Wusana Agung Wibowo. Prof. Dr. Herri Susanto

(1)

Wusana Agung Wibowo

Universitas Sebelas Maret (UNS)

Prof. Dr. Herri Susanto

Institut Teknologi Bandung (ITB)

(2)

Latar Belakang

• Jenis minyak • Kondisi operasi absorpsi • Parameter Perancangan alat Permasalahan • Kondensasi tar • Kelarutan sebagian komponen tar dalam air Gasifikasi biomassa Gasifikasi biomassa 2 Integrasi dengan mesin Diesel-genset untuk produksi listrik

Penyerapan berbasis minyak

Titik didih minyak lebih tinggi atau hampir sama dengan

titik didih komponen tar

Konsep absorbsi-desorbsi dapat diterapkan

Aplikasi

Syarat gas produser bersih untuk aplikasi integrasi dengan mesin Diesel-genset:

(3)

Rumusan Masalah

Densitas

Viskositas

Tegangan muka Luas kontak

Waktu tinggal Difusivitas

3

Temperatur

Tekanan

Laju alir gas

Difusivitas Koef. Transfer

(4)

Penelitian ini merupakan suatu bagian pengembangan

teknologi pembersihan gas hasil gasifikasi biomassa dengan

prinsip absorbsi-desorbsi menggunakan pelarut berbasis

minyak.

Tujuan penelitian:

Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian:

a. mempelajari peristiwa transfer massa gas-cair pada proses

absorpsi komponen tar dalam minyak

b. menentukan nilai koefisien transfer massa volumetrik fase

cair (K

_L

a)

(5)

Diagram Alir Proses Pemisahan Tar (Absorpsi-Desorpsi berbasis minyak/ Proses OLGA) Energy Research Centre of the Netherlands (ECN)

Tinjauan Pustaka

Tar cair dan minyak, ke gasifier

Gas produser bebas tar

Udara dengan kandungan tar dan minyak teruapkan, ke gasifier

Collector Absorber Stripper

5 (Boerrigter,et al., 2005) Pompa Pompa Pompa Make-up minyak Udara Gas produser dengan kandungan tar

(6)

Hasil Penelitian Pemisahan Tar dengan Proses OLGA

skala laboratorium (ECN)

Tinjauan Pustaka

Inlet Absorber

Kelas Tar Tingkat pemisahan

Kelas-1 Fragmen biomassa 100 % Kelas-2 fenol, kresol, piridin, quilonin 97 % Kelas-3 Kelas 3 Total tar

6 (Bergman, et.al., 2005) Outlet Absorber Kelas-3 toluen, xilen, etilbenzen 65 % Kelas-4 Naptalen, indena, bipenil, antrasen 100 % Kelas-5 fluoranten, krisen, piren 100 % Kelas-6 tidak diketahui 99 % Kelas 3 Kelas 3 Total tar Total tar

(7)

Transfer massa gas-cair

Tinjauan Pustaka

*

.(

)

AL L A AL

dc

K a c

c

dt





Jika yang ditinjau hanya transfer massa pada fasa cair, maka perubahan konsentrasi A (mol A / volum) di fasa cair merupakan fungsi waktu:

Faktor a dan koefisien transfer massa tergantung pada geometri alat transfer massa dan kecepatan kedua arus (gas dan cair), maka biasanya digabung sebagai suatu hasil

…………..(1)

7

*

ln(

c

_A

c

_AL

)

K a t

_L

.

C







kecepatan kedua arus (gas dan cair), maka biasanya digabung sebagai suatu hasil perkalian yaitu K_La, dan disebut sebagai koefisien transfer massa volumetris fasa cair

(Hardjono, 1989). Hasil integrasi persamaan (1) menghasilkan:

Konsentrasi komponen tar dalam minyak pada interval waktu tertentu (c_AL, mol/L) dan konsentrasi kesetimbangan (c_A*_{, mol/L) diukur melalui eksperimen. Nilai K}

La merupakan

kemiringan garis pada kurva -ln(c_A*_{- c}

AL) terhadap waktu (t).

(8)

Model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa cair (K

_L

)

Tinjauan Pustaka

Beberapa model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa kontinyu/cair berdasarkan kondisi bilangan Re aliran gas adalah sebagai berikut:

1. Re < 10  korelasi Rowe:

2. 10 < Re < 100 model estimasi koefisien transfer massa fasa cair dapat

0,5 0,5

2, 076(Re)

(

)

c

Sh



Sc

…………..(3)

8

2. 10 < Re < 100 model estimasi koefisien transfer massa fasa cair dapat

menggunakan korelasi GFT:

3. atau korelasi Higbie:

4. Re > 200 mengunakan korelasi Garner-Tayeban:

0,5 0,42

126 1,8(Re)

(

)

c

Sh

 



Sc

1/ 2

4

_AB _T L b

D U

k

d







 







0,7

50 0, 0085(Re)(

)

c

Sh





Sc

Sherwood (Sh_c) : Reynold (Re): Schmit (Sc): . L b c AB k d Sh D  . . Re d Ub G







.

_AB

Sc

D







………(4) …………..(5) …………..(6)

(9)

Koefisien difusi zat terlarut A mendifusi ke dalam pelarut B (D

_AB

)

Tinjauan Pustaka

Fey dan Bart (2001), dalam penelitiannya menggunakan korelasi yang diajukan oleh Scheibel: 2 / 3 8 1/ 3

3 8, 2 10

1 .

B AB A A

V

T

D

x

V



V





_





_



_{ }

_



_

_







Volum molar zat terlarut A (V_A) dan pelarut B (V_B) ditentukan berdasarkan hukum Kopp …………..(7) 9

Diameter gelembung (d

_b

)

0,552 0,048 0,442 0,124

0, 289

b G

d













U



Pohorecki, et.al. (2005), mengajukan korelasi untuk menghitung diametar gelembung (d_b) sebagai fungsi sifat fisik cairan (densitas (r), viskositas (m), tegangan muka (s)) dan kecepatan superfisial gas (U_G):

(10)

Kecepatan superfisial gelembung (U

_G

)

Tinjauan Pustaka

U_G dianggap sama dengan kecepatan linier gas:

Kecepatan terminal gelembung (U

_T

)

Sinha dan Lahiri (1987), menggunakan persamaan yang diajukan oleh Clift, et.al. untuk menghitung kecepatan terminal gelembung (U_T). Untuk diameter gelembung di atas 0,0013 m, kecepatan terminal gelembung dapat diestimasi menggunakan persamaan berikut:

/

G g

U



h t

…………..(9) 10 berikut: 1/ 2

(2,14

0, 505 .

)

.

T b b

U

g d

d









Luas antar-muka gas-cair per unit volum (a)

2

24

k G b

Q

a

D U d





…………..(10) …………..(11)

(11)

Penyiapan bahan

Model gas

produser Minyak A_{Minyak B}

Percobaan penyerapan Variasi laju alir gas umpan Variasi temperatur minyak

Percobaan Kejenuhan Variasi temperatur minyak

Analisis gravimetrik Jumlah massa model tar

terserap dalam minyak

Analisis gravimetrik Jumlah massa model tar

terserap dalam minyak

Data gelembung

M

Metodologi Penelitian

etodologi Penelitian

 Jenis minyak: Minyak A dan Minyak B(perbedaan berat molekul dan viskositas)

 Model gas produser:toluen atau fenol dalam aliran udara

 Variasi laju alir gas umpan: 0,063 ; 0,043 & 0,032 L/menit

 Variasi temperatur minyak: 28

o_{C, 59} o_{C dan 92} o_C

11

terserap dalam minyak terserap dalam minyak Model estimasi

nilai KLa

Nilai KLa

Studi pemilihan tipe kontaktor gas-cair

Dasar perancangan unit absorpsi

Nilai K_La dan model

estimasi yang sesuai

o_{C, 59} o_{C dan 92} o_C

 Percobaan laboratorium

kolom gelembung

 Jumlah komponen model tar terserap di dalam minyak  metode gravimetrik

 Data tambahan: Jumlah

gelembung per satuan waktu & waktu tinggal gelembung

(12)

Rangkaian alat percobaan

1 2 3 Pipa Venturi Blower Regulator Thermo controller 01 Termo-meter Tabung 03 Tabung 04 Tabung05 Tabung01 Tabung 02 Dry-B Wet-B Thermo controller 02 Thermo controller 03 Kran 02 Kran 03 Kran 01

M

Metodologi Penelitian

etodologi Penelitian

12

4 Keterangan:

Unit pengeringan udara Unit pencampuran udara-tar Unit penyerapan tar

Unit analisis 1 2 3 4 Mano-meter 01 Bath pendingin₀₁ Batu es+air+garam Bath pemanas 01 Bath pemanas 02 Mano-meter 03 Tabung 09 Tabung10 Tabung11 Tabung 06 Tabung07 Tabung08

Batu es+air+garam Batu es+air+garam Mano-meter 02 Pemanas sabuk Bath pendingin 02 Bath pendingin03

(13)

Sifat fisika minyak uji

Hasil Penelitian

Sifat Minyak A Minyak B Air

Berat molekul, g/mol (pustaka)

di atas 800

di bawah

500 18

Titik didih (pada 1 atm),

o_{C (pustaka)} di atas 200 340 – 500 100 Viskositas, cP (pengukuran pada 30 o_C) 63 12811 0,8 13 (pengukuran pada 30 o_C) 63 12811 0,8 Densitas, g/mL (pengukuran pada 30 o_C) 0,91 0,89 1,00

Tekanan uap, mmHg pada 30 o_{C (pustaka)}

di bawah

0,05 0,01 31,82

Berat molekul minyak A lebih besar dari minyak B

(14)

Hasil Penelitian

Data hasil percobaan (c_AL, mol/L)

T (o_C) Q (L/min) Toluen – Oil A Fenol – Oil A Toluen – Oil B Fenol – Oil B 28 0,063 0,0055 - - -0,063 0,0052 0,0037 - -0,043 0,0062 0,0048 0,0052 0,0034 0,043 0,0061 0,0037 0,0056 0,0031 0,032 - 0,0102 0,0063 0,0022 0,032 - - 0,0061 0,0021 c_A* 0,0606 0,0342 0,0563 0,0101 0,063 - 0,0020 - -0,063 0,0078 0,0016 - -0,043 0,0071 0,0030 0,0067 0,0013

Sistem Toluen – Minyak A

14 59 0,043 0,0071 0,0030 0,0067 0,0013 0,043 0,0109 - 0,0090 0,0011 0,032 0,0075 0,0021 0,0046 0,0009 0,032 - - 0,0082 0,0011 c_A* 0,0419 0,0222 0,0374 0,0068 92 0,063 - - - -0,063 0,0021 - - -0,043 0,0064 - 0,0025 -0,043 0,0013 - 0,0031 -0,032 0,0061 - 0,0016 -0,032 - - 0,0054 -c_A* 0,0177 - 0,0165 -Grafik hubungan -ln(c_A*_{- c} AL) terhadap waktu (t) pada suhu minyak 59 o_{C. (K}

La = slope – pers.2)

Sistem Toluen – Minyak B

Konsentrasi komponen tar dalam minyak pada saat awal (t = 0) dianggap nol (c_AL,0= nol).

(15)

Hasil Penelitian

Pengaruh laju alir gas dan suhu minyak terhadap nilai K_La

Sistem Toluen – Minyak A Sistem Toluen – Minyak B

15 Sistem Toluen – Minyak A

Sistem Fenol – Minyak A

 Sistem toluen/fenol – Minyak A  (19 < Re < 60)  model estimasi Higbie dan GFT

 Sistem toluene/fenol – Minyak B  (Re < 10)  model estimasi Rowe

Sistem Toluen – Minyak B

(16)

Dari hasil penelitian yang dilakukan, diperoleh kesimpulan sebagai berikut:

1. Rentang nilai K_La yang diperoleh dari percobaan ini adalah:

Sistem toluen – Minyak-A: 1,541x10-3 _{– 13,01x10}-3

Sistem fenol – Minyak-A : 1,410x10-3 _{– 5,903x10}-3

Sistem toluen – Minyak-B : 1,681x10-3 _{– 4,153x10}-3

Sistem fenol – Minyak-B : 2,654x10-3 _{– 6,475x10}-3

Kesimpulan

Sistem fenol – Minyak-B : 2,654x10-3 _{– 6,475x10}-3

2. Dengan menggunakan beberapa pendekatan, diperoleh bahwa:

 Model estimasi nilai koefisien transfer massa fasa cair Higbie relatif lebih sesuai untuk sistem penyerapan toluen/fenol-Minyak-A daripada model GFT, walaupun masih mempunyai error yang cukup besar.

 Model estimasi Rowe tidak sesuai untuk memprediksikan nilai koefisien transfer massa fasa cair sistem toluen/fenol-Minyak-B, error yang diperoleh besar.

(17)

1. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang lebih akurat lagi, dapat digunakan peralatan Gas Chromatography (GC).

2. Penelitian dapat dilanjutkan dengan memperluas permukaan kontak gas-cair dengan cara menggunakan bahan isian dalam kolom penyerapan atau menggunakan sparger. 3. Penelitian eksploratif sebaiknya dilakukan pada berbagai jenis minyak dengan berat

molekul besar dan viskositas rendah.

4. Untuk studi termodinamika eksploratif sebaiknya dilakukan analisa komposisi jenis

Saran

4. Untuk studi termodinamika eksploratif sebaiknya dilakukan analisa komposisi jenis minyak yang digunakan.

(18)

18