Pemodelan Matematis Adsorpsi CO2 dengan Strong Base Anion Exchange Resin sebagai Adsorben untuk Purifikasi Biogas

Abstract

Biogas purification processes are widely conducted to remove CO₂ content and enhance CH₄ content. High content of CH₄ will increase the performance of biogas significantly. Mathematical modelling in adsorption processes were derived from the two fim theory. The gas phase, liquid phase and solid phase were reviwed. Mathematical modelling was derived from the rate processes and equilibrium experiment in chemical adsorption of CO₂ by ion exchange mechanism in a packed column. Mathematical modelling was purposed to get the coefficients value which was needed to scale up the processes or to design the process equipment. The rate processes coefficients value sought from the simulation was volumetric mass transfer coefficient of CO₂ in the liquid phase (k_La), volumetric mass transfer coefficient of CO₂ in the gas phase (k_Ga) and the reaction rate coefficients(k₁ and k₂).   The Sum of Squares Error (SSE) value of rate proceses parameters k_Ga, k_La, k₁ and k₂ were 0.0431 in average. The model predictions value of k_Ga and k_La were compared to the theoretical value and the error were 18.79% and 7.29%, respectively.

Pemurnian biogas telah banyak dilakukan untuk menghilangkan kadar CO₂ dan meningkatkan kandungan CH₄ yang terkandung di dalamnya. Kandungan CH₄ yang tinggi akan memberikan unjuk kerja yang lebih baik. Model  matematis proses adsorpsi CO₂ disusun berdasarkan teori lapisan film antar fasa, dimana pada proses yang ditinjau terdapat tiga fase yaitu gas, cair dan padat. Model matematis dari data eksperimental  kecepatan dan kesetimbangan proses adsorpsi CO₂ melalui mekanisme pertukaran ion di suatu kolom adsorpsi telah dibuat. Model ini dibuat untuk mencari konstanta yang dapat dipergunakan pada proses scale up data laboratorium ke skala pilot plant. Parameter proses kecepatan yang dicari nilainya adalah koefisien transfer massa massa volumetris CO₂ pada fase cair (k_La), koefisien transfer massa volumetris CO₂ pada fasegas (k_Ga) dan tetapan laju reaksi (k₁ dan k₂). Pada hasil penelitian ini ditunjukkan bahwa nilai parameter yang diperoleh sesuai hasil fitting data dengan model matematis yang digunakan, yaitu model transfer massa pada lapisan film antar fase secara seri: adalah k_Ga, k_la, k₁ dan k₂ dengan nilai Sum of Squares Error (SSE) rata-rata 0,0431. Perbandingan nilai k_Ga hasil simulasi dan teoritisnya memberikan kesalahan rata-rata 18,79%. Perbandingan nilai k_La hasil simulasi dan teoritis memberikan kesalahan rata-rata 7,92%.