PENGEMBANGAN KONTAKTOR MEMBRAN HOLLOW FIBER UNTUK PENGENDALIAN EMISI GAS BUANG

Abstract

Most of world energy production, approximately of 89 % is produced from fossil fuel combustion such as oil, coal and natural gas. Combuation of these fossil fuel are main sources of environmental problems i.e. acid rain, photochemical smog and ozone depletion. Techniques to remove flue gas especially for SO2 are absorption and stripping. These conventional techniques have huge space requirement and high investment cost. Moreover, conventional scrubber is limited with loading, flooding and entrainment limitation. To cope with the disadvantages, a new technology based on membrane process called membrane contactor has been developed. The objectives of the research is to improve performance of membrane contactor for flue gas cleaning through design and fabrication of transversal hollow fiber membran module. The first year aim of the research are to study membrane characterization, membrane stability and modeling of membrane contactor. The study of membrane characterization covers pore diameter, porosity, pore structure and pore distribution. In order to obtain membrane characterization, bubble ppoint method, combination of bubble point and permeability and Scanning Electron Microscopy have been used to determine pore diameter, porosity, pore structure and pore distribution, respectively. Study of membrane stability was conducted to understand membran stability toward pH, chemicals, temperature as well as mechanical force. Study of characterization and stability were carried out using two konds of comersial membranes, Polypropylene (PP) and Polyetersulfone (PES). Modeling of membrane contactor was performed to predict velocity and concentration profile. Models were expressed by arranging momentum and mass trasnver equations and considering a hollow fiber as cylindrical having porous media determined by Darcy and Brinkman-Darcy model. The equations were solved numerically using Finite Volume Method. The characterization results show that pore diameter, porosity, pore distribution and pore geometry for Polypropylene (PP) and Polyetersulfone membrane are suitable for membrane contactor criteria. The stability testing of PP and PES result on good chemical stability and pH. In addition, both of membranes have maximum pressure of 3 bars. However, Polypropylene membrane has higher temperature stability than Polyetersulfone. The results of modeling membrane contactor show that Brinkman-Darcy Porous Medium Model has a good agreement with experimental data for both velocity and concentration profile. According to the comparison of membrane contactor and conventional scrubber, it was clearly shown that membrane contactor could reduce contactor volume of 27 times lower than the conventional one. Sebagian besar produksi energi dunia, kurang lebih 89%, diperoleh dari pembakaran bahan bakar fosil seperti minyak, batubara dan gas alam. Pembakaran bahan baker tersebut merupakan sumber utama timbulnya persoalan lingkungan seperti hujan asam kabot fotokimia, dan perusakan ozon. Teknik yang sering digunakan untuk pengolahan gas buang khususnya SO2 adalah adsorbsi dan scrubbing. Teknik-teknik ini umumnya memerlukan ruang yang besar • untuk pengoperasiannya dan biaya investasi yang tinggi. Selain itu penerapan teknik ini juga dibatasi oleh masalah-masalah teknis seperti loading, flooding dan entrainment . Untuk mengatasi masalah tersebut, dikembangkan suatu proses berbasiskan membran mneggunakan kontaktor membran untuk pengendalian emisi gas buang. Secara umum tujuan penelitian ini adalah meningkatkan kinerja kontaktor membran untuk pengendalian emisi gas buang melalui disain dan pabrikasi modul membran hollow fiber transversal. Secara khusus, tujuan penelitian tahun pertama adalah studi karakterisasi membran, studi stabilitas membran, pemodelan peristiwa perpindahan pada kontaktor membran dan pembuatan prototipe kontaktor membran longitudinal untuk pengendalian emisi gas buang. Studi karakterisasi membran meliputi ukuran pod, porositas, distribusi pori. Untuk mengetahui ukuran pori dan porositas digunakan metode bubble point, untuk mengetahui distribusi pori digunakan kombinasi metode bubble point dan etode permeabilitas dan untuk mengetahui geometri pori digunakan Scanning Electron Microscopy. Studi stabilitas membran dilakukan untuk mengetahui stabilitas membran terhadap bahan kimia, pH, temperatur dan gays mekanik. Studi karakterisasi dan stabilitas membran dilakukan untuk dua jenis membran komersial Polipropilen dan Polietersulfon. Pemodelan kontaktor membran dilakukan dengan menyusun persamaan dua dimensi momentum dan konsentrasi. Hollow fiber dlmodelkan sebagai silinder dengan dinding porous dengan pendekatan model Darcy dan Brinkman-Darcy. Penyelesaian model dilakukan secara numerik menggunakan Metode Volume HIngga. Hasil yang diperoleh untuk karakterisasi membran menunjukkan bahwa ukuran port distribusi pori, maupun geometri pori untuk Polietersulfon (PES) dan Polipropilen (PP) memenuhi kriteria untuk digunakan sebagai kontaktor membran. Pengujian stabilitas terhadap kedua Janis membran menunjukkan bahwa kedua jenis membran menunjukkan ketahanan yang baik terhadap bahan kimia dan pH. Kedua jenis membran Juga mempunyai tekanan maksimum yang dlperbolehkan sebesar 3 bar. Sedangkan pengujian ketahanan terhadap temperatur menunjukkan bahwa membran Polipropilen mempunyai ketahan temperatur yang lebih tinggi dibandingkan dengan Polietersulfon. Hasil yang diperoleh adalah profil distribusi aliran dan profil distribusi konsentrasi. Dan validasi yang dilakukan diperoleh hasil bahwa model Brinkman-Darcy lebih sesuai untuk pendekatan kontaktor membran hollow fiber.Dad hash! perbandingan antara kontaktor membran dengan scrubber konvensional, dapat diketahui bahwa kontaktor membran lebih efektif dalam pengurangan volume scrubber konvensional. Penggunaan kontaktor membran akan mengurangi volume alat sampai 27 kali lebih kecil.