## ABSORPSI GAS CO 2 MENGGUNAKAN MONOETANOLAMINE
ABSORPTION CO 2 GAS USING MONOETHANOLAMINE
Endang Srihari 1)* , Ricky Priambodo 2) , Sylvia Purnomo 3) , Hermawan Sutanto 4) , Wentalia Widjajanti 5) Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Surabaya Jl. Raya Kalirungkut , Surabaya 60292, Telp. 031-2981158 Email : endang_srihari@yahoo.com

## ABSTRAK
Udara pada  daerah padat industri, memiliki  tingkat polusi yang tinggi. Hal ini banyak disebabkan  karena  proses  pembakaran  yang  dilakukan  oleh  sebagian  besar  industri,  dimana pada  proses  pembakaran  akan  dihasilkan  gas  karbondioksida  (CO 2 )  yang  membahayakan . Oleh  karena  itu,  diperlukan  suatu  metode  untuk  menekan  angka  polusi  akibat  kandungan berlebih  gas CO 2 dalam udara tersebut, salah satunya adalah dengan proses absorpsi . Proses absorpsi CO 2 menggunakan monoethanolamine (MEA) yang dilakukan dalam sebuah absorber packed  column berisi  packing  berukuran  0,5  in  bertujuan  untuk  mengetahui  harga  koefisien perpindahan  massa  volumetric  overall  fase  gas  (K G .a)  terhadap  variable  operasinya  dan mengetahui  nilai  dari  luas  interfacial  persatuan  volume  packing  (a)  dari  harga  koefisien perpindahan  massa  volumetriknya..  Gas  CO 2 mengalir  masuk  dalam  packed  column  dengan MEA  sebagai  pelarut.  Hasil  penelitian  yang  diperoleh  adalah  harga  koefisien  perpindahan massa volumetric  overall fase  gas,  KGa  akan semakin besar pada saat laju gas  CO 2 konstan dan  laju  alir  MEA  nya  semakin  besar.  Demikian  juga    pada  kondisi  yang  sama,  harga  luas interfacial persatuan volume packingnya akan meningkat.  Tetapi pada saat laju MEA konstan dengan  semakin  besarnya  laju  alir  gas  CO 2 akan  menyebabkan  harga  koefisien  perpindahan massa  overall  fase  gas,  K G a  semakin  menurun.    Sedangkan  pada  konsentrasi  larutan  MEA semakin besar akan menyebabkan harga K G a nya juga meningkat. Untuk harga luas interfacial persatuan volume packing tidak terpengaruh dengan perubahan laju alir gas dan konsentrasi MEA.
Kata  kunci  :  Absorpsi  CO 2 ,,  Monoethanolamine,  Koefisien  perpindahan  massa  overall volumetric fase gas, Luas interfacial persatuan volume packing

## ABSTRACT
The  air  on  an  area  of  solid  industry,  having  a  level  pollution  that  high  .  it  is  much caused  the  process  of  combustion  done  by  most  of  the  industry  ,  whereby  on  the  process  of combustion will be produced a gas of dioxide carbon ( CO 2 ) that edangers . Hence , required a method to depress figures pollution resulting from the womb overgrowth CO 2 in the air the , one  of  them  is  with  the  process  of  absorption  .CO 2 absorption  process  using monoethanolamine (MEA) performed in a packed column absorber aims to determine the price of  overall volumetric mass transfer coefficient of the gas phase to the variable  operation and know the value of the interfacial area per unit volume packing (a) of the price of the coefficient volumetric mass transfer. CO 2 gas flowing to the packed column using MEA as a solvent. The results  are  overall  volumetric  mass  transfer  coefficient  of  the  gas  phase,  K G a  the  greater  the rate of CO 2 gas at a constant flow rate of MEA and its getting bigger. Likewise, under the same conditions,  the  price  of  interfacial  area  per  unit  volume  will  increase  packing.  But  at  a constant  rate  of  MEA  with  greater  gas  flow  rate  of  CO 2 will  cause  the  overall  mass  transfer coefficient  of  the  gas  phase,  K G a  decreases.  While  at  the  greater  concentration  of  MEA solution will cause the  K G a is increasing. The interfacial area  per unit volume  packing is not affected by changes in gas flow rate and concentration of MEA.
Key  words:  Absorption  of  CO 2 ,,  Monoethanolamine,  overall  volumetric  mass  transfer coefficient of gas phase, interfacial area per unit volume packing

## PENDAHULUAN
Udara pada daerah padat industri, memiliki tingkat  polusi  yang  tinggi.  Hal  ini  banyak disebabkan karena proses pembakaran yang dilakukan oleh sebagian besar industri, dimana pada proses pembakaran akan dihasilkan gas karbondioksida (CO 2 ) yang membahayakan. Kandungan  berlebih  gas  CO 2 dalam  udara  akan menyebabkan efek greenhouse . Efek greenhouse ini akan meningkatkan suhu atmosfer sehingga menimbulkan  efek  pemanasan  global.  Selain  itu, dalam  konsentrasi  yang  tinggi  CO 2 akan  menye- babkan  kelumpuhan  pusat  pernafasan,  tetapi  pada konsentrasi  gas  CO 2 dalam  udara  yang  kurang  dari 1,5%  volume  tidak  akan  membahayakan.  Oleh karena  itu,  diperlukan  suatu  metode  untuk  menekan angka  polusi  akibat  kandungan  berlebih  gas  CO 2 dalam  udara  tersebut,  salah  satunya  adalah  dengan proses  absorpsi.  Untuk  memahami  proses  absorpsi, penting  sekali  mengetahui  fenomena  perpindahan massa  yang terjadi di dalamnya. Solvent  yang dapat dipakai untuk menyerap gas CO 2 dalam udara adalah cairan KOH dan Monoethanolamine (MEA). Penelitian  Aboudheir  (1998)  memberikan gambaran tentang proses absorpsi CO 2 dalam larutan MEA  yang  sangat  pekat  (3–9  kmol/m 3 ).  Penelitian dilakukan  untuk  melihat  efek  dari range kondisi operasi  yang  lebar  terhadap  efisiensi  removal  untuk proses absorpsi ini. Kondisi operasi yang digunakan meliputi konsentrasi solvent  yang sangat tinggi, tipe packing,  laju  alir  gas  dan  liquid,  komposisi  gas masuk,  dan  loading  larutan  CO 2 .  Hasil  yang diperoleh  menyatakan  bahwa  kapasitas  absorpsi larutan  amina  akan  meningkat  seiring  dengan peningkatan  konsentrasi  nya.  Selain  itu,  dapat disimpulkan bahwa seiring  dengan  peningkatan  laju alir  liquid,  maka  efisiensi  penghilangan  dari  CO 2 juga  akan  meningkat.  Kenaikan  kapasitas  absorpsi dapat  dilihat  dari  kenaikan  harga  koefisien perpindahan  massa,  serta  luas  interfacialnya. Penelitian Gary T dkk (1998) tentang sifat kelarutan dan laju absorpsi dari CO 2 pada
monoethanolamine/Piperazine/Water
dengan menggunakan  Wetted  Wall  Column  (WWC). Dimana konsentrasi amine divariasi dengan menggunakan  MEA  yang  telah  ditambahkan konsentrasi Piperazine, dikemukakan bahwa permodelan  dari  laju  absorpsi  tersebut  tersusun  dari dua  tahanan  yaitu  tahanan  gas  dan  tahanan  liquid, yang  kemudian  harganya  dapat  diestimasi  dengan menggunakan  reaksi pseudo  first  order dan instantaneous enhancement factor (E). Laju absorpsi CO 2 yang  didapat  dengan  menggunakan  larutan MEA  dan  Piperazine  lebih  besar.  Pada  penelitian Gary T dkk (2003), dikatakan bahwa proses absorpsi dalam  packed  kolom  dikontrol  oleh  difusi  dengan reaksi  kimia  cepat  di  liquid  film.  Sedangkan  dalam tray kolom dikontrol oleh absorpsi secara fisik.
Pada  penelitian  ini,  proses  absorpsi  gas  CO 2 dalam  udara  menggunakan  cairan  solvent  MEA dalam  sebuah packed  column .  Penelitian  ini bertujuan untuk mengetahui harga koefisien perpindahan massa overall volumetric fase gas, K G .a terhadap  variabel  operasinya  kemudian  dihitung harga  luas  interfacial  persatuan  volume  packing dalam penelitian ini.  Diharapkan  dari  data K G .a  dan luas  interfacial  persatuan  volume  packing  (a)  dapat digunakan  sebagai  salah  satu  pertimbangan  dalam merancang  peralatan  proses  absorpsi  gas  yang  lain dengan jenis dan ukuran packing yang sama.

## METODE PENELITIAN
Penelitian  ini  menggunakan  gas  CO2  dalam campuran  dengan  udara  dan  sebagai  pelarutnya dipakai  larutan  MEA  dengan  konsentrasi  0,028  N hingga  0,091  N.  Sebagai  variable  percobaan  adalah laju  alir  MEA,  konsentrasi  MEA  yang  digunakan dan  laju  alir  campuran  gas  CO2  dan  udara  masuk absorber  yang  berisi  packing  berukuran  0,5  in. Peralatan  yang  dipakai  adalah  seperti  pada  Gambar 1.
Gambar 1. Skema alat percobaan
Keterangan gambar : T-1 : Tangki penyimpan gas CO2 C    : Kompresor V-1 : Valve bukaan gas CO2 V-2 : Valve bukaan udara R-1 : Rotamemetr gas CO2 R-2 : rotameter udara T-2 : Tangki feed larutan MEA P    : Pompa V-3: Valve bypass T-3 : Tangki overflow larutan MEA
V-4: Valve keluaran tangki overflow
F    : flowmeter V-5: Valve bypass larutan MEA V-6: Valve larutan MEA menuju packed column PC : Packed Column T-4 : Tangki penampungan cairan keluar kolom

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penelitian  absorpsi  gas  CO 2 menggunakan larutan  MEA  merupakan  proses  absorpsi  yang disertai  reaksi  kimia.  Dari  hasil  perhitungan diperoleh  harga  Modulus  Hatta  (M H )  sebesar  43,81 yang    lebih  besar  dari  2,  dan  hal  ini  menunjukkan bahwa  reaksi  ini  terjadi  dalam  waktu  yang  sangat cepat  sehingga  proses  absorpsi  hanya  dipengaruhi oleh  perpindahan  massa  (Danckwertz,  P.V, ) . Reaksi  yang  terjadi  di  liquid  film  menandakan bahwa tahanan individual di liquid. Proses  absorpsi  CO 2 menggunakan    MEA sebagai  pelarut  merupakan  absorpsi  yang  disertai dengan  reaksi.  Adapun  reaksi  kimia  antara  CO 2 dengan MEA adalah (David W      ) :
CO 2 (g) + 2RNH 2 (aq) RNHCOO - (aq) + RNH3 + (aq)
Dengan  R  =  MEA  =  HOCH 2 CH 2 -  dan  dengan persamaan laju reaksi :
R = k C CO2 C MEA
Dalam  hal  ini  terdapat  tiga  tahanan  yang mempengaruhi  perpindahan  massa  dan  reaksi  kimia yaitu  :  tahanan  pada  film  gas,  pada  film  liquid  dan tahanan  pada  badan  cairan.  Persamaan  laju  reaksi dalam  proses  absorpsi  tergantung  dari  nilai konstanta  laju  reaksi serta  perbandingan  konsentrasi reaktan yaitu
MEA CO C P 2 dan konstanta Henry (He).
Reaksi kimia antara CO 2 dan MEA merupakan  reaksi  irreversible  dimana  gas  CO 2 berdifusi  dalam  cairan  MEA,  langsung  habis bereaksi  menjadi  produk.  Reaksi  ini  terjadi  di interface  di  lapisan  film  liquid  dalam  waktu  yang sangat  cepat  sehingga  hanya  terjadi  perpindahan massa.  Tahanan  perpindahan  massa  yang  dilalui berdasarkan  overall  fase  gasnya  dapat  dilihat  dari persamaan :
E a K He K K L Ga Ga . 1 1 +
= (1)
Reaksi  yang  terjadi  di  liquid  film  menandakan bahwa tahanan individual di liquid film sangat kecil. Disamping  itu,  karena  CO 2 merupakan  gas  dengan kelarutan  yang  tinggi  dalam  MEA  maka  tahanan film  gas  yang  mengontrol  (Levenspiel  O,    )  Untuk tahanan  film  gas  yang  mengontrol  maka  nilai
Ga E La K K He 1
. ≤ sehingga  koefisien  perpindahan  massa
volumetric  overall  fase  gas  akan  sama  dengan koefisien  perpindahan  massa  individual  volumetric fase  gas.  Oleh  karena  itu  koefisien  perpindahan massa  yang  dibahas  dalam  penelitian  ini  adalah koefisien perpindahan massa overall volumetrik fase gas.  Untuk  fase  gas  yang  mengontrol,  jumlah  CO 2 yang terabsorp dapat ditentukan dengan persamaan :
d(N A ) = d(G.y)                                  (2)
Sedangkan  laju  absorpsi  solute  A  dapat  dinyatakan dengan persamaan ;
dA y y y a Ky N d LM A ) ' )( ) ' 1 (( ' ) ( − − = (3)
dA  merupakan  luas  interfacial  yang  lebih  sering dinyatakan sebagai :
dA = a.S.dz                                          (4)
Maka persamaan (3) dapat dinyatakan sebagai :
Sdz y y y a Ky N d LM A ) ( ) 1 (( ' ) ( ∗ ∗ − − = (5)
Jumlah  gas  yang  tidak  terabsorpsi  (G’)  adalah  tetap yaitu sebesar :
G’ = G(1-y)                                        (6)
Substitusi persamaan (2),(6) ke dalam persamaan (5) dan  bila  di  integralkan  dengan  batas  kondisi  1  pada bagian bawah menara dan kondisi 2 pada bagian atas menara, maka
diperoleh persamaan :
K G .a = LM A y y P S Z N ) ( . . ∗ − = (7) Dengan : ) ( ) ( ln ) ( ) ( ) ( 1 1 2 2 1 1 2 2 ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ − − − − − = − y y y y y y y y y y LM
Persamaan  empiris  untuk  menentukan  koefisien perpindahan  massa  di  liquid  film  dapat  dihitung menggunakan  persamaan  Sherwood  dan  Holloway sebagai berikut :
5 , 0 )) / )( 1 )( / ( AB AB L D L D a k ρ µ η µ α − = (8)
Packing  dengan  diameter  yang  sama  tetapi design  yang  sedikit  berbeda,  kemungkinan  akan memiliki  densitas  yang  berbeda  sehingga  akan menghasilkan nilai luas interfacial persatuan volume packing, a yang berbeda pula. Oleh karena itu, Onda et  al  (1968b)  memberikan  suatu  persamaan  untuk menentukan nilai a spt pada persamaan (9) berikut :
        − − = − 2 , 0 2 05 , 0 2 2 1 , 0 . 75 , 0 ) , , ( ) ( ) ( ) ( 45 , 1 exp 1 t g t t c t a L xa L x a L x a a ρ σ ρ µ σ σ
(9)
Untuk  system  liquida  air  dengan  ceramic  packing digunakan harga
c ρ σ = 0,85
Hasil  perhitungan  pengaruh  laju  alir  cairan dan laju alir gas dan  laju alir gas terhadap besarnya koefisien perpindahan massa volumetric overall fase gas (K G .a) dapat dilihat pada Gambar 2.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 laju alir cairan (l/s) K G .a ( m o l/ m 3 .a tm .s ) laju alir CO2 0.047 laju alir CO2 0.094 laju alir CO2 0.141
Gambar 2. K G .a vs Laju alir cairan pada konsentrasi MEA 0,091 N
Meningkatnya  laju  alir  gas  CO 2 akan menyebabkan harga K G a akan semakin kecil, namun pada peningkatan laju alir cairan pada laju gas tetap akan  menyebabkan  harga  K G .a  meningkat.  Hal  ini sesuai  dengan  hasil  yang  diperoleh  dari  analisis dimensi  yang  telah  dilakukan  mengenai  hubungan antara  laju  lair  MEA  dengan  laju  alir  gas  CO 2 terhadap harga K G .a pada masing_masing konsentrasi MEA. Untuk konsentrasi MEA 0,091 N, diperoleh hubungan :
K G .a =4,9 G -0,221 L 0,751 , dengan  semakin  tingginya  konsentrasi  MEA  yang digunakan  maka  akan  semakin  banyak  pula  jumlah MEA  yang  dapat  menyerap  gas  CO 2 ,  sehingga  gas CO 2 yang  terabsorp  akan  semakin  banyak  dan perpindahan  massa  yang  terjadi  semakin  besar.  Hal ini ditunjukkan dengan besarnya koefisien perpindahan  volumetric  overall  fase  gas,  K G .a. Sehingga  dengan  demikian  kenaikan  konsentrasi MEA  akan  meningkatkan  bilai  K G .a  seperti  terlihat pada Gambar 3.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 Konsentrasi MEA (N) K G .a ( m o l/ m 3 .a tm .s ) laju alir cairan 0.042 l/s laju alir cairan 0.049 l/s laju alir cairan 0.056 l/s laju alir cairan 0.063 l/s laju alir cairan 0.0697 l/s
Gambar  3.  K G .a  vs  konsentrasi  MEA  pada  laju  alir CO 2 0,047 l/s
Luas  interfacial  persatuan  volume  packing  a,  akan meningkat  dengan  meningkatnya  laju  alir  cairan MEA  seperti  pada  Gambar  4.  Sedangkan    laju  alir
gas  tidak  mempengaruhi    harga  luas  interfacial persatuan  volume  packing  seperti  terlihat  pada Gambar  5.  Sedangkan  dari  perhitungan  terlihat bahwa  harga  a  tidak  juga  dipengaruhi  oleh konsentrasi  MEA  yang  dipakai.  Hal  ini  terlihat  dari persamaan  (9)  bahwa  harga  a  hanya  dipengaruhi oleh laju alir cairan.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 0.04 0.045 0.05 0.055 0.06 0.065 0.07 0.075 laju alir cairan (l/s) a ( m -1 ) laju alir CO2 0.047 laju alir CO2 0.094 laju alir CO2 0.141
Gambar  4.  a  vs  laju  alir  cairan  pada  konsentrasi MEA 0,091 N
0 2 4 6 8 10 12 14 16 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 laju alir CO2 (l/s) a ( m -1 ) laju alir cairan 0.042 l/s laju alir cairan 0.049 l/s laju alir cairan 0.056 l/s laju alir cairan 0.063 l/s
laju alir cairan 0.0697 l/s
Gambar  5.  a  vs  laju  alir  gas  pada  konsentrasi  MEA 0,091 N

## SIMPULAN
Absorbsi  CO 2 ke  dalam  MEA  merupakan absorbsi disertai dengan reaksi kimia yang cepat dan terjadi  di lapisan film liquid.  Penurunan K G a  terjadi ketika laju alir gas CO 2 ditingkatkan.
Semakin  tinggi  konsentrasi  MEA  menyebab- kan  harga  K G a  meningkat  dan  luas  interfacial persatuan volume packing nya juga meningkat. Laju alir  gas  dan  konsentrasi  MEA  tidak  berpengaruh terhadap  harga  luas  interfacial  persatuan  volume packing.

## DAFTAR NOTASI
ρ air = densitas air (kg/m 3 ) ρ CO2 = densitas CO 2 (kg/m 3 )
ρ udara = densitas udara (kg/m 3 ) z = panjang kolom (m) D = diameter kolom (m) Dp = diameter packing (m) µ = viskositas cairan (kg/m.s) P percobaan = tekanan pada saat percob (atm) P lingkungan = tekanan ruang percobaan (atm) P STP = tekanan  keadaan standar (atm) T lingkungan = suhu ruang percobaan ( o C)
T STP = suhu pada keadaan standar ( o C) D A = difusivitas CO 2 (m 2 /s) D B = difusivitas MEA (m 2 /s)
D AB = difusivitas CO 2 dalam MEA (m 2 /s)
k = koefisien difusivitas (m 3 /mol.s) σ = Interfacial Tension atau tegangan permukaan (dyne/cm) N = normalitas (N) M H = Modulus Hatta k L = koefisien perpindahan massa fase cair individual (m/s) a = luas interfacial per satuan volume packing (m -1 ) k G = koefisien perpindahan massa fase gas individual (mol/m 2 .atm.s) K G .a = koefisien perpindahan massa volume- trik overall (mol/m 3 .atm.s) K G = koefisien perpindahan massa overall (mol/m 2 .atm.s) N A = laju molar  CO 2 (mol/s)
S            = luas permukaan perpind massa (m 2 ) L 2 = laju mol cairan masuk (mol/s) L 1 = laju mol cairan keluar (mol/s) G 1 = laju alir gas masuk (mol/s) G 2 = laju alir gas keluar  (mol/s) x a2 = fraksi mol CO 2 dalam cairan masuk x a1 = fraksi mol CO 2 dalam cairan keluar y a1
= fraksi mol CO 2 dalam gas masuk y a2 = fraksi mol CO 2 dalam gas keluar He = konstanta Henry (atm/mol frac.) E = Enhancement Factor

## DAFTAR PUSTAKA
Aboudheir, D. deMontigny, P. Tontiwach- wuthikul,  A. Chakma .  (1998).  “ Important Factors  Affecting  Carbon  Dioxide  Removal Efficiency  By  Using  Extra  high  Concen-trated Monoethanolamine  Solutions  and  High-Capa- city  Packings ”,  Process  Systems  Laboratory, Faculty  of Engineering, Uni-versity of Regina, Regina,Saskatchewan, Canada S4S 0A2,
Society of petroleum Engineers, Inc. Adisorn  Aroonwilas,  Paitoon  Tontiwachwuthikul  *, Amit  Chakma.  (2003).  “ Effects  of  operating and  design  parameters  on  CO 2 absorption  in columns  with  structured  packings ”,  Process Systems  Laboratory,  Faculty  of  Engineering, University  of Regina, 3737 Wascana Parkway, Regina,  Sask.,  Canada  S  4S  0A2,  Separation and  Purification  Technology,  vol.24.,  hal  403- 411.
Chia-Chang  Lin,  Wen-Tzong  Liu,  and  Chung-Sung Tan.  (2003).  “ Removal  of  Carbon  Dioxide  by Absorption  in  a  Rotating  Packed  Bed ”, Union Chemical  Laboratories,  Industrial  Technology Research  Institute,  Hsinchu,  Taiwan,  300 R.O.C., and Department of Chemical Engineering,  National  Tsing  Hua  University, Hsinchu,  Taiwan,  300  R.O.C.,  Industrial  & Engineering Industry, ACS Publications.
Danckwertz,  P.V  David  W.  Agar.  (2003.,  “ Gas Liquid  Reaction ”,  McGraw  –  Hill  Book Company  “ Gas–Liquid  Reaction  Enginee- ring ”,  Chemical  Engineering  Department  IISc Bangalore,  University  of  Dortmund,  Short Course.
Gary  T.  Rochelle,  Manuel  A.  Pacheco.  (1998).
“ Rate-Based  Modeling  of  Reactive  Absorption of  CO 2 and  H 2 S  into  Aqueous  Methyl- diethanolamine ”,  Departement  of  Chemical Engineering,  The  University  of  Texas  at Austin,  Ind.Eng.Chem.Res.,  37(10),  hal  4107- 4117.
Gary  T.  Rochelle,  H-Y.  Dang.  (2003).  “ Carbon Dioxide  Absorption  Rate  and  Solubility  in Monoethanolamine/Piperazine/Water ”,  M  S Thesis,  The  University  of  Texas  at  Austin, Separation Science and Technology, Vol.38.
Geankoplis,  Christie  J.  (1993). “Transport  Pro- cesses  and  Unit  Operations”. Third  Edition. Prentice Hal, Inc. Levenspiel,  O.  (1999).  “ Chemical  Reaction  Engi- neering ”, 3 rd ed, John Willey & Sons. Perry.H.,  Don  Green.  (1976).  “ Chemical  Enginee- ring  Handbook”, 6 th edition,  Mc  Graw  Hill, New York.
Welty James R., Wicks Charles E., Wilson Robert E.
(1984).  “ Fundamentals  of  Momentum,  Heat, and  Mass  Transfer”, 3 rd edition,  John  Wiley and Inc., Canada.