## CAKRAM
Jurnal Teknik Mesin:
PERANCANGAN TERMODINAMIKA SCRUBBER KAPASITAS 1.1 MMSCFD KOMPRESI  GAS ALAM DENGAN METODE SOUDERS-BROWN
Yohan 12 , Fifit Astuti 2 , Sri Hartati 2
1 Universitas Padjajaran, 2 Universitas Pamulang,
E-mail : dosen01358@unpam.ac.id
Masuk : 21 Juli 2023 Direvisi :  26 Agustus 2023           Disetujui : 24 September 2023
Abstrak: Scrubber  merupakan  alat  pemisahan  yang  digunakan  untuk  memisahkan  partikel  atau  molekul  yang diinginkan melalui parameter termodinamika sehingga meningkatkan kualitas gas. Gas alam di daerah karawang dan cikarang berpotensi mengandung jumlah air yang diambang batas sehingga perlu proses pemisahan dengan scrubber gas alam  dengan sesuai nilai ISO 15403.1:2006 yang pada dasarnya memiliki kadar air gas di karawang – cikarang berkisar >5  lb/MMft3, nilai tersebut termasuk dalam tidak ekonomis.  Gas alam  juga  harus bebas dari partikulat > 10µm.pada penelitian ini dilakukan simulasi pemisahan gas dan air menggunakan persamaan souders-Brown dengan sampel  densitas  gas  di  salah  satu  sumber  gas  cikarang  yaitu  12,5  –  15  kg/m3  dan  didapatkan  nilai  terbaik  untuk densitas  gas  adalah  14-15  kg/m3  untuk  menghasilkan  droplet  pada  separator  >  100  mikron  dengan  mist  demister material  terbuat  dari  polipropilen  dan  penuruan  tekanan  <  900  kPa  pada  nilai  vertikal  separator  0,02  sampai  0,05 dengan  volume  0,503  m3.  Hasil  penelitian  tersebut  memberikan  nilai  densitas  acuan  pada  konstruksi  material  dan desain scrubber pada kapasitas 1,1 MMSCFD.
Kata kunci : Gas alam, Scrubber, gas-air, demister.
Abstract: Scrubber  is  a  separation  tool  used  to  separate  desired  particles  or  molecules  using  thermodynamic parameters  so  as  to  improve  gas  quality.  Natural  gas  in  the  Karawang  and  Cikarang  areas  has  the  potential  to contain borderline amounts of water so it requires a separation process with a natural gas scrubber in accordance with the ISO 15403.1:2006 value which basically has a gas water content in the Karawang - Cikarang range of >5 lb/MMft3, this value is included in uneconomical. Natural gas must also be free from particulates > 10 µm. In this research, a simulation of the separation of gas and water was carried out using the Souders-Brown equation with a sample of gas density in one of the Cikarang gas sources, namely 12.5 – 15 kg/m3 and the best value for gas density was obtained. is 14-15 kg/m3 to produce droplets on the separator > 100 microns with mist demister material made of  polypropylene and a pressure  drop of  < 900 kPa at  a vertical  value of 0.02 to 0.05 separator  with a volume of 0.503  m3.  The  results  of  this  research  provide  reference  density  values  for  material  construction  and  scrubber design at a capacity of 1.1 MMSCFD.
Keywords: Natural gases, , scrubber, water-gases, demister.

## PENDAHULUAN
Gas liquid separator memiliki fungsi yang sangat berperan penting dalam industri gas baik kualitas maupun kuantitas. Terdapat dua metode untuk merancang separator gas-liquid : 1. Teori ukuran droplet, 2. Souders-Brown. Pada  umumnya  persamaan  Souders-Brown  telah  banyak  digunakan  dikarenakan  memberikan  hasil  yang  lebih rasional  dan  mudah  diaplikasikan,  namun  memiliki  beberapa  kekurangan  dalam  kinerja  kuantifikasi  separator[1]. Pada teori ukuran droplet memberikan  informasi  mengenai kinerja kuantifikasi separator  yang  lebih akurasi. Teori
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2023 Yohan, Sri Hartati, Perancangan Termodinamika Scrubber Kapasitas 1.1 MMSCFD Kompresi  Gas Alam Dengan Metode Souders-Brown
Souders-Brown  memiliki  keterbatasan  dan  hanya  dalam  konteks  penentuan  ukuran  droplet  namun  tidak  dapat mengkuantitaskan  jumlah  droplet  yang  menjadi    liquid  yang  terdapat  dalam  gas.  Dalam  aplikasinya  persamaan Souder-Brown  dalam  pemisahan  gas  dan  liquid  memberikan  diagram,  korelasi  yang  mudah  dan  table  estimasi Souders-Brown, dimana Ks disebut parameter ukuran yang dibandingkan antara scrubber vertical dan horizontal.
Beberapa penelitian  mengenai pemisahan gas dilakukan oleh Sainath, dkk pada tahun 2021 menggunakan serat hollow yang dilapisi dengan nano fiber untuk implementasi gas campuran metana dengan karbon dioksida  [2]. Perlu dipahami bahwa laju alir gas melalui separator, dapat digunakan parameter Ks untuk menentukan  kecepatan gas  yang  diijinkan  melalui  separator  dan  juga  untuk  menentukan  ukuran  diameter  separator.  Nilai  Ks  juga  dapat digunakan untuk menentukan ukuran mist ekstraktor di dalam separator. Separator gravitasi gas memiliki dua fungsi yaitu  1.  Mengurangi  beban  liquid  yang  masuk  tidak  dihilangkan  perangkat  inlet,  2.  Meningkatkan  /mengarahkan kecepatan gas. Desain parameter Ks, dalam persamaan Souder-Brown merupakan parameter empiris dan merupakan factor  kunci  untuk  menentukan  ukuran  diameter vessel  pada  separator.  Nilai  tersebut tergantung  pada  faktor  yaitu tekanan, sifat fluida, geometri  separator, kestabilan aliran, kinerja dan perangkat inlet, jumlah gas  dan  liquid,  mist ekstraktor.  Pada  penelitian  ini  telah  berhasil  dilakukan  simulasi  penentuan  sifat  termodinamika  pada  separator dengan volume 0,502 m3 dengan menggunakan demister terbuat dari polipropilene dengan geometri acak.

## METODOLOGI
2.1. Desain  Perancangan desitas fluida dan  vessel scrubber digunakan software  HYSYS.
Gambar 1. Desain Perancangan Fluida dan Vessel Scrubber menggunakan HYSYS.
Material Stream Gas inlet Gas outlet Liquid outlet Fraksi vapour 0,9320 1 0 Temperatur C 25 22,27 23,93 Tekanan kPa 1600 1100 1400 Aliran Molar Kgmole/h 2,498 x 10 4 2,329 x 10 4 1697 Aliran massa Kg/h 5,006 x 10 5 4,7 x 10 5 3,069 x 10 4 Aliran volume liquid m 3 /h 1300 1269 30,66 Aliran panas kJ/h -2,640 x 10 9 -2,155 x 10 9 -4,845 x 10 8
Data tabel diatas  merupakan data  yang dimunculkan Hysys dengan komposisi gas alam (metana 82,92 % mol) dengan kapasitas produksi 1,1 MMSCFD pada suatu perusahaan gas alam.
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2023 Yohan, Sri Hartati, Perancangan Termodinamika Scrubber Kapasitas 1.1 MMSCFD Kompresi  Gas Alam Dengan Metode Souders-Brown

## 2.2. Simulasi Persamaaan Souders – Brown
Simulasi  persamaan  Sounder  Brown  melibatkan  parameter  laju  alir  uap  melalui  scrubber  pada  kondisi beban penuh. Persamaan Souders-Brown adalah :

## 𝑽 = 𝑲. 𝑨. 𝝆. ∆𝑷
Persamaan  Souders-Brown  digunakan    untuk  memperkirakan  penurunan  tekanan  pada  kolom  scrubber.  Ini memberikan  korelasi  empiris  untuk  menentukan  kecepatan  flooding,  yang  merupakan  kecepatan  fase  uap  di  mana pengepakan atau baki dalam kolom dibanjiri cairan.
Persamaan Souders-Brown diberikan oleh:
𝑽 𝒇𝒍𝒐𝒐𝒅𝒊𝒏𝒈 = 𝑲√ ∆𝑷 𝝆
Dimana :
𝑽 𝒇𝒍𝒐𝒐𝒅𝒊𝒏𝒈 :  Kecepatan flooding
𝑲 : Konstanta dengan nilai rentang 0.15 – 0.6 ∆𝑷 : Penuruan tekanan per tinggi kolom
𝝆 : Densitas Gas

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Nilai Ks pada Scrubber
Dalam  desain  separator  terdapat  rentang  nilai  Ks  untuk  vertikel  dan  horizontal  untuk  pemisahan  gas  dan liquid berdasarkan Tabel API 12J.
No Tipe Tinggi (m) Rentang Ks (ft/s) Rentang Ks (m/s) 1. 2. Vertikal Horizontal 1,52 3,05 9,18 0,12 – 0,24 0,18 – 0,35 0,4 – 0,50 0,4 -0,5 (L/10) 0,56 0,37 -0,073 0,055 – 0,107 0,122 – 0,152 0,122 – 0,152 (L/3.05) 0,56
Pada  nilai  Tabel  API  2J  tersebut  nilai  maksimum  kecepatan  yang  diijinkan  pada  nilai  tersebut  pada umumnya menggunakan mist ekstraktor. Pada laju ini diijinkan droplet lebih besar dari 10 mikron pada kondisi gas stabil. Ukuran  droplet pada separator memberikan nilai penting dalam pemisahan antara gas dan liquid, jika ukuran droplet  sangat  kecil  dispersi  bersifat  stabil    dan  untuk  efektifitas  separator  proses  koalensi  harus  diaplikasikan. Stabilitas  emulsi  tergantung  pada  komposisi  kimia.  Pada  percobaan  ini  separator  diberikan  media  fiber  untuk pemisahan  gas  dan  liquid  [3].  Jenis  medium  pada  fiber  juga  mempengaruhi,  beberapa  jenis  fiber  salah  satunya adalah  media  lembaran  berserat.  Lembaran  serat  memiliki  internal  pori  yang  berbeda  ukuran,  Ketika  gas  melalui serat maka droplet yang lebih kecil dijerap oleh serat . medium batas harus lebih tipis dari pada medium dalam hal ini tergantung pada  laju alir gas dan sifat gas  [4]. Serat submikro  meningkatkan  luas  permukaan  untuk menjerap droplet  dikarenakan  diameter  serat  sangat  kecil  dan  gas  berintraksi  dengan  mengelilingi  serat  dan  kemudian meningkatkan  penurunan  tekanan.  Beberapa  geometri  telah  ditelusuri  oleh  shagupta  dkk,  pada  tahun  2013 menggunakan serat polipropilen sebagai filter dengan beberapa jenis geometri. Pada geometri 45 o ditemukan indeks
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2023 Yohan, Sri Hartati, Perancangan Termodinamika Scrubber Kapasitas 1.1 MMSCFD Kompresi  Gas Alam Dengan Metode Souders-Brown
filtrasi  yang  maksimal.  Pada  geometri  45 o indeks  filtrasi  meningkat  4,3kali  dari  geometri  dasar  dengan menggunakan bahan dasar nilon dan teflon [5].

## 3.2 Pengaruh Densitas gas terhadap nilai kecepatan flooding pada Scrubber
Pengaruh  densitas  gas  alam  terhadap  nilai  kecepatan  flooding  pada  kapasitas  1,1  MMSCFD  dibutuhkan untuk  mendapatkan  titik  embun  pada  opersional  scrubber  pada  kondisi  temperature  25 o C.  Pengaruh  densitas  gas alam ditampilkan dalam Gambar 2.
Gambar 2. .Grafik nilai kecepatan flooding terhadap pressure drop pada scrubber pada densitas gas 12.5-13 kg/m 3
Pada Gambar 2. Pada nilai K flooding mempengaruhi nilai ukuran droplet dan tekanan operasi pemisahan pada gravitasi gas. Untuk scrubber konvesional diameter target pemisahan adalah 150  mikron, dan untuk scrubber target  ukuran droplet tidak lebih dari 500 mikron [1]. Pada densitas gas 12, 5 kg/m 3 dan 13 kg/m 3 dengan scrubber vertical  nilai  k  flooding  0,2  m/s  memiliki  pressure  drop  200  –  1000  pascal  untuk  menghasilkan    diameter  >  100 mikron.
Gambar 3. Grafik nilai kecepatan flooding terhadap pressure drop pada scrubber pada densitas gas 13.5-14 kg/m 3
Pada  Gambar  3.  menunjukkan  bahwa  pada  densitas  gas  13,5  kg/m 3 –  14  kg/m 3 memiliki  kecepatan flooding  yang  lebih  rendah  dari  densitas  12,5    kg/cm 3 -  13,5  kg/cm 3 .  Pada  nilai  K  flooding  kondisi  tersebut
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2023 Yohan, Sri Hartati, Perancangan Termodinamika Scrubber Kapasitas 1.1 MMSCFD Kompresi  Gas Alam Dengan Metode Souders-Brown
penurunan  tekanan  berkisar  100  –  900  kPa  .  Pada  densitas  gas  13,  5  kg/m 3 dan  14  kg/m 3 dengan  scrubber  nilai vertikal scrubber 0,04 - 0,05 untuk menghasilkan  diameter > 100 mikron.
Gambar 4. Grafik nilai kecepatan flooding terhadap pressure drop pada scrubber pada densitas gas 14.5-15 kg/m 3
Pada Gambar  4.  menunjukkan  bahwa  semakin tinggi densitas gas  maka  nilai kecepatan  flooding  semakin kecil dan pressure drop juga semakin kecil. Pada nilai  K  flooding  mempengaruhi  nilai ukuran droplet dan tekanan operasi pemisahan pada gravitasi gas. Untuk gas dengan nilai densitas 14,5 kg/m 3 – 15 kg/cm 3 memiliki penurunan tekanan terbaik pada maksimal 980 kPa pada nilai vertikal scrubber 0.02 – 0.05. Target operasi  untuk menghasilkan diameter  >  100  mikron  terbaik  pada  densitas  14  kg/m 3 -15  kg/m 3 .  Pada  Gambar  2.  Pada  nilai  Kflooding mempengaruhi nilai ukuran droplet dan tekanan operasi pemisahan pada gravitasi gas. Untuk scrubber konvesional diameter target pemisahan adalah 150 mikron, dan untuk scrubber target  ukuran droplet tidak lebih dari 500 mikron [1]. Pada densitas gas 12, 5 kg/m3 dan 13 kg/m3 dengan scrubber vertical nilai k flooding 0,2 m/s memiliki pressure drop  200  –  1000  pascal  untuk  menghasilkan  diameter  >  100  mikron.  Pada  Gambar  3.  menunjukkan  bahwa  pada densitas gas 13,5 kg/m3   –  14 kg/m3  memiliki kecepatan  flooding  yang  lebih rendah dari densitas 12,5  kg/cm3  - 13,5 kg/cm3. Pada nilai K flooding kondisi tersebut penurunan tekanan berkisar 100  – 900 kPa . Pada densitas gas 13, 5 kg/m3 dan 14 kg/m3 dengan scrubber nilai vertikal scrubber 0,04  - 0,05untuk menghasilkan  diameter > 100 mikron.  Pada  Gambar  4.  menunjukkan  bahwa  semakin  tinggi  densitas  gas  maka  nilai  kecepatan  flooding  semakin kecil dan pressure drop juga semakin kecil. Pada nilai  K  flooding  mempengaruhi  nilai ukuran droplet dan tekanan operasi pemisahan pada gravitasi gas. Untuk gas dengan nilai densitas 14,5 kg/m3 – 15 kg/cm3 memiliki penurunan tekanan terbaik pada maksimal 980 kPa pada nilai vertikal scrubber 0.02 – 0.05. Target operasi  untuk menghasilkan diameter > 100 mikron terbaik pada densitas 14 kg/m3 -15 kg/m3.

## KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  dilakukan  simulasi  perhitungan  termodinamika  dengan  menggunakan  HYSYS  dan perancangan  fluida  menggunakan  persamaan  Souders-Brown.  Didapat  dari  hasil  simulasi  dengan  kandungan metana, dan komponen lainnya memiliki rentang densitas 13,5 kg/m3 – 15 kg/m3 dengan kondisi temperature 25 o C, pada tekanan 16 Bar dan volume separator 0.503 m3. Adapun dengan simulasi persamaan souder-Brown didapatkan nilai penurunan tekanan yang diaplikasikan sekitar 100 – 900 kPa dengan nilai terbaik kecepatan Flooding 0,2 – 0,3 m/s dengan asumsi semakin naik densitas gas maka semakin besar nilai droplet.
Jurnal Teknik Mesin: CAKRAM 2023 Yohan, Sri Hartati, Perancangan Termodinamika Scrubber Kapasitas 1.1 MMSCFD Kompresi  Gas Alam Dengan Metode Souders-Brown

## DAFTAR PUSTAKA
[1] M. Moshfeghian, “September 2015 Production & Processing Facilities Tip of the Month,” no. SEPTEMBER, pp. 1–16, 2015, [Online]. Available: http://www.jmcampbell.com/tip-of-the-month/wp- content/uploads/2015/09/Sep_2015_Gas-Liquid-Separators-Sizing-Parameter-MM083015.pdf
[2] K. Sainath, A. Modi, and J. Bellare, “CO2/CH4 mixed gas separation using graphene oxide nanosheets embedded hollow fiber membranes: Evaluating effect of filler concentration on performance,” Chem. Eng. J. Adv. , vol. 5, no. October 2020, p. 100074, 2021, doi: 10.1016/j.ceja.2020.100074.
[3] A. Krasinski, “Filter media: Multilayer PP filters for the separation of O/W emulsions,” Filtr. Sep. , vol. 51, no. 6, pp. 22–28, 2014, doi: 10.1016/S0015-1882(14)70224-1.
[4] X. Yang and G. Chase, Nanofibers for coalescing filter media for water-diesel separation . Elsevier Ltd, 2017. doi: 10.1016/B978-0-08-100573-6.00006-X.
[5] Y. Yu, H. Chen, Y. Liu, V. S. J. Craig, and Z. Lai, “Selective separation of oil and water with mesh membranes by capillarity,” Adv. Colloid Interface Sci. , pp. 1–10, 2016, doi: 10.1016/j.cis.2016.05.008.