ABSORPTION IN PLATE AND PACKED TOWERS

1. Introduction to absorption
Absorption is a mass-transfer process in which a vapor solute A in a gas mixture is
absorbed by means of a liquid in which the solute is more or less soluble. The gas
mixtures consists mainly of an inert gas and the solute. The liquid also primarily
immiscible in the gas phrase ; that is, its vaporization into the gas phrase relatively
slight. A typical example is a absorption of the solute ammonia from an air-ammonia
mixture by water. Subsequently , the solute is recovered from the solution by
distillation . in the reverse process of desorption or stripping , the same principles and
equations hold.
2. Equipment for absorption and distillation
1) Various types of tray (plate) towers for absorption and distillation. In order to
efficiently bring the vapor and liquid into contact in absorption and distillation,
tray towers of the following types are often used.
a. Sieve tray. Essentially the same tray is used in distillation and gas absorption .
in the sieve tray, vapor bubbles up through simple holes in the tray through the
flowing liquid. Hole sizes range from 3 to 12 mm in diameter, with 5 mm a
common size. The vapor area of the holes varies between 5 to 15% of the tray
area. The liquid is held on the tray surface and prevented from flowing down
through the holes by the kinetic energy of the gas of vapor. The depth of liquid
on the tray is maintained by an overflow, outlet weir. The overflow liquids
flows into the downspout to the next tray below.
b. Valve tray. This consists of an opening in the tray and a lift-valve cover with
guides to keep the cover properly positioned over the opening. The provides a
variable open area which is varied by the vapor flow inhibiting leakage of
liquid down the opening at low vapor rates. Hence, this type of tray can
operate over a greater range flow rates than the sieve tray, with a cost of only
about 20% more than a sieve tray. The valve tray is being increasingly used
today.
c. Bubble cup tray. Bubble cup tray has been used for over 100 years but since
1950 they have been generally superseded by sieve type or valve trays because
of their cost, which is almost double that of sieve type trays. In the bubble
tray, the vapor or gas rises through the opening in the tray into the bubble
caps. Then the gas flows through slots in the periphery of each cap and
bubbles upward through the flowing liquid. Details and the design procedures
for many of these and other types of trays are given elsewhere (B2,P2T1).
2) Structured packing for absorption and distillation. Structured packing has became
competitive with conventional tray towers, especially in tower revamps where
increased capacity and/or efficiency is desired (K1.L2). a typical corrugated-sheet
packing is shown in figure. The thin corrugated-metal sheets are formed in a
triangular cross-section, as shown in figure. The vapor flow goes upward through
the triangular channels, which are set at 45 angel with the vertical. The sheet are
arranged so the liquid flows downward in the opposite direction and spreads over
the surfaces, as in a wetted-wall tower.
The corrugated sheets are assembled into an element whose height E, as
shown in figure, is about 20 to 30 cm tall (8-12 in). A shorter height tends to
 increase the liquid and vapor spread in the horizontal plane. Each adjacent
element is rotated 90 in in the horizontal plane with respect to the layer below in
order to spread the liquid and vapor uniformly in all radial planes. The ratios of
B/h in figure are in the range of 2/1 to 4/1. The size range of the triangle are
typically for B (2,4-4 cm ), for S (1,7-2,6 cm) , and for h (1,2-1,8 cm) (K1).
Smaller size of the triangle mean that more sheets are present, giving a greater
surface area. This results in a higher efficiency but smaller openings. However,
the increased resistance to gas flow gives a lower capacity and a greater sensitivity
to plugging (K1).
The open void fraction typically varies from 0,91 to 0,96 and the specific
surface area from 165 to 330 m^2/m^3 volume (50 to 100 ft^2/ft^3 ). In many
cases the packing sheet contains perforations or holes about 2-4 mm ID spaced
0,5-1,5 cm apart to help wet both the upper and lower sides of the sheet.
3) Packed towers for absorption and distillation. Packed towers are used for
continuous countercurrent contacting of gas and liquid in absorption as well as for
vapor-liquid contacting in distillation. The tower in figure, consist of a cylindrical
column containing a gas inlet and distributing space at the bottom, a liquid inlet
and distributing device at the top, a gas outlet at the top, a liquid outlet at the
bottom, and a packing or filling in the tower. The gas enters the distributing space
below the packed section and rises upward through the openings or interstices in
the packing and contacts the descending liquid flowing through the same
openings. A large area of intimate contact between the liquid and gas is provide
by the packing.
4) Types of random packing for absorption and distillation. Many different types of
tower packings have been developed and a number are used quite often. Common
types of packing which are dumped at random in the tower are shown in figure.
Such packings and other commercial packings are available in size of 3mm to
about 75 mm. most of the tower packings are made of materials such as clay,
porcelain, metal or plastic. High voice spaces of 65-95% are characteristic of
good packings. The packings permit relatively large volumes of liquid to pass
countercurrent to the gas flow through the openings with relatively low pressure
drops for the gas. These same types of packings are also used in vapor-liquid
separation cesses of distillation.
Ceramic Raschig rings and Berl saddles show in figure are older types of
random packing and are seldom used now (K1) pall rings (second-generation
packing) shown in figure , are made of plastic or metal, they are much more
efficient and are still used now. They have porosities or void spaces of 0,90-0,96
and areas of 100-200 m^2/m^3 (30-60 ft^2/ft^3). The latest or third-generation
packings are the Intalox metal type, shown in figure, which is a combination of
the Ber saddle and the Pall ring, and the Metal Tripack, shown in figure, which is
a Pall ring in spherical shape. Porosities range from 0,95 to 0,98. Many other
types of new packings are available. These third-generation packings are only
slightly more efficient than the Pall rings.
Stacked packings having size of 75 mm or so and larger are also used. The
packing is stacked vertically, with open channels running uninterruptedly through
the bed. The advantage of the lower pressure drop of the gas is offset in part by
 the poorer gas-liquid contact in stacked packings. Typical stacked packings are
wood grids, drip-point grids, spiral partition rings, and others.
3. Pressure Drop and Flooding in Packed Towers
In given packed tower with a given type and size packing and with a definite
flow of liquid, there is an upper limit to the rate of gas flow, called the flooding
velocity. Above this gas velocity the tower cannot operate. At low gas velocities the
liquid flows downward through the packing, essentially uninfluenced by the upward
gas flow. As the gas flow rate is increased at low gas velocities, the pressure drop is
proportional to the flow rate to the 1,8 power. At a gas flow rate called the loading
point, the gas starts to hinder the liquid downflow, and local accumulations or pools
of liquid start to appear in the packing. The pressure drop of the gas starts to rise at a
faster rate. As the gas flow rate increased, the liquid holdup or accumulation
increases. At the flooding point, the liquid can no longer flow down through the
packing and is blown out with the gas.
In an actual, operating tower, the gas velocity is well below flooding. The
optimum economic gas velocity is about one-half or more of the flooding velocity. It
depends upon a balance of economics factors including equipment cost, pressure
drop, and processing variables. Pressure drop in the packing is an important
consideration in design of a tower and is covered in detail below.

ABSORPSI DI Piring DAN MENARA KEMASAN

1. Pengantar penyerapan
Penyerapan adalah proses transfer massa di mana uap zat terlarut A dalam campuran
gas diserap melalui cairan di mana zat terlarut lebih atau kurang larut. Campuran
gas terutama terdiri dari gas inert dan zat terlarut. Cairan juga terutama tidak dapat
larut dalam frasa gas; yaitu, penguapannya ke dalam frasa gas relatif sedikit. Contoh
khas adalah penyerapan amonia terlarut dari campuran udara-amonia dengan
air. Selanjutnya, zat terlarut diperoleh dari larutan dengan distilasi. dalam proses
kebalikan dari desorpsi atau pengupasan, prinsip dan persamaan yang sama berlaku.
2. Peralatan untuk penyerapan dan penyulingan
1) Berbagai jenis menara baki (pelat) untuk penyerapan dan destilasi. Untuk secara
efisien membawa uap dan cairan ke dalam kontak dalam penyerapan dan distilasi,
menara baki dari jenis berikut sering digunakan.     
a. Saringan nampan. Pada dasarnya baki yang sama digunakan dalam
distilasi dan penyerapan gas. dalam baki saringan, uap gelembung melalui
lubang sederhana di baki melalui cairan yang mengalir. Ukuran lubang berkisar
antara 3 hingga 12 mm, dengan ukuran umum 5 mm. Area uap
lubang bervariasi antara 5 hingga 15% dari area baki. Cairan ditahan pada
permukaan baki dan dicegah mengalir melalui lubang oleh energi kinetik dari
gas uap. Kedalaman cairan pada baki dikelola oleh bendung saluran keluar
yang melimpah. Cairan melimpah mengalir ke downspout ke baki berikutnya di
bawah ini.
b. Baki katup. Ini terdiri dari bukaan pada baki dan penutup katup
pengangkat dengan pemandu untuk menjaga penutup diposisikan dengan benar
pada bukaan. Menyediakan area terbuka variabel yang bervariasi oleh aliran
uap yang menghambat kebocoran cairan pada pembukaan dengan laju uap yang
 rendah. Oleh karena itu, baki jenis ini dapat beroperasi pada laju aliran kisaran
yang lebih besar daripada baki saringan , dengan biaya hanya sekitar 20% lebih
tinggi dari baki saringan. Baki katup semakin banyak digunakan saat ini.
c. Nampan cangkir gelembung. Nampan cangkir gelembung telah
digunakan selama lebih dari 100 tahun tetapi sejak 1950 mereka umumnya
diganti dengan jenis saringan atau baki katup karena biayanya, yang hampir
dua kali lipat dari baki jenis saringan. Dalam baki gelembung, uap atau gas naik
melalui lubang di baki ke dalam tutup gelembung. Kemudian gas mengalir
melalui slot di pinggiran setiap penutup dan gelembung ke atas melalui cairan
yang mengalir. Detail dan prosedur desain untuk banyak baki ini dan jenis baki
lainnya diberikan di tempat lain (B2, P2T1).
2) packing terstruktur untuk penyerapan dan distilasi. Packing terstruktur telah
menjadi kompetitif dengan menara baki konvensional, terutama di menara
pembenahan di mana peningkatan kapasitas dan / atau efisiensi yang diinginkan
(K1.L2). kemasan lembaran bergelombang khas ditunjukkan pada
gambar. Lembaran logam bergelombang tipis dibentuk dalam penampang
segitiga, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Aliran uap naik ke atas melalui
saluran segitiga, yang ditetapkan pada 45 malaikat dengan vertikal. Lembaran itu
diatur sedemikian rupa sehingga cairan mengalir ke bawah dalam arah yang
berlawanan dan menyebar di atas permukaan, seperti pada menara dinding yang
dibasahi.     
Lembaran bergelombang dirakit menjadi elemen yang tingginya E, seperti
yang ditunjukkan pada gambar, adalah sekitar 20 hingga 30 cm (8-12
in). Ketinggian yang lebih pendek cenderung meningkatkan penyebaran cairan
dan uap di bidang horizontal. Setiap elemen yang berdekatan diputar 90 di dalam
bidang horizontal sehubungan dengan lapisan di bawah ini untuk menyebarkan
cairan dan uap secara seragam di semua bidang radial. Rasio B / jam dalam
gambar berada di o kisaran f 2/1 ke 4/1. Kisaran ukuran segitiga biasanya untuk B
(2,4-4 cm), untuk S (1,7-2,6 cm), dan untuk h (1,2-1,8 cm) (K1). Ukuran segitiga
yang lebih kecil berarti bahwa ada lebih banyak lembaran, memberikan area
permukaan yang lebih besar. Ini menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi tetapi
bukaan yang lebih kecil. Namun, peningkatan resistensi terhadap aliran gas
memberikan kapasitas yang lebih rendah dan sensitivitas yang lebih besar
terhadap penyumbatan (K1).
Fraksi void terbuka biasanya bervariasi dari 0,91 hingga 0,96 dan luas
permukaan spesifik dari 165 hingga 330 m ^ 2 / m ^ 3 volume (50 hingga 100 ft ^
2 / ft ^ 3). Dalam banyak kasus, lembaran pengemasan berisi perforasi atau lubang
dengan jarak 2-4 mm dengan jarak 0,5-1,5 cm untuk membantu membasahi sisi
atas dan bawah lembaran.
3) Menara yang dikemas untuk penyerapan dan penyulingan. Menara dikemas
digunakan untuk contin you s berlawanan mengontak gas dan cair dalam
penyerapan serta untuk sentuhan uap-cair di distilasi. Menara dalam gambar,
terdiri dari kolom silinder yang berisi saluran masuk gas dan ruang distribusi di
bagian bawah, saluran masuk cair dan alat pendistribusi di bagian atas, saluran
keluar gas di bagian atas, saluran keluar cairan di bagian bawah, dan pengemasan
atau pengisian di menara. Gas memasuki ruang distribusi di bawah bagian yang
dikemas dan naik ke atas melalui celah atau celah dalam kemasan dan
menghubungi cairan turun yang mengalir melalui celah yang sama. Area kontak
intim yang luas antara cairan dan gas disediakan oleh kemasan.     
 4) Jenis kemasan acak untuk penyerapan dan penyulingan. Berbagai jenis paket
menara telah dikembangkan dan sejumlah digunakan cukup sering. Jenis
pengemasan umum yang dibuang secara acak di menara ditunjukkan pada
gambar. Kemasan dan kemasan komersial lainnya tersedia dalam ukuran 3mm
hingga sekitar 75 mm. sebagian besar kemasan menara terbuat dari bahan-bahan
seperti tanah liat, porselen, logam atau plastik. Ruang suara tinggi 65-95% adalah
karakteristik kemasan yang baik. Kemasan memungkinkan volume cairan yang
relatif besar untuk melewati arus berlawanan dengan aliran gas melalui lubang
dengan penurunan tekanan yang relatif rendah untuk gas. Jenis pengepakan yang
sama ini juga digunakan dalam pemisahan distilasi uap-cair.     
Cincin Raschig keramik dan sadel Berl dalam gambar adalah jenis kemasan
acak yang lebih lama dan jarang digunakan sekarang (K1) cincin pall
( kemasan generasi kedua ) yang ditunjukkan pada gambar, terbuat dari plastik
atau logam, mereka jauh lebih efisien dan masih digunakan sekarang. Mereka
memiliki porositas atau ruang kosong 0,90-0,96 dan area 100-200 m ^ 2 / m ^ 3
(30-60 kaki ^ 2 / kaki ^ 3). Kemasan terbaru atau generasi ketiga adalah jenis
logam Intalox, ditunjukkan dalam gambar, yang merupakan kombinasi dari pelana
Ber dan cincin Pall, dan Tripack Logam, ditunjukkan dalam gambar, yang
merupakan cincin Pall dalam bentuk bola. Porositas berkisar antara 0,95 hingga
0,98. Banyak jenis kemasan baru tersedia. Kemasan generasi ketiga ini hanya
sedikit lebih efisien daripada cincin Pall.
Kemasan bertumpuk memiliki ukuran 75 mm atau lebih dan lebih besar juga
digunakan. Pengemasan ditumpuk secara vertikal, dengan saluran terbuka berjalan
tanpa gangguan melalui tempat tidur. Keuntungan penurunan tekanan gas yang
lebih rendah diimbangi sebagian oleh kontak gas-cair yang lebih buruk dalam
kemasan bertumpuk. Kemasan bertumpuk yang umum adalah kisi-kisi kayu, kisi
titik tetes, cincin partisi spiral, dan lainnya.
3. Penurunan Tekanan dan Banjir di Menara yang Dikemas
Dalam menara pengemasan yang diberikan dengan jenis dan ukuran
pengemasan tertentu dan dengan aliran cairan yang pasti, ada batas atas laju aliran
gas, yang disebut kecepatan banjir . Di atas kecepatan gas ini menara tidak dapat
beroperasi. Pada kecepatan gas rendah cairan mengalir ke bawah melalui kemasan,
pada dasarnya tidak terpengaruh oleh aliran gas ke atas. Karena laju aliran gas
dinaikkan pada kecepatan gas rendah, penurunan tekanan sebanding dengan laju
aliran ke daya 1,8. Pada laju aliran gas yang disebut titik pemuatan , gas mulai
menghalangi aliran cairan, dan akumulasi lokal atau genangan cairan mulai muncul
dalam kemasan. Penurunan tekanan gas mulai naik pada tingkat yang lebih
cepat. Ketika laju aliran gas meningkat, kenaikan atau akumulasi cairan
meningkat. Pada titik banjir, cairan tidak bisa lagi mengalir ke bawah melalui
kemasan dan dihembuskan dengan gas.
Dalam menara operasi aktual, kecepatan gas jauh di bawah banjir. Kecepatan
gas ekonomi optimal adalah sekitar setengah atau lebih dari kecepatan banjir. Itu
tergantung pada keseimbangan faktor ekonomi termasuk biaya peralatan, penurunan
tekanan, dan variabel pemrosesan. Penurunan tekanan pada pengepakan merupakan
pertimbangan penting dalam desain menara dan dibahas secara rinci di bawah ini.