Reaksi absorpsi gas CO2 dengan suspensi Ca(OH)2 menjadi CaCO3 dalam reaktor Slurry tangki berpengaduk

MUFRODI, Zahrul, Ir. Rochmadi, SU.,Ph.D

2006 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Fenomena kimia yang melibatkan tiga fase (padat, cair dan gas) banyak dijumpai dalam industri. Contoh proses yang melibatkan sistem tiga fase adalah pembuatan kalsium karbonat (CaCO3) yang banyak digunakan dalam industri, misalnya sebagai bahan pembuat bedak dalam industri kosmetik, sebagai pigmen dalam industri cat dan sebagai bahan pengisi dalam industri kertas dan karet. Penelitian ini bertujuan mempelajari proses reaksi pembentukan endapan kalsium karbonat (CaCO3) dari proses absorbsi gas CO2 dengan suspensi Ca(OH)2. Reaksi absorpsi gas CO2 dengan suspensi Ca(OH) 2 dijalankan di reaktor slurry tangki berpengaduk. Mula-mula suhu reaktor berisi air dipanaskan pada suhu tertentu, kemudian ditambahkan Ca(OH)2 ke reaktor. Selanjutnya gas CO2 dengan kecepatan tertentu dan suhu sesuai dengan suhu reaktor dialirkan dengan bantuan distributor gas. Cuplikan diambil setiap 1 menit hingga konsentrasi Ca(OH)2 tidak dapat dideteksi (habis bereaksi). Peubah-peubah yang dipelajari adalah: kecepatan putaran pegaduk (5,667 – 11,067 rps), kecepatan alir gas CO2 (34,0127– 60,5503 cm/s) dan suhu (30 – 50 oC). Nilai koefisien transfer massa dan koefisien kecepatan reaksi ditentukan dengan minimasi SSE. Berdasar teori 2 lapis film pada transfer massa gas-cair dan teori 1 lapis film pada pelarutan Ca(OH)2, model yang diajukan cukup mendekati hasil pengamatan. Berdasar nilai indeks (pangkat) Reynold baik pada perubahan kecepatan pengadukan, kecepatan alir gas CO2 maupun suhu, dapat disimpulkan bahwa proses ini termasuk regim dinamik. Untuk batasan nilai Rel =18928,76-38217,20 maka : Hubungan bilangan tak berdimensi untuk transfer massa gas-cair : Sh = 0,07928 Reg 0,4383 Rel 0,4399 Sc0,6415 dengan ralat 5,19%. Hubungan bilangan tak berdimensi untuk transfer massa padat-cair : Sh = 0,0001179 Reg 0,4674 Rel 0,5403 Sc1,444 dengan ralat 7,31%. Hubungan antara konstanta kecepatan reaksi (kr) terhadap suhu pada kisaran 30-50oC dapat didekati dengan persamaan Arrhenius yaitu : kr = 1,771x106 e-2321,4/T cm3/mgmol/s dengan ralat 3,63%.

Solid, liquid and gas reaction systems are widely used in chemical industries. Manufacture of CaCO3 is an example, where CaCO3 is commonly used in many industries such as in cosmetics, a pigment in acrylic, pulp and rubber industries. This experiment studies the reaction of CaCO3 manufacturing from absorption of gaseous CO2 in Ca(OH)2 suspension. This reaction is carried out in a slurry reactor with agitation. Firstly, the reactor is heated until desired reaction temperature has been reached. After that calcium carbonate solid is suspended in the reactor. Gaseous CO2 (at the same temperature) is flown into the reactor at certain volumetric velocity using gas spurge. Samples are withdrawn every 1 minute until all of Ca(OH)2 is reacted. Variables studied in this research are rotation speed of agitator (5.667 – 11.067 rps), volumetric rate of CO2 gas (34.0127– 60.5503 cm/s) and reaction temperature (30 – 50 oC). Mass transfer coefficient and reaction rate coefficient are calculated using minimum SSE. Based on two-film theory at gas-liquid mass transfer and single-film theory at solubility of Ca(OH)2, the proposed mathematical model fits well with the data. In addition, based on the Reynold index at the various speed of agitator rotation, volumetric rate of gaseous CO2 and temperature, it is finally concluded that dynamic regime influences this experiment. For Reynold number (Rel) between 18928.76-38217.20: The relation between dimensionless groups for gas-liquid mass transfer is as follow: Sh = 0.07928 Reg 0.4383 Rel 0.4399 Sc0.6415 with error 5.19%. The relation between dimensionless groups for solid-liquid mass transfer is as follow: Sh = 0.0001179 Reg 0.4674 Rel 0.5403 Sc1.444 with error 7.31%. Reaction rate constant (kr) in the reaction temperature range of 30-50oC can be expressed using Arrhenius formulae : kr = 1.771x106 e-2321.4/T T cm3/mgmol/s with error 3.63%.

Kata Kunci : Kalsium Karbonat,Absorpsi Gas CO2,Suspensi Ca(OH)2