu,dkk (1992)
14
PENGARUH TEMPERATURSEMI LEAN
Kenaikan temperaturepada semilean menaikan%Removal lebih besardibanding temperaturelean karena RateSemilean lebih besardibanding Rate Lean
15
PENGARUH RATE LEAN16
Hal ini dikarenakan peningkatan laju aliran larutan dapat meningkatkan turbulensidalam aliran yang membuat turunnya tahanan pada sisi liquid. Karena tahananpada sisi liquid berkurang maka absorbsi gas menuju liquida dapat berlangsunglebih cepat.
PENGARUH TEKANANKOLOM
18
Hasil ini berkorelasipositif dengan literature,dimana disebutkantekanan berpengaruhpada kelarutan dari gasdidalam solven.
PENGARUH KONSENTRASIPROMOTOR
19
Hal ini disebabkan karenapiperazine dapatmembantu meningkatkanabsorbsi yang disertaireaksi pada system larutanMDEA.
DISTRIBUSI KONSENTRASILIQUID PADA PACKING
20
semakin kebawah maka reaksi antara MDEA dengan CO2 akan menjadi semakincepat dibuktikan dengan profil konsentrasi produk R-HCO3 yang turun secarasignifikan pada packing bagian bawah.
Bawah Atas
DISTRIBUSI GAS TERLARUTPADA PACKING
21
Semakin tinggi kolom maka konsentrasi gas terlarut cenderungmenurun.
Bawah Atas
VALIDASI MODEL22
Error 0.1767%
KESIMPULAN
%removal terbesar diberikan oleh perubahan temperature lean solution yangmampu memberikan nilai maksimum 99.3%.
Pada konsentrasi katalis 1%, kenaikan temperature lean sebesar 1 C dapatmeningkatkan %removal sebesar 0.05%. Sedangkan kenaikan temperaturesemilean sebesar 1 C dapat menaikan %removal sebesar 0.09%.
Peningkatan tekanan kolom dapat meningkatkan kelarutan gas sehinggameningkatkan laju absorpsi. Pada konsentrasi katalis 1%, setiap kenaikantekanan 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 secarasignifikan, namun apabila konsentrasi promoter ditingkatkan terus %removalcenderung menjadi menurun. nilai yang maksimum yang diacapai padakonsentrasi promoter 10% adalah sebesar 99.63%.
23
SARAN
Simulasi divalidasi dengan data pabrik lain untukmeningkatkan akurasi dari model matematis yang dibuat.
Simulasi ditambah dengan unit stripper untukmengevaluasi kinerja dari unit CO2 removal secarakeseluruhan.
24
TERIMA KASIH
Atas Perhatiannya
Top Related